論原位測試在巖土工程勘察中的作用

白文勝 龔原

摘 要：本文運用工程實例，具體介紹了巖土工程勘察時，確定所揭示土層的承載力時，現場的標準貫入試驗及載荷試驗等原位測試手段對承載力的最終確定所起到的作用，進而影響到基礎型式的選擇，對建筑物的安全可靠性提供有力保障。

關鍵詞：原位測試;巖土工程勘察;標準貫入試驗;平板載荷試驗

前 言

巖土工程勘察是根據建設工程的要求，查明、分析、評價建設場地的地質、環境特征和巖土工程條件，編制勘察文件的活動[1]，巖土工程勘察工作就是綜合運用各種勘察手段和技術方法，有效查明建筑場地的工程地質條件，分析評價建筑場地可能出現的巖土工程問題，對場地地基的穩定性和適宜性做出評價，為工程建設規劃、設計、施工和正常使用提供可靠的地質依據，保證工程建筑物的安全穩定、經濟合理和使用正常[2]。

原位測試作為巖土工程勘察的重要手段，應與鉆探取樣和室內試驗配合使用，尤其在確定地基承載力等方面，有突出的優點，在選擇原位測試方法時，應考慮的因素包括土類條件、設備要求、勘察階段等，而地區經驗的成熟程度最為重要[3]。

1、 工程實例

南寧教育園區某校區項目規劃總用地面積832867m2（1249.30畝），凈用地面積621695m2（932.54畝）。一期包含7棟學生宿舍（西區）和青年教師公寓，擬采用框架結構，基礎形式擬采用天然地基，宿舍樓層高均為6層，高度23.9m，建筑荷載120kPa;青年教師公寓層高7層，高度23.1m，建筑荷載140kPa。本次勘察共布置259個鉆孔，鉆探揭露，該場地上覆土層為第四系殘積層，下伏基巖為石炭系下統大唐階灰巖，將巖土層分為4層，分別為素填土①、耕表土②、紅黏土③（硬塑狀態）、紅黏土④（可塑狀態）、灰巖⑤（破碎），灰巖⑥（較完整）。設計要求天然地基紅黏土③層承載力特征值為200kPa。

本文主要針對該工程的紅黏土③層的承載力通過室內試驗結合標準貫入試驗、平板載荷試驗進行確定，進而說明原位測試在巖土工程勘察中的重要作用。

2、室內試驗確定土層承載力

本次勘察取原狀土樣80件，室內物理、力學指標見表1。根據室內物理、力學指標標準值確定地基承載力特征值時，應符合《廣西壯族自治區巖土工程勘察規范》（DBJ/T45-002-2011）附錄C.0.2.4，見表2[4]，紅黏土③層的承載力確定見表3。

試驗結果：根據土工試驗室內物理、力學指標確定的紅黏土③層的承載力特征值為260kPa。

3、標準貫入試驗確定土層承載力

標準貫入試驗是利用一定的落錘能量，將一定尺寸、一定形狀的探頭打入土中，根據打入土中的難易程度（可用貫入度、錘擊數或單位面積動貫入阻力來表示）判定土層性質的一種原位測試方法。用63.5±0.5kg的穿心錘，以76±2.0cm的自由落距，將標準規格的標準貫入器在孔底預打入土中15cm，然后測記再打入30cm的錘擊數[5]。

本次勘察共進行了40次標準貫入試驗，參與統計40次，經桿長修正后的錘擊數標準值為9擊，本次勘察對紅黏土③層標準貫入資料進行數理統計后確定的承載力見表5，經桿長修正后的錘擊數確定地基承載力特征值時應符合《廣西壯族自治區巖土工程勘察規范》（DBJ/T45-002-2011）附錄C.0.3-1，見表4。

試驗結果：根據標準貫入試驗的原位測試方法確定的紅黏土③層的承載力特征值為220kPa。

4、承載力的綜合確定

本次勘察根據室內土工試驗和現場原位測試結果，考慮到試驗誤差及施工過程的影響等因素，結合地區工程經驗綜合評價，場地紅黏土③層的承載力特征值取值210kPa。

5、紅黏土特點

施工單位在對青年教師公寓進行基槽開挖后，經勘察單位現場驗槽，發現持力層的濕度、狀態與紅黏土③層有差異，局部為濕、可塑狀態或可塑～硬塑狀態，通過驗槽發現局部地基土與勘察報告不符，因此對局部較差土層需進行平板載荷試驗，以驗證地基土承載力的大小。結合紅黏土為特殊性土，裂隙發育、失水收縮、上硬下軟，黏粒含量高，具有高分散性的特點，室內試驗往往與現場試驗差異大，經參建各方商議，為安全起見，決定對青年教師公寓已開挖到設計標高的基槽持力層進行平板載荷試驗，以確定其承載力值。

