關于工程勘察測試方法的探討

彭向陽, 陳詠梅

(湖北省地質局 第二地質大隊,湖北 恩施 445000)

關于工程勘察測試方法的探討

彭向陽, 陳詠梅

(湖北省地質局 第二地質大隊,湖北 恩施 445000)

近年來中國城市化進程不斷加快,各種基礎設施建設項目和現代化工程蓬勃發展。從工程建設的工程勘察測試入手,分析工程勘察測試的重要性,探討目前工程勘察測試的各種方法,研究加強工程勘察測試的具體措施,旨在為同仁提供參考。

工程建設；勘察測試；重要性；方法

社會的不斷發展與進步推動了工程建設項目的發展。在工程建設中,工程勘察測試是一個非常重要的環節,特別是巖土工程,因為巖土工程非常復雜,對工程建設起著非常大的影響[1]。如果工程前期的勘察測試質量得不到保障,那么后期的工程設計、工程施工都會受到嚴重的影響,甚至還會影響工程的質量和安全,給人們的生命和財產安全帶來巨大的威脅。因此,在工程建設中,一定要做好相關的勘察測試,進一步確保工程建設的質量安全。

1 工程勘察測試的重要性

1.1 保證工程建設的質量安全

工程勘察測試的主要目的是確保工程的質量安全。因此,人們一般都從勘察工程本身的特點以及周邊的環境出發,充分利用工程建設中的有利因素,采取合理的措施不斷規避和改造不利的因素,實現工程建設的多快好省目標[2]。此外,工程的地質情況對工程質量有著重要的影響作用,比如影響建筑工程的穩定性和耐久性等。因此,對于那些地質地貌比較復雜的地區,一定要做好相關的勘察測試,針對不同的問題提出相應的解決措施,最大程度地保障工程的質量安全。

1.2 工程建設難度日益增大

隨著工程建設的不斷發展,很多工程建設的難度越來越大,比如建筑基礎和基坑開挖的深度越來越深,再加上工程建設的露天施工條件,存在很大的不穩定性[3]。因此,工程在建設之前,一定要做好勘察測試,采取相應的措施降低工程建設的難度,適應多樣化的地質地貌條件,采用現代化的勘查測試技術,比如遙感技術等,不斷提高建筑工程的技術水平,保障工程的質量安全。

2 工程勘察測試的方法

2.1 工程地質測繪

在工程的勘察測試方法中,工程地質測繪屬于一項最基本的勘察方法,同時也是最首要的勘察工作[4]。它一般是在勘察工作的初期開展的,其本質就是充分運用地質理論和工程地質理論的相關知識,在此基礎上觀察和描述地面的地質現象,不斷總結分析,透過現象看本質,得出地質現象的性質和規律,相關的勘察人員通過得出的結果,對地下的地質情況進行推斷,從而為后期的勘探、測試等其它勘察方法提供依據。

在工程地質測繪中,可以根據不同的地質情況采取不同的方法。對于地形地貌和地質條件比較復雜的場地來講,其條件比較惡劣,對工程的建設影響非常大,這個時候就必須采取工程地質測繪方法；如果遇到的場地屬于地形較平坦、地質條件又比較簡單的情況,那么人們就可以不用采取工程地質測繪,只需采取調查方法就行[5]。

在工程地質測繪中,為了確保測繪的準確性,必須要做好以下幾個方面的工作：①確保收集的資料完整且全面,在此基礎上還要綜合利用已有的資料,結合兩個方面的資料進行綜合分析,碰到比較重要的地質問題,一定要引起足夠的重視,采取實地校核驗證[6]。②在工程地質測繪中,要確保突出重點且具有很強的目的性,即所有的地質測繪工作都是圍繞某個工程而進行的。③為了確保第一手資料的準確無誤,在開展工程地質測繪工作時,一定要采取測繪與整理同時進行的方法。④在地質測繪中,一定要考慮各個部分的聯系,注意點、線、面、體四個方面的有機聯系。

