工程勘察中巖土測試技術(shù)研究

陳 燕

安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司 安徽 合肥 230051

巖土工程勘察在地基的設(shè)計(jì)中發(fā)揮了基礎(chǔ)性的作用，為地基的設(shè)計(jì)和施工提供了重要的參數(shù)依據(jù)和地質(zhì)資料。做好巖土勘察工作是工程建設(shè)的重中之重，因此，做好巖土勘察工作，真正有效保證優(yōu)質(zhì)的工程質(zhì)量，就要對其采取有效相應(yīng)的措施，增強(qiáng)勘察數(shù)據(jù)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

1 工程地質(zhì)測繪及調(diào)查

勘察之前要開展工程地質(zhì)測繪及調(diào)查，運(yùn)用地質(zhì)學(xué)理論來詳細(xì)描述建設(shè)場地并對地下規(guī)律性質(zhì)進(jìn)行判斷，這樣才能提供信息以供勘察工作參考。通過工程地質(zhì)測繪工作可以以最小的成本來有效了解場地情況。

工程地質(zhì)測繪時(shí)，需要在地形圖、地質(zhì)圖上表示包括測區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀建筑、構(gòu)造、地形地貌等地質(zhì)要素，不同階段使用的比例尺不同，可行性研究階段多使用小比例尺；初勘階段多使用中比例尺；詳勘階段則使用大比例尺[1]。

布置觀測點(diǎn)時(shí)，要在各地質(zhì)單元體、巖層及地層的分界線位置布置觀測點(diǎn)。選取有代表性的點(diǎn)來布置觀測點(diǎn)，要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際來針對性布置觀測點(diǎn)的距離及數(shù)量。布置觀測點(diǎn)時(shí)要充分利用場地露頭，當(dāng)露頭數(shù)量不多時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行補(bǔ)充。

勘測技術(shù)選用時(shí)，當(dāng)前常用的技術(shù)包括儀器法、半儀器法及定位目測法。要結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件及精度來合理選擇定位方法，當(dāng)情況復(fù)雜、精度要求較高時(shí)應(yīng)當(dāng)采用儀器法進(jìn)行測量。

2 巖土工程勘探及采樣

2.1 巖土工程勘探

巖土工程勘探采用專業(yè)設(shè)備來對地下一定深度進(jìn)行勘探，可直接、有效地了解建設(shè)影響深度范圍內(nèi)的地下水情況、巖土體特性及分布情況。

2.1.1 鉆探

鉆探利用鉆探設(shè)備來破碎巖土體，形成鉆孔并采樣，進(jìn)而了解地層情況。鉆探的適用范圍廣，不受環(huán)境限制，鉆探精度高。螺旋鉆探部分適用于黏性土，部分適用于砂土、粉土，不適用于巖石、碎石土，采取對試樣造成的擾動(dòng)較小。無巖芯鉆探適用于巖石、沙土、粉土及黏質(zhì)土，部分適用于碎石土，但不能直觀鑒別，采取會對試樣造成移動(dòng)擾動(dòng)。巖芯鉆探適用于巖石、砂石、粉土及粘性土，部分適用于碎石土，其特點(diǎn)在于鑒別直觀，采取不會對試樣造成擾動(dòng)。沖擊鉆探適用于碎石土及沙土，部分適用于粉土，不使用于巖石及黏性土，這一方法鑒別不直觀，采取會對試樣造成一定擾動(dòng)。錘擊鉆探適用于沙土、粉土及粘性土，部分適用于碎石土，不適用于巖石，其特點(diǎn)在于可直觀鑒別，采取不擾動(dòng)試樣。震動(dòng)鉆探適用于沙土、粉土及黏性土，部分適用于碎石土，不適用于巖石，其特點(diǎn)在于鑒別直觀，采取會對試樣造成一定擾動(dòng)。沖洗鉆頭適用于沙土、粉土，部分適用于黏性土，不適用于巖石及碎石土，這一方法鑒別不直觀，采取會對試樣造成一定擾動(dòng)[2]。

2.1.2 坑探工程

坑探工程的特點(diǎn)在于工作人員可以直接查看、記錄地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這能幫助其更好地把握地質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，可以直接采樣及原位測試。但這一技術(shù)的周期長、資金耗費(fèi)大，當(dāng)自然條件較差時(shí)不能使用這一技術(shù)。探槽是底面深度介于3～5m 的長條形槽，這一技術(shù)將地面覆土剝除，揭露基巖，可劃分巖性，幫助工作人員了解斷層破碎帶，判斷殘坡積的厚度、物質(zhì)及結(jié)構(gòu)。試坑是從地面向下，深度介于3～5m 的垂直的方形或圓形小坑，通過試坑可取原狀土樣，作滲透試驗(yàn)及載荷試驗(yàn)。淺井從地表向下做5～15m 方形或圓形井，可用于判斷風(fēng)化層及覆蓋層的厚度及巖性，可用于取原狀土及做載荷試驗(yàn)。斜井的形狀同淺井，其深度在15m 以上，一些情況下需要采取支護(hù)措施，通過斜井可明確覆蓋層的性質(zhì)及厚度，可判斷斷層破碎帶、軟弱夾層分布及風(fēng)化殼分帶，也可以了解滑動(dòng)面、坡體結(jié)構(gòu)等，斜井布置在巖層緩傾、地形平緩的地段。平巷不出露地面，但連通豎井，與巖層的走向垂直，通過平巷可做試驗(yàn)及了解河底的地質(zhì)結(jié)構(gòu)[3]。平硐是在地面有出口的水平坑道，其深度大，通過平硐可了解斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)，判斷河谷地段的風(fēng)化巖層、破碎帶、軟弱夾層、地層巖性等，可取樣，還能進(jìn)行地應(yīng)力量測及原位試驗(yàn)。