6、平板載荷試驗

平板載荷試驗主要用于測定承壓板下應力主要影響范圍內巖土的承載力和變形特性。其方法是在保持地基土的天然狀態下（在土體原來所處的位置、土的天然結構、天然含水量以及天然應力狀態），在一定面積的承壓板上向地基土逐級施加荷載，并觀測每級荷載下地基土的變形特征-承壓板以下大約2倍承壓板直徑或寬的深度內土層的應力-應變-時間關系的綜合性狀。本次選取3個點進行試驗。

試驗采用鋼梁及混凝土重塊組成壓重平臺反力裝置，利用千斤頂逐級加荷，靜載荷測試儀控制荷載，壓力傳感器測讀荷載大小，4個位移傳感器監測承壓板（地基）沉降量。試驗所采用的儀器設備（千斤頂、靜載荷測試儀、壓力傳感器、位移傳感器）均通過計量檢定部門檢定合格并在有效檢定期內。

6.1 試驗裝置

平板載荷試驗裝置主要由加荷系統、反力系統、承壓板、測力系統和觀測系統等5部分組成。其各部分功能是：加荷系統控制并穩定加荷的大小;反力系統反作用于承壓板（壓板尺寸為1.0*1.0m）;承壓板將荷載均勻傳遞給地基土;測力系統監測加、卸荷載的量值;觀測系統完成地基土變形測定[2]。試驗照片見圖1、2。

6.2 試驗結果

（1）S1#點加載到第7級385kPa時，承壓板周邊的土出現明顯側向擠出，周邊土體出現明顯隆起，總沉降為63.58mm，累計沉降量已大于等于承壓板邊寬或直徑的6%（60mm），達到終止加載條件，取前一級荷載值為極限荷載[6]，即330kPa，故承載力特征值為165kPa。p-s、s-lgt曲線見表6。

（2）S2號點加載到第7級385kPa時，承壓板周邊的土出現明顯側向擠出，周邊土體出現明顯隆起，總沉降為60.02mm，累計沉降量已大于等于承壓板邊寬或直徑的6%（60mm），達到終止加載條件，取前一級荷載值為極限荷載，即330kPa，故承載力特征值為165kPa。p-s、s-lgt曲線見表7。

（3）S3號點加載到第8級440kPa時，承壓板周邊的土出現明顯側向擠出，周邊土體出現明顯隆起，總沉降為68.76mm，累計沉降量已大于等于承壓板邊寬或直徑的6%（60mm），達到終止加載條件，取前一級荷載值為極限荷載，即385kPa，故承載力特征值為192.5kPa。p-s、s-lgt曲線見表8。

按照《建筑地基檢測技術規范》（JGJ 340-2015）中的有關地基土層承載力的方法確定：3個試驗點承載力特征值平均值為174.2kPa，極差為27.5，不超過平均值的30%（52.2），故該土層的承載力特征值取值為174.2kPa。

7、結論

結合平板載荷試驗，該工程青年教師公寓基槽持力層紅黏土的承載力取170kPa。

8、總結

綜上所述，土工試驗與原位測試兩種方法是相輔相成的，他們可以互補。土工試驗試件尺寸小，不能反映宏觀結構、非均質性對土性的影響，代表性差，只能對有限的若干點取樣試驗，點間土樣變化是推測的，試驗結果也會由于試樣擾動而容易受到影響，因此在利用土工試驗得出的參數時也必須小心對待。在工程勘察和巖土設計參數的選擇時，原位測試與室內土工試驗和當地工程經驗應結合使用，綜合考慮，才能得出安全、合理的參數。尤其對特殊性土更應重視原位測試的重要性和準確性，遇到地質異常情況，在條件允許時可采用一種或兩種以上的原位測試進行相互驗證以確保安全，從而也積累了地區經驗[7]。

最后該工程局部基礎采用CFG樁進行地基處理，為工程的安全可靠提供了有力保證。

參考文獻

[1] 中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB50021-2001巖土工程勘察規范[S].中國建筑工業出版社， 2009： 2.

[2] 王貴榮.巖土工程勘察[D].西北工業大學出版社， 2009： 1 70-71.

[3] 劉利. 原位測試技術在巖土工程勘察中的應用[J]. 資源信息與工程， 2018（4）：115-116.

[4] 廣西壯族自治區住房和城鄉建設廳. DBJ/T45-066-2018廣西壯族自治區巖土工程勘察規范[S]. 廣西， 2018：110-111.

[5] 王清.土體原位測試與工程勘察[D]，地質出版社2006：115 121.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ340-2015建筑地基檢測技術規范[S].中國建筑工業出版社，2015：10-18.

[7] 陳雪. 原位測試與室內土工試驗的比較[J]. 防護工程， 2019（5）：115-116.

作者簡介：白文勝（1986-），男，廣西南寧人，漢族，本科，工程師，研究方向為建筑工程地基基礎檢測。