總之,在工程勘察測試中,工程地質測繪是最經濟有效的方法,可以有效認識場地工程的地質條件。而高質量的測繪工作可以讓人們準確掌握地下地質情況,能夠很好地指導其它的勘察方法[7]。

2.2 勘探與取樣

工程的勘探工作包括很多種方法,比如物探法、鉆探法、坑探法等。這種工程勘察測試方法的主要目的是調查地下的地質情況。此外,人們還可以利用勘探工程取樣來開展原位測試和檢測工作[8]。在選擇勘探方法的時候,應該要綜合考察工程勘察的目的以及巖土的特性兩個方面的內容。

照片1 工程物探人員的操作Photo 1 Operation of personnel of engineering geophysics

2.2.1 物探法

物探法屬于一種間接的勘探方法。與鉆探法、坑探法相比,物探法更加輕便、快速和經濟,可以有效解決那些工程地質測繪中難于解決的問題[9]。但是,這種方法并不是單獨使用的,通常是配合工程地質測繪法,這兩種方法的配合可以有效弄清覆蓋層的厚度、基巖的起伏變化、基巖風化層厚度。此外,物探法還作為鉆探、坑探的先行或者輔助手段,可以為其提供良好的指導。但是,物探法自身也存在缺陷,因為這種方法受地形條件等方面的限制,而且它的成果判斷一般都具有多解性的特點。因此,人們在采用物探法的時候,應該以測繪為指導,并且還要用勘探工程進行驗證(照片1)。

2.2.2 鉆探法和坑探法

鉆探和坑探一般也稱作勘探工程,它是主要用來查明地下地質情況的方法,具有直接性和可靠性的特點,也是工程勘察中必不可少的方法。從二者的使用情況來看,鉆探法使用比較廣泛[10]。但是,最終選擇哪一種方法,還要看地層類別和勘探要求兩個方面。當人們使用鉆探法仍然無法查明地下地質情況時,就可以換用坑探法。一般而言,坑探工程的類型比較多,應根據工程的具體勘察要求來選擇。

在工程勘察測試中,勘探工作具有多方面的作用,比如驗證測繪和物探工作中所作的各種推斷，為試驗工作創造良好的條件等。因此,在勘探工作的布置中,要注意以工程地質測繪和物探成果為指導,因為這樣可以有效避免勘探工作的盲目性和隨意性。考慮到勘探工程需要涉及很多機械和動力設備,其中就會耗費大量的人力、物力和財力,如果勘探中受到很多條件的制約,將會導致工期延長。所以,人們在使用這些勘探方法的時候,一定要樹立經濟觀念,在布置的時候,盡量做到目的明確、安排合理妥當,在此基礎上加強觀測編錄工作,達到事半功倍的效果。

在工程的勘察測試中,工程地質測繪、勘探、物探三者之間關系緊密。為了確保勘察測試工作取得良好的效果,一定要使三者配合得當。工程地質測繪工作是物探和勘探的基礎,一般要放在第一環節。此外,傳統的“輕測繪、重勘探”方法會造成浪費,堅持二者并重,為工程勘察測試提供保障。

2.3 原位測試與室內試驗

從原位測試和室內試驗的目的來看,主要就是為工程問題分析評價提供所需要的相關技術參數,主要包括巖土的強度參數、滲透性參數、固結變性特性參數、應變時間關系參數等多種參數。原位測試和室內試驗兩種方法都有各自的優缺點,參見表1、表2。

表1 原位測試的優缺點Table 1 Advantages and disadvantages of in-situ test

表2 室內試驗的優缺點Table 2 Advantages and disadvantages of laboratory test

從表1和表2來看,原位測試和室內試驗的優缺點是處于一種互補的情況。因此,應該根據工程的要求,配合使用兩種方法,這樣可以經濟有效地獲得所需要的技術參數。一般來講,原位測試需要借助勘探工程來進行,它是工程詳細勘察測試階段所采取的方法。試驗工作的開展要以工程地質測繪和勘探工作為前提條件。如果要為設計提供指標,那么就更需要綜合考慮測繪和勘探兩個方面的成果。

