基于水利水電工程地基基礎巖土試驗檢測要點研究

王賀楠

（盤錦禹泰水利工程質量檢測有限公司，遼寧 盤錦 124200）

隨著基礎設施的不斷建設和經濟的持續發展，水利水電工程逐漸成為支撐工農業和各項經濟發展的重要基礎。水利工程是以水力學和力學為基礎進行施工管控、設計的綜合性技術，可以實現水資源的科學合理利用和水患災害的控制[1-2]。因此，工程技術人員將水利電站、水閘、水壩等作為研究對象，利用水力水能、工程結構、力學和數學等理論知識，通過科學的研究方法、施工管理辦法和規范的設計程序進行工程規劃、勘測、設計、管控等工作，為推動水利事業發展和工程標準化建設提供了技術支撐[3-6]。

為保證水利水電工程的穩固性與可靠性，領域內提出了一種巖土試驗檢測方法，通過對地基巖土性質、成分的檢測掌握地基狀況，為后期工程設計提供可靠依據。傳統的檢測方法存在程序不規范和計算過程復雜等問題，有必要全面把控試驗檢測要點，通過試驗檢測科學分析地質和土質情況，加強對地基承載力以及環境特征的評估分析，為水利水電工程設計提供準確全面的數據，逐步改善傳統的地基檢測數據不充足、精度偏低的問題[7]。

1 重要作用與基本特征

1.1 重要作用

巖土工程質量檢測是水利水電工程施工的重要內容，地基基礎巖土試驗檢測作為其關鍵一項直接決定著工程基礎建設質量[8-9]。中國地質條件極其復雜，特殊性巖土多且分布廣泛，加之巖土工程施工難度整體較高，為了明確工程地質條件必須加強巖土質量檢測。實際檢測時不可避免地會遇到各種不良地基狀況，應及時采取能夠有效消除安全隱患的處理措施，以保證工程的安全建設。由于工程造價中僅有一小部分用于巖土質量檢測開銷費用，故必須系統分析周邊環境與工程建設之間的關系，確保地質條件符合地基基礎建設施工有關要求，最大程度地減少工程維護管理費用，有效控制工程隱患問題[10]。因此，對于水利水電工程建設而言地基基礎巖土試驗檢測具有重要作用。

1.2 基本特征

一般地，水利水電工程與其它工程相比具有突出鮮明的巖土工程特點，總體歸結為[11]：①施工隱蔽性強，地基處理、樁基施工、邊坡防護等作業環境相對隱蔽，若無法有效控制施工質量，工程建成投入運營后極易引起一系列安全隱患問題，為了防止因巖土處理不當造成的安全及質量問題，必須結合工程項目具體情況采取連續跟蹤監督、全程監護等技術措施；②不確定性因素多，應考慮當地特殊的地質條件合理開展巖土工程測試勘查工作，在編制撰寫勘查報告時全面分析可能發生的各種問題，充分保證測試精度；③受氣候條件、地理環境等因素影響區域巖土性質會出現明顯改變，必須全面分析巖土特性合理選擇施工方式，并針對不同的施工方式進行巖土試驗檢測，換而言之就是先現場采樣并分析巖土性質，再結合實際情況提出對策建議；④區域性差異顯著，以相同的操作方法測試不同區域所獲取的結果明顯不同，究其原因就是不同區域的地質條件和巖土性質差異顯著，由此測試的結果也存在較大差異。因此，將測試技術應用于具體的巖土工程時，必須考慮相應的數據指標，對不同性質的巖土合理選擇相應的設計參數、工藝條件，尤其是有針對性地分析巖土的抗剪切強度。

2 巖土試驗檢測方法

2.1 地基基礎巖土試驗

1）室內檢測。依據檢測項目將樣品加工成一定的形狀，然后利用各種手段進行全面系統的試驗檢測，但檢測結果無法真實反映現場實際情況。

2）現場檢測。現場檢測方式主要有靜力觸探、荷載等，在施工現場直接檢測天然狀態的巖土，從而確定巖土的相關參數和力學性能，故也稱為“原位檢測”。其中，載荷是現場檢測最常用的方法，通過現場模擬地基的受力狀態，可以保證較高的測試精度[12-13]。然而，現場檢測所消耗的人力、時間均明顯大于室內檢測，并且具體檢測時易受外界條件的制約。

通過對比分析可知，為確保檢測精度必須合理選擇試驗場地，具體檢測時還要保證樣品數量充足，這也是地基巖土試驗檢測的基本要求。

2.2 巖土熱物性參數

實際上，巖土熱物性基礎參數主要有熱擴散系數、容積比熱容、巖土導熱系數等，可利用傅里葉導熱定律計算導熱系數γ，其表達式為：

表1 巖土的熱物性參數

巖土的組分比例不同所形成的綜合導熱系數也明顯不同，按表1中的參數可以確定巖土的空氣導熱系數小于固態礦物質，減小巖土的固態礦物質或增大其孔隙率均會降低綜合導熱系數。

2.3 巖土初始低溫測試

材料回填時會散發一定的熱量，測試前必須恢復巖土溫度，由于不同鉆孔地質具有明顯差異，故所需的恢復時間也不盡相同。實際工程中，一般選用內置和外置溫度傳感器法、有或無加熱循環法測試巖土初始低溫[14]。以某水利水電工程的地基巖土工程為例，簡要說明初始低溫測試特點。

