土工試驗與原位測試在工程勘察中的應用

摘要：土工試驗和原位測試是工程勘察中必不可少的項目，其結果直接關系著工程勘察的結果，所以在工程勘察中要十分注重土工試驗和原位測試。本文首先闡述土工試驗與原位測試在工程勘探中的應用，詳細介紹原位測試中靜力載荷試驗、靜力觸探試驗、標準貫入試驗幾種測試方法，進而對土工試驗與原位測試比較分析，指出土工試驗在工程勘察中的應用存在的問題，并提出相應措施，以加強土工試驗結果的準確性。

關鍵字：土工測試；原位測試；工程勘察

前言

在工程施工前為了了解擬建場地的地址狀況，需要對擬建場地進行工程勘察。場地地質情況對工程的穩定性存在較大影響，因此工程地質勘探人員必須進行認真、科學的分析，明確地質對工程穩定性的作用機理。可利用土工試驗與原位測試，獲取相應結果，從而明確工程場地地質的穩定性與適應性，為工程施工提供強有力的依據，因此，土工試驗和原位測試是工程勘察中必不可少的環節。

一、土工試驗與原位測試在工程勘察中的應用

巖土體是大自然成千上萬年發展變化而形成的產物，它的形成時間長、成分構成多，形成后因受力不同、排水條件不同等因素造成巖土體本身的千差萬別。因此，在進行工程施工前為了對工程場地的地質情況的適宜性和穩定性有全面的了解，必須對場地中的巖土體進行土工試驗和原位測試，以獲得準確的數據為工程條件的準確評價提供依據。

土工試驗是指測試巖土試樣，獲取巖土的物理性、力學性、滲透性、動力性等指標，產生的數據和結果將直接影響對工程場地地質條件的評價，同時也成為工程設計和施工的重要參考指標。包括高層建筑、飛機場、鐵路、橋梁在內的大型工程項目，其建設都與當地的巖土體的地質條件有著緊密聯系，巖土體的承載能力和地基沉降變異范圍直接影響著工程的建筑結構的設計，這些數據都是通過土工試驗的參數和數據來計算的，所以土工試驗是工程勘察中不能缺少的環節。

原位測試是指在保持巖土體的天然的結構、含水量、應力狀態下，對原有位置上的巖土體進行工程性質測試的方法。原位測試是工程勘察不可缺少的環節，同時也是對施工質量進行檢驗的主要方法。原位測試與其他測試方法的不同顯現在原位測試可以不用鉆孔取樣，直接在原定的巖土體上進行測試，這就消除了因取樣帶來的測試結果的偏差，其測試結果直接反映了原位土層的實際狀況。其次，原位測試可以擴大測試范圍，其測試結果也更有代表性。因此原位測試越來越受到更多人的關注和使用，也正在向多功能性以及綜合測試的方向發展。

土工試驗和原位測試直接為工程的施工提供參數和指標，因此試驗和測試要仔細認真，實驗數據一定要真實可靠，否則可能會因為微小的誤差對工程施工產生影響甚至破壞，導致人力、物力、財力的損失。此外，應該注意的是土工試驗的結果會因為試驗方法或者對技巧的熟練程度掌握的不同引起較大的差距，這種差距是大于計算方法不同引起的誤差的，對能否準確的評價地基適應性和穩定性十分關鍵。原位測試有其獨有的優點，即可以測試不易取得的不擾動樣的工程力學性質，以免因取樣測試和室內測試改變對測試產生影響。

二、目前常用的幾種原位測試方法

（一）靜力載荷試驗

靜力載荷試驗作為一種原位測試技術，不僅有較高的精度，而且速度快，具有很強的檢層能力，因此非常適合應用在工程勘察中。靜力載荷試驗是指在并不擾動地基土的各項天然狀態的情況下，對土層進行測試，模擬建筑物地基的實際荷載條件，并對試驗場地地基土的強度與變形特性進行相應的分析，以獲得所測地基土的容許承載力與變形模量等物理力學指標。