2.4 現場檢驗與檢測

現場檢驗與檢測大量的工作一般是在施工和運營期間開展的。但由于這項工作需要在高級勘察階段開始實施,所以人們又將其劃分為一種勘察方法。現場檢驗與檢測的主要目的就是通過一系列的檢驗工作,最終確保工程的質量和安全,從而不斷提高工程的經濟效益。

現場檢驗涉及多方面的工作,主要包括施工階段的驗證核查工作,一般核查的是先前工程勘察的成果、工程施工監理情況以及工程施工質量控制幾個方面的內容。現場檢測則主要包括各類荷載對巖土反應的檢測、結構物檢測等內容。通過一系列的現場檢驗和檢測獲取的資料,就可以求出某些工程技術參數,在此基礎上不斷優化工程的技術和經濟兩個方面的工作。

一般來講,這項工作是在工程的施工期間進行的。但是如果對于一些特殊工程而言,比如對工程有重要影響的不良地質作用等,這部分的工作就應該在建筑物竣工運營期間繼續進行,從而保障工程的質量和安全。

2.5 勘察資料室內整理

在工程勘察測試中,各種方法所取得的資料一般都是原始性的數據,屬于單項成果,因此這些資料還缺乏相互印證和綜合分析。要利用這些資料為工程設計和施工提供相關的理論依據,必須要對它們進行整理和分析,對圖件進行編制和報告編寫等相關工作,及對存在的問題進行分析,即通過圖件編制和報告編寫,分析和研究工程中的各種問題,在此基礎上做出定性和定量兩個方面的評價。

圖件的編制需要結合兩個方面的資料:一方面是已經搜集到的資料;另一方面是現場勘察測試得出的資料,對這兩種資料進行整理分析,最終繪制成工程地質圖。一般而言,比較常用的工程地質圖有工程地質分區圖、綜合工程地質圖、工程地質剖面圖、探井展示圖等。圖1是關于某工程的地質剖面圖。

圖1 某工程地質剖面圖Fig.1 Geological section of a project1.人工填土；2.粘土；3.淤泥；4.粉質粘土；5.礫石；6.花崗巖；7.鉆孔；8.標準貫入試驗位置；9.取土樣位置；10.取巖樣位置及抗壓強度值(MPa)。

在工程勘察測試中,比如巖土工程,需要對巖土物理力學性質指標進行整理,這部分的整理工作其實就是對大量巖土物理力學性質指標數據加以整理,經過相關的整理之后,最終可以獲得代表性的數據,可以將這些數據用于巖土工程的設計計算。從求取巖土特性參數的方法來看,主要有三種,分別是反演分析、原位測試、室內試驗[11]。原位測試和室內試驗在前文已經講過,這里著重講述一下反演分析。從反演分析的分析對象來看,主要是巖土工程的實體,然后再借助系統的原型觀測,進一步檢驗巖土體的效果,主要是將其在工程施工和使用期間的表現同預期的設計效果相比較,看二者的結果是否相符,從而反求出巖土體的特性指標。

3 工程勘察測試中的技術應用

工程勘察測試是一項非常復雜的工作,其中涉及到地形、水文、地質等多方面因素的影響,如果只是采取傳統的勘察手段,最終的勘察質量可能就得不到保障,會嚴重影響后期工作的開展。必須要采用新技術,其中遙感技術的應用,可以有效克服地面測試工作中的不足,將其與其他的勘察手段有機結合起來,可以有效保證工程勘察的質量。

3.1 遙感技術應用的特點

隨著遙感技術的不斷發展,其應用的范圍越來越廣泛。在不同的應用領域,遙感技術會有不同的特點,需要結合行業的特點,不能生搬硬套。比如對于氣象領域來講,遙感技術的應用需要給氣象臺提供大范圍、全過程的遙感信息,為氣象人員的氣象預報提供重要信息。但是在遙感圖像的分辨率方面,對遙感技術的應用不做太高的要求；在土地調查方面,對全過程追蹤方面不做要求,但同樣需要提供大范圍的遙感信息[12]。