對巖土初始低溫利用無加熱循環法進行測試時，巖土初始溫度穩定時間要≥24h，控制溫度≤0.5℃。隨時間變化初始低溫也會發生相應的改變，曲線圖顯示的進出口溫差處于規定范圍以內，隨時間變化溫度趨于穩定，測試數據可靠有效， 巖土初始低溫變化線，見圖1。

圖1 巖土初始低溫變化線

設置測試時間50h，待達到測試時間要求時保持進出口水溫穩定，此時回水溫度平均值29.0℃，流速0.45m/s，交換熱量3740J/s，通過分析進出口的平均溫度揭示溫度變化趨勢，加熱溫度變化曲線，見圖2。

圖2 加熱溫度變化曲線

3 巖土試驗檢測要點

3.1 采樣方式

為確保巖土試驗檢測精準度，必須針對具體情況進行現場采樣，保證所采樣品具有一定代表性。其中，合理選擇采樣方式是獲取所需樣品的前提條件，在實際采樣中可以選用未受干擾土壤以及巖石采樣兩種方式，必須保證樣品代表性才能以少量樣品反映整體檢測結果。因此，為了確保結果更加精確和采樣操作的順利完成，應安排專業技術人員對采樣全程給予指導，現場作業人員要全面記錄樣品規格、采樣時間和區域等基本信息，保證檢測過程規范科學。此外，為了使樣品更具代表性還要合理規劃采樣區，通過科學設置采樣點及其數量，提高采樣數據的參考價值。實際檢測時沿同一垂直水平面，盡量實現均勻采樣。對于滑坡或斜坡的樣品采集，要考慮地表降雨、地下水源和其他因素對土壤層的影響情況，如污染成分滲透會改變土壤狀態和樣品適用性，通過采取有效的措施保證樣品代表性[15-18]。

3.2 樣品質量

樣品的質量狀況在一定程度上影響著采樣的有效性，為保證樣品質量必須滿足以下幾個條件：

1）樣品自然性，采集的巖土樣品必須保證其自然形成條件，換而言之就是樣品不應受到人工操作的影響，即保持樣品的原有自然特征和參考價值。

2）維持樣品代表性，采樣位置要盡可能選擇未經處理的鉆孔、導孔、平孔、測試坑或者自然地，最大程度地保留土壤的自然濕度及原有成分，從而保證測試結果真是客觀地反映巖土實際情況。鉆孔作業時要保證孔徑≥12cm。此外，為了降低對土壤生態的干擾破壞，維持巖土原有狀態，采樣時可以選擇專用的特殊薄壁平地機。設置采樣點時，可以選擇在鉆孔、洞、溝、井、基巖坑或基巖露頭部分，也可在鉆孔巖芯部分或施工現場的巖床處采樣。

3）在制備樣品時盡可能降低人為干擾，以防裂縫問題的出現，但對于不符合標準尺度要求或者粗糙度稍小的樣品可允許裂縫的存在，控制樣品直徑與高度比率為1:2或者1:1。

3.3 樣品封存

合理保存樣品是采樣工作的重要環節，采集樣品后一般不會立即投入使用，在使用之前為確保樣品不發生改變必須進行合理保存。對此，主要是將樣品保存至密封筒內，筒身做好標識以防出現混淆。具體而言，為防止水分、空氣入侵要利用膠帶做好密封，土筒縫隙填補密實，以防受到外界環境污染，在保證樣品原本狀態的情況下及時上交至實試驗室。為維持樣品原有的含水率可將其放入溫濕度適中的存儲庫內，樣品類型不同所選擇的保存手段也不同，以此保證樣品的采集質量。

3.4 樣品運輸

采樣完成以后需要將樣品送至試驗室檢測，在送往試驗室過程中必須注意空隙與容器的處理，這也是影響檢測精度的重要環節。對于巖土樣品的運輸盡量選用箱子作為容器，這種運輸方式便于攜帶和存放，并且能夠有效防止因運輸顛簸可能引起的振動問題，最大程度地降低外部干擾，維持樣品的原有形態。對于縫隙的處理，為了防止車輛運輸時樣品發生相互碰撞，可以將泡沫塑料、泡沫紙、麥稈、軟質、谷殼等軟質防護材料填充箱子與樣品之間的孔隙。另外，在實際運輸時還要合理調整車輛的行駛速度，達到目的地后，搬運人員要按照“輕拿慢放”的原則裝卸箱子，盡量防止箱子之間出現碰撞，最大限度地排除不利因素影響，有效控制潛在風險，為順利完成樣品運輸提供保障。為完善樣品運輸管理，可建立物流追蹤體系逐步實現全過程監督，對運行車型號、運送時間和人員等有明確記錄，為運輸管理提供可靠依據。

4 結 論

充分掌握巖土的物理形狀以及水利水電工程概況是做好地基基礎巖土試驗檢測的重要前提，可采取室內檢測與現場檢測相結合的方式全面檢測地基巖土樣品。選取的樣品要具有代表性，為了保證樣品質量和原有形態必須做好封存、標記存儲、運輸等工作，運輸過程中采取有效的防震措施，確保將完好無損的樣品送到試驗室檢測。