水利水電工程地基基礎巖土試驗檢測技術探析

牛昭昭

（珠江水利委員會珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510000）

水利水電工程建設是一項重要的基礎設施建設項目，在其建設過程中，地基基礎巖土的性質及參數對工程的設計和施工都具有關鍵影響。因此，需要在施工開始前，先做好地基基礎巖土試驗檢測工作，為后續施工提供充分保障。

1 水利水電工程地基基礎巖土試驗檢測概述

水利水電工程的設計與建設過程中，對巖土各項性能的檢測工作能夠為工程的設計與施工提供重要參考依據。根據目前的實際應用情況，水利水電工程地基基礎巖土檢測中主要應用的檢測技術包括室內檢測、現場檢測2種不同類型。

1.1 室內檢測

室內檢測是一種以模擬為主的檢測方法，具體是指在實驗室環境中，通過收集地基巖土的相關數據，結合工程項目的設計要求，對地基巖土樣品進行一定的加工，而后開展關于樣品力學性能以及物理性質的檢測工作。這一檢測方法的主要優勢在于能夠較為全面地反映出地基巖土的各項性能，檢測結果的準確性也相對較高。但這一方法的不足之處在于檢測結果比較容易受到樣品的影響，如果樣品本身的代表性不足，就會使得檢測結果產生較大的誤差。

1.2 現場檢測

現場檢測是指在地基的實際位置開展檢測工作的方法，也被稱為原位測試，其能夠檢測地基巖土的自然狀態，從而直接確定出巖土的各項性能。該方法可以采用多種不同的檢測手段，如剪切試驗、載荷試驗、靜力觸探試驗與動力觸探試驗等，其中載荷試驗是大多數檢測工作中都需要進行的檢測內容。相對于室內檢測方法，現場檢測的主要優點在于能夠更為直觀地反映出巖土的性能，減少樣品對于檢測準確性的干擾。而這一方法的主要問題在于檢測過程中比較容易受到外界環境的影響，同時檢測時間較長及所需資源也較多。

通過對上述2種檢測方法的分析，可以看出二者之間的不同特點。目前的檢測工作中，主要采取將2種方法進行結合的檢測方式。以下主要分析巖土試驗檢測技術中室內檢測技術的應用流程。

2 水利水電工程地基基礎巖土試驗檢測取樣流程

2.1 巖土取樣

巖土取樣工作是進行水利水電工程地基基礎巖土試驗檢測中的首要步驟，取樣工作的開展情況對于巖土試驗檢測結果具有重要影響。在取樣時，需要確保巖土取樣結果具有較強的代表性，在不具備代表性的情況下應重新進行取樣檢測。通常情況下，巖土試驗檢測樣品的類型主要包括原狀土樣品、巖石樣品2種類型，二者的采集方式也有一定的區別。其中，對于原狀土樣品的采集，需要事先鉆孔，而后利用取土器在孔內獲取一定數量的巖土樣品。鉆孔后進行取土的具體方法包括兩種，一是利用取土器，通過打入的方法獲取土樣；二是利用取土器并通過壓入的方法獲取土樣。除此之外，也可在基坑中直接切取原狀土樣。對于巖石樣品來說，其采集方式主要為鉆孔方法或直接在基坑中采集，利用鉆孔方法時，一般要在巖芯或鉆芯中獲取巖石樣品。

在取樣工作的實施過程中，為了確保樣品質量，應堅持以下幾方面的實施原則。第一，合理控制樣品的數量，從而使樣品能夠準確反映巖土的各項性質[1]。對于同一場地，通常情況下應選擇3～5組樣品，并且需要確保樣品分布均勻，還應保證各個樣品分別位于地基的不同厚度位置。第二，需要充分重視邊坡位置的取樣工作。其原因在于邊坡位置的土體容易受到季節環境的影響從而產生一些變化，如在雨季土體較為松散，而在干旱季節較為緊密。同時，如果在降雨量較大的情況下，土體也會出現較為明顯的破壞問題。針對這一現象，為了提高巖土樣品的代表性，需要在采集過程詳細標注取土位置。