就遙感技術應用于工程勘察測試方面,它與氣象領域、土地領域的應用具有很大的不同,呈現出自身的特點,主要表現在以下幾個方面：①工程勘察工作開展的順序為面—線—點,由粗至細,整個應用的深度逐漸深化,最終獲取相應的勘察結果；②從勘察測試的結果來看,精度要求較之其他領域比較高；③應用遙感技術得出的成果質量,人們可以在工程的施工中很快驗證出來,能夠及時得出結論；④在工程地質勘察測試中,應用遙感技術,一般比較重視外業重點驗證。根據這四個方面的特點,可以總計出遙感技術在工程勘察測試中的應用要求：一方面,需要應用宏觀的陸地衛星圖像,為人們做好工程勘察測試提供重要的圖像信息；另一方面,還需要應用精度要求比較高的航空遙感圖像,在具體的工程勘察測試中,將這兩個方面有機地結合起來,從而取得良好的應用效果。

3.2 應用遙感技術的效果

在工程勘察測試中應用遙感技術,可以有效地提高勘察測試的質量,具有很好的應用效果,具體表現在以下三個方面:①可以實現大面積的地質測繪工作,有效地解決傳統工程勘察測試的面積限制問題,從而大大提高了填圖質量以及后期的選線、選址方面的質量等。②遙感技術可以借助衛星的作用,在地面上空開展勘察測試工作,從而有效克服地面觀測的局限性,大大增強外業地質調查工作的預見性。③有效減少外業操作的工作量,使外業工作從室外轉移到室內成為了可能,不僅進一步提高了測繪的效率,而且還改善了勘察測試工作人員的勞動條件。

3.3 應用遙感技術的作用

在工程勘察測試工作中,應用遙感技術可以獲知工程的多項內容,比如可以掌握地貌情況、水文地質條件、地質構造信息、地層(巖性)等多方面的信息，特別是對工程具有重大影響的不良地質信息,比如比較常見的滑坡、沙丘、鹽漬土、泥石流、水庫塌岸、地震地質等,其應用的作用非常大,從而有效保障工程質量和安全。

能夠充分利用遙感衛星圖像,有效編制出1∶50 000～1∶200 000的圖件；如果運用的是航空遙感圖像,人們就可以編制出1∶500～1∶50 000的圖件。因此,遙感技術的應用可以滿足不同工程勘察編制圖件提出的不同要求。一般來講,圖件比例尺的大小是根據不同的階段來劃分的,人們可以根據每個階段的不同要求,采用合適的圖件比例尺。

4 加強工程勘察測試的措施

就目前中國工程勘察測試的情況來看,主要存在勘察測試質量不高、勘察測試綱要編制不完整、忽視生態環境的論證等方面問題。因此,為了進一步加強工程勘察測試的效果,可以從以下幾個方面著手解決：

4.1 加強勘探和資料搜集

加強勘探和資料搜集可以進一步了解工程的地形、地貌、施工條件等多方面的內容,可以有效避免勘探工作的盲目性,合理規劃成本。

4.1.1 擬建建筑基礎形式和結構形式

一般而言,對于不同的工程,其勘探的孔深也不一樣。比如對于5～6層的磚混結構住宅而言,勘探的孔深只需要達到15 m就可以滿足要求；而對于5層的框架結構商場而言,這種工程對柱網的荷載力要求比較大,15 m的勘探孔深是遠遠不夠的。

4.1.2 場地地層工程地質性質

在工程勘察測試中,如果遇到地層工程地質性質好的地區,其勘探孔深度可以適當減小，間距也可以稍微放寬一些。相反,其勘探孔深度則要加深,而且勘探的間距也要同時加密[13]。