在試驗的過程中，首先坑要挖到基礎的持力層位置，并保證試坑底的寬度大于承壓板寬度的3倍，在承壓板下鋪設2cm的中粗砂層；利用承壓板對地基施加豎向的荷載，地基產生變形沉降時，注意將各級荷載作用下地基土的沉降量做好記錄，施加荷載試驗時，總加荷量應該在設計要求的2倍以上；加荷等級不小于8級，之后分級施加，每級荷載穩定的標準為連續2小時內，沉降增速應該不超過0.1mm/h。靜力載荷試驗應做到地基土有明顯變形，承壓板周圍的土被擠出隆起，或者在相同級別的荷載作用力下，地基沉降急劇增大為止。靜力載荷試驗成果的應用有以下幾點：一是校正沉降量觀測值；二是確定地基土的承載力，載荷試驗P-S曲線可以得到確切的基土承載力的重要參數；三是通過判定地基土的壓縮性，計算出其變形模量；四是測得地基土的固結系數等。

（二）靜力觸探試驗

靜力觸探試驗是借助機械裝置把具有一定規格的圓錐形探頭勻速壓人土層中，同時利用電子測試儀表測量貫入阻力，對地基土的物理力學性質進行分析和判斷。在工程勘察中靜力觸探試驗應用比較廣泛，并且具有明顯優勢，這種試驗方法不僅建有勘探和測試的雙重作用，而且利用了傳感器等電子技術，使測試過程實現了自動化。通過分析表1可以得出，靜力觸探試驗很明顯和除砂土?b壓縮模量Es并不一致，除此之外，和其他室內試驗的指標有著比較高的相關性。而取樣和運輸過程中，砂樣容易受到一定程度的干擾，這往往是導致砂土壓縮模量的指標相差較大的原因。

表1室內試驗與靜力觸探試驗獲得的相關物性指標對比表

（三）標準貫入試驗

標準貫入試驗是動力觸探的一種，多與鉆探相配合使用，主要是通過使用規定重量的穿心錘，將一定規格的探頭貫入地基土中，然后根據貫入的難易程度，鑒別土的工程物理性質。需要注意的是，在貫入之前應該對探桿的接頭進行仔細檢查，不能松脫。標準貫入試驗的主要優點在于應用廣泛，設備簡單，適應性強，操作起來非常方便，并且可以連續進行土層測試。例如可以取砂土進行顆粒分析試驗，這種試驗有利于評定鉆探中難以取樣的砂土和粉土的工程性質。操作時應該注意以下幾點：

1、鉆具利用回轉的方式鉆進試驗孔，而孔內水位應該比地下水位略高出一點。如果孔壁有出現不穩定的狀況，則需要以泥漿護壁，并將貫入器直接打入試驗標高以上15cm 的地方，清除干凈孔底的殘土后繼續開展實驗，這樣可以避免對下層地基土形成干擾；

2、為了防止錘擊時出現側向晃動的情況，應該注意確保貫入器以及導向桿聯接后的垂直度，錘擊數每分鐘不能超過30擊；

3、首先把貫入器打入土層15cm，此后每累計打入30cm，將錘擊數記錄下來，該錘擊數為實測錘擊數N。

總體而言，土工試驗和原位測試直接為工程的施工提供參數和指標，所以必須認真嚴格進行試驗，保證實驗結果的準確性和可靠性，如果實驗數據出現了誤差，將影響工程項目的施工，甚至可能產生嚴重的破壞，造成不必要的人力和財力的損失。此外，值得注意的是土工試驗的結果會因為試驗方法或者對技巧的熟練程度掌握的不同引起較大的差距，能否減少誤差對地基適應性和穩定性的評價起著十分關鍵的作用。與土工試驗不同的是，原位測試有其獨有的優點，其實驗過程并不會對地基土產生擾動，可以獲得不擾動樣的工程物理力學性質，這樣就可以避免因取樣測試和室內測試改變對測試產生不利影響。

三、土工試驗與原位測試比較

土工試驗和原位測試都有自身的優點和缺點，且二者之間是互補的。例如，土工試驗容易受試樣擾動的影響，所以，在進行土工試驗時必須特別注意這些因素的影響。而原位測試因為不用取樣可以不受試樣擾動造成的影響。但是原位測試也有缺點，第一，因為應力條件較復雜，巖土體的參數確認很難直觀的顯示，所以在進行計算模型以及邊界條件選擇時必須簡化一些假設條件，而因此產生的誤差就破壞了數據的準確性。第二，一般情況下原位測試只能測試核定條件下的土體參數，但是不能預測土體變化過程中的參數變化情況。總之，對于巖土體測試來說土工實驗和原位測試都不可缺少。