2.2 巖土樣品封存

對巖土樣品采取有效封存措施，能夠減少外界環境對于樣品的影響，防止樣品的各項性質產生變化。實際操作過程中，需要在樣品采集工作完成后，盡快利用取土筒封存樣品，并做好相應的標記工作。對于土壤樣品及巖石樣品，在保存方式上存在一定的差異性。在土壤樣品的封存方面，原狀土及擾動土樣品都需要在采集完成后立刻運用取土筒密封，采用相應的標簽做標記；而后利用膠帶將取土筒的縫隙加以密封，利用融蠟對縫隙進行澆注。如果在對原狀土進行取樣過程中，樣品無法填滿取土筒，此時應選用擾動土對筒壁內部的縫隙進行填充。在選擇擾動土時，應保證其濕度與自然狀態下相近。完成取樣后要仔細填寫送樣單，其中要準確反映出取土圖紙資料符號、標簽說明等信息。土壤樣品采集完成后，需要將其及時提交到實驗室。

巖石樣品的保存與土壤樣品的保存有一定的區別。在巖石樣品采集完成后，也應立即采取有效措施封存。封存方法的選擇上，對于硅質硬巖樣品來說，可以不進行其他處理；對于泥質巖樣品，需要用紗布包裹，而后運用融蠟澆注縫隙。對于巖石樣品的標注方面，應做好上下記號的標注，同時需要做好標簽的記錄工作。

2.3 巖土樣品運輸

運輸巖土樣品時，要確保運輸的安全性，防止樣品在運輸過程中出現損壞，確保將巖土樣品從檢測區域安全地運送至檢測實驗室。在樣品的采集與封存工作完成后，需要盡快進行樣品的運輸，確保樣品能夠得到及時有效的檢測。同時，也要合理選擇運輸工具，提高樣品運輸的安全程度。一般情況下，在巖土樣品的運輸過程中，需要將樣品先裝入具備防震性能的箱子中，箱子周圍的縫隙需要用柔軟材料填充，減少運輸過程中的震動，從而避免對樣品造成破壞。常用的填充材料包括稻草、鋸末、軟紙、谷殼和麥稈等。運輸過程中還要有效控制車輛的行駛速度，減少車輛的顛簸，防止對樣品性能造成不良影響。在將樣品運輸到指定地點之后，裝卸人員在搬運過程中應盡量做到輕拿輕放，減少運送箱的碰撞，防止搬運過程中樣品的損壞[2]。

3 水利水電工程地基基礎巖土試驗檢測技術實驗方法

水利水電工程地基基礎巖土性能的測試工作能夠對地基基礎巖土的各項性質做出充分反映，也是基礎巖土試驗檢測技術應用的關鍵部分。在應用室內檢測方法的前提下，需要在完成取樣工作后，開展巖土試驗檢測實驗。以下為水利工程巖土熱響應測試所采取的實驗方法。

3.1 巖土熱物性參數檢測

通過這一檢測方法，能夠明確巖土導熱系數、熱擴散系數。巖土熱物性參數中具體包含巖土容積比熱容、巖土導熱系數以及熱擴散系數等。其公式表示為Y=/(αT/α)，其中為法線方向熱流密度，αT/α為法線方向溫度梯度。由于巖土的組成成分主要包括空氣、水和礦物質，因此其導熱系數及容積比熱容的取值范圍如表1所示。

表1 水、固態礦物質及空氣的熱物性參數

根據表1，巖土組成成分的比例對于巖土綜合導熱系數能夠產生很大影響，同時由于固態礦物質導熱系數相對于空氣較高，因此在巖土空隙較大、固態礦物質含量較小時，其綜合導熱系數隨之降低。

3.2 巖土初始低溫測試

巖土初始低溫測試的實驗方法主要是事先采用一定的方法恢復巖土的溫度，并根據地質條件因素合理確定恢復的時間[3]。在進行初始低溫測試過程中，選用的常見方法包括外置溫度傳感器法、內置溫度傳感器法及無加熱循環法。比如，在采取無加熱循環法進行測試時，應確保巖土初始溫度在0.5℃以下且穩定時間在24h以上。在時間發生變化的過程中，初始低溫隨之變化，在進出口溫度時間傾向穩定狀態、溫差處于合理范圍時可以判斷檢測數據有效，如圖1所示。采用溫度傳感器法測試巖體初始溫度示意圖如圖1所示。即在PE管內外布置傳感器，期間在PE管內充滿水，直至溫度平衡后對不同深度巖土溫度進行測試。

圖1 傳感器法測試巖體初始溫度示意圖

當測試時間在50h時進出口溫度穩定，此時平均回水溫度、平均實際換熱量與平均流速分別為28.8℃、3842J/s、0.44m/s。溫度趨勢圖如圖2所示。

圖2 不同地層深度溫度變化

4 結束語

水利水電工程地基基礎巖土試驗檢測在水利工程建設中具有重要意義，在實際工作中要充分重視該項工作的開展。