4.1.3 合理確定勘探方法

對于不同的地區工程勘察,其地層勘探方法也會有很大的差別(表3)。

表3 不同地區采用的地層勘探方法Table 3 Formation exploration method in different regions

以上結果的得出都需要在做好資料搜集的基礎上認真分析,然后再采取相應的勘探方式。

4.1.4 做好原位測試工作

在工程的原位測試中,一定要嚴格按照各項規范來進行,不能為了省事而省略相關的操作流程。比如在靜力觸探中,規范操作是要求定深調零,但有的人為了圖省事,沒有將其調零,最后造成數據采集不準確。因此,在原位測試中,一定要嚴格按照各項標準來執行。

4.2 注重勘察測試方法的選擇

每一種勘察測試方法都有其優點和缺點。因此,人們在選擇勘察測試方法的時候,一定要綜合考慮每種勘察測試的勘探裝備、取樣方法、勘探手段以及工程特點,在此基礎上合理選擇適合的勘察測試方法[14]。

為了降低成本許多勘察人員,采取大量布置靜探孔的方法進行勘察測試。對于一些沿海地區,這些地區分布有很多的淤泥、填土,且地下水位埋藏非常淺,采用靜力觸探的方法的確經濟有效。但是,在一些山前沖洪積地層中,地下水位一般埋藏較深,這種地質條件是不適合采用靜力觸探方法的。因此,在工程勘察測試中,一定要綜合考慮各方面的因素,選擇合適的勘察測試方法。

4.3 嚴格市場準入

近年來,隨著工程建設的不斷發展,國家相關部門采取了勘察設計資質換證的措施,一定程度上整頓了勘察設計單位,從而進一步規范了市場。但是,中國的勘察資質門檻較低,而且自從行業壁壘被打破之后,各個行業之間還沒有實現良好的對接,對于一個勘察企業來講,技術實力并不能通過高級工程師的數量多少來體現。因此,國家應該采取嚴格的市場準入制度,比如盡快實施注冊土木工程師制度,充分利用企業資質和個人執業資質兩個方面來進行控制,從而不斷提高勘查企業的技術水平[15]。

4.4 嚴格執行建設程序

為了確保勘察測試取得良好的效果,必須要推行全程化監理方法。在執行建設程序的時候,一定要遵循“先勘查、后設計、再施工”的原則。①嚴格按照政府相關部門的法律法規來執行,對工程建設的整個過程進行有效監督管理。②推行工程監理全程化的方法,嚴格監理工程建設的“事前、事中、事后”三個方面的工作,并且將這三者結合控制,從而最大程度地保障勘察測試的質量,確保工程的經濟效益。

5 結語

綜上所述,工程勘察測試對工程建設起著重大的影響，因此應該做好工程勘察測試方法的研究,比如工程地質測繪、勘探與取樣、原位測試與室內試驗、現場檢驗與檢測、勘察資料室內整理五個方面的研究,在此基礎上從加強勘探和資料搜集、注重勘察測試方法的選擇、嚴格市場準入、嚴格執行建設程序四個方面加強工程勘察測試,從而不斷完善工程的勘察測試工作。

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(責任編輯：李雯)

Discussion on Method of Engineering Investigation Test

PENG Xiangyang, CHEN Yongmei
(SecondGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Enshi,Hubei445000)

In recent years,the city urbanization process is accelerating.From point of view of engineering investigation test,the paper analyses importance of engineering investigation test,and then discusses the various methods of engineering investigation test,finally studies the concrete measures to strengthen the engineering investigation test.It provides reference for colleagues.

engineering construction;investigation test;importance;method

2014-05-08；改回日期：2014-06-05

彭向陽(1969-)，男，工程師，物探專業，從事水文地質，工程地質、環境地質、工民建高邊坡勘察及滑坡治理等工作。E-mail:523777910@qq.com

P642

A

1671-1211(2015)01-0063-06

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20141224.0952.010.html 數字出版日期:2014-12-24 09:52