四、土工試驗在工程勘察中的應用存在的問題

1.人員素質

工程勘察一般條件艱苦，任務繁多，對工作人員的身體素質和專業素質要求都較高。但是一些工作人員因工作任務多，條件艱苦，會不按照實驗要求來操作，甚至簡化實驗過程，因此嚴重影響了實驗結果的準確性和現實性，從而影響工程勘察的結果。所以，在工程勘察時要注重對勘察人員的專業素質的培養和工作態度的教育，保證實驗人員對專業知識的熟練掌握，還可以培養全能型的高級人才。

2.儀器設備管理

一般來說，儀器設備每年都要進行年檢，即對設備進行檢查、校準，不合格設備要停止使用。但是在實際工作時，土工試驗和原位測試的設備老化嚴重，常年不檢修、不校準、而大部分地方的計量檢定部門并沒有對儀器設備的鑒定和校準規范進行明確的規定。部分單位為了減少成本，對于那些本該淘汰的設備并沒有淘汰，只要是可以使用的就堅持使用，這在一定程度上會嚴重影響實驗成果的質量。

3.制度和體制

土工儀器設備管理部門是工程勘察單位不可缺少的部門，這些部門對工程勘察工作的開展有著非常重要的指導作用，但是一些管理部門的制度體制存在問題，對勘察工作的開展沒有進行整體的合理的布局。例如，在工程勘察中土工實驗有重復作業的現象發生，這在一定程度上影響了工程的進度。還有一些單位本身缺乏技術人員，但是他們又比較重視審核過程，所以把過多的技術人員放在成果審核工作中。忽視了實驗過程的重要性，從而影響了整個實驗的技術水平和實驗成果的質量。

五、相應的解決措施

1.加強人員培訓，提高人員各方面素質

工作人員各方面的素質是工程勘察工作開展的基礎，針對人員專業知識和工作態度方面的欠缺，相關部門應該想辦法加強對人員專業技能的培訓和開展思想教育工作，提高工作人員綜合素質。具體可以從建立健全完整的人員培訓系統入手，將人員培訓作為人員管理的重要工作，提高技術人員的專業素質，并結合實際培養一批專業能力高、業務能力強的全方位高素質人才。其次，應該重視人員的思想培訓，樹立他們的工作責任心。做到儀器設備選購、使用、管理都能夠認真負責。最后，加強人員對新技術和新理論的不斷的研究和學習，提高他們的問題分析能力、問題解決能力等。

2.建立健全相關制度規定

俗話說，沒有規矩不成方圓。土工試驗和原位測試也是這樣，必須設立完善的管理制度以規范整個工作過程。首先，國家應該出臺建筑工程勘察相關政策規定以及法律法文，讓工程勘察工作有法可依。其次，各地政府和單位可以依據當地不同的實際情況和技術發展需要制定不同的制度和規定，以此規范工程勘察中土工試驗和原位測試工作的開展進行。并且吸收引進國外先進的技術和管理方法，提高我國土工試驗和原位測試的技術水平和管理水平，為我國土工試驗和原位測試的發展創造一個良好的環境。

3.加強設備管理

設備狀況的好壞直接影響著土工試驗和原位測試結果的質量，相關部門要重視設備管理的重要性，從設備選購到設備檢修和保養都要嚴抓。選擇設備時要注重設備的功能性和質量；保證每年對設備進行檢修和校準；做好設備保養工作，延長設備使用壽命；堅決淘汰不合格設備，減少因設備原因對實驗結果造成的不良影響。

六、結束語

綜上所述，土工試驗與原位測試在工程勘察中有著十分重要的作用，但是目前我國工程勘察中的土工試驗和原位測試還存在一些不足，希望行業內的人員可以不斷完善方法，促進土工試驗和原位測試在工程勘察中的應用，提高工程勘察的效率和質量。

參考文獻：

[1] 李樹芳；土工試驗與原位測試在工程勘察中的重要性[J]；山西建筑2012，38（9）

[2] 王嫚；土工試驗與原位測試作用比較[J]；城市建設理論研究（電子版）2013（12）.