2.1.3 地球物理勘探

地球物理勘探采用物理原理和方法來探測場地巖土層，其特點(diǎn)在于立體可視，投入少，但有時(shí)會受到干擾。常用的物探方法包括放射性勘探、磁法勘探、電法勘探、重力勘探、地震勘探及地球物理測井等。

2.2 不同階段的勘探技術(shù)應(yīng)用

可行性研究階段進(jìn)行勘察時(shí)，工程地質(zhì)測繪應(yīng)用較多，通過勘探來發(fā)揮輔助的作用，勘探時(shí)以物探方法使用較多。初勘時(shí)需要整體評價(jià)場地情況，這一過程中主要是使用鉆探方法配合采取土樣試驗(yàn)。詳勘時(shí)需要充分了解場地地質(zhì)情況以及工程建設(shè)的影響因素等，需要充分了解巖土問題及基礎(chǔ)，因此除了要進(jìn)行現(xiàn)場勘探以外，還需要大量取土試驗(yàn)來輔助。

2.3 采取試樣

勘察項(xiàng)目少不了采取試樣這一任務(wù)，采取的試樣可用于室內(nèi)試驗(yàn)從而獲取相關(guān)參數(shù)量化評價(jià)場地巖土。常見的采取試驗(yàn)樣品包括水樣、巖石樣、擾動(dòng)土樣及原狀土樣。采樣的方式比較多，采樣可在地質(zhì)調(diào)繪時(shí)的探坑及勘察施工作業(yè)時(shí)操作。

取土樣時(shí)，根據(jù)方式的不同來劃分可分為回轉(zhuǎn)式及貫入式。回轉(zhuǎn)式多用于密實(shí)、堅(jiān)硬的土中，還可以應(yīng)用于軟巖中。當(dāng)土的質(zhì)地比較軟時(shí)可以采取單動(dòng)類型，當(dāng)土質(zhì)比較堅(jiān)硬時(shí)可采取雙動(dòng)類型。

3 原位測試與室內(nèi)試驗(yàn)

3.1 原位測試及室內(nèi)試驗(yàn)的目的

原位測試及室內(nèi)試驗(yàn)的目的在于對巖土的狀態(tài)進(jìn)行分析評價(jià)，為技術(shù)設(shè)計(jì)提供參數(shù)指導(dǎo)。原位測試在不對巖土體造成擾動(dòng)的前提下進(jìn)行試驗(yàn)，可以幫助工作人員了解巖土體的原本結(jié)構(gòu)，但原位測試不能對試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力路徑進(jìn)行控制，受到各種因素的限制不能廣泛開展大型現(xiàn)場試驗(yàn)。室內(nèi)土工試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)條件明確，可大量采取試樣，但試樣的采取、運(yùn)輸及試驗(yàn)過程中容易受到擾動(dòng)，可能導(dǎo)致與試驗(yàn)結(jié)果不能真實(shí)反映土樣的真實(shí)情況[4]。

3.2 原位測試技術(shù)

3.2.1 動(dòng)力觸探試驗(yàn)

動(dòng)力觸探試驗(yàn)使用一定動(dòng)力能量將設(shè)備探頭打入待測巖土層中，對錘擊次數(shù)進(jìn)行記錄從而判斷地基土的相關(guān)參數(shù)。通過動(dòng)力觸探試驗(yàn)可對地基的變形參數(shù)、承載力進(jìn)行判斷，可幫助工作人員判斷持力層下空洞情況，可檢驗(yàn)承載力以及判斷是否存在軟弱土層。

3.2.2 靜力觸探試驗(yàn)

這一方法將探頭以靜力的方法來勻速壓入測試土層，在這一過程中使用電子量測儀器來測定探頭端部所受阻力，從而幫助工作人員了解地基土的相關(guān)參數(shù)、判別液化、分類場地土、預(yù)估單樁承載力等。

3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

這一方法將標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的落錘從規(guī)定的高度自由落下，借助重力勢能將標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入待測沿途曾，記錄每貫入30cm 的錘擊次數(shù)從而判斷巖土層的密實(shí)程度、地基承載力、地基變形模量，還可以幫助了解花崗巖類風(fēng)化情況、砂類土密實(shí)程度等。

3.2.4 靜載試驗(yàn)

這一方法將一定面積的剛性承壓板放置于待測物體上，對實(shí)驗(yàn)對象逐級施加設(shè)計(jì)力，觀察時(shí)間與變形的關(guān)系，從而判斷承載力。這一方法具有較強(qiáng)的泛用性，可應(yīng)用于橋梁基礎(chǔ)檢測、結(jié)構(gòu)構(gòu)件檢測及地基檢測。

3.2.5 巖土原位應(yīng)力測試

這一方法在保持巖體原始應(yīng)力的前提下量測應(yīng)力，可應(yīng)用于質(zhì)地均勻、完整且無水的巖石，結(jié)合實(shí)際情況可采用表面應(yīng)力測試、孔底應(yīng)力測試及孔壁應(yīng)力測試。通過對巖體的原位應(yīng)力測試，可評價(jià)軟巖的流變及硬巖的巖爆。

3.2.6 現(xiàn)場直剪試驗(yàn)

這一方法使用換刀切取土樣，對土樣水平施加推力，豎向施加壓力從而破壞土樣，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析從而得到試驗(yàn)參數(shù)。現(xiàn)場直剪試驗(yàn)所使用的試樣要大于室內(nèi)試樣，且在現(xiàn)場實(shí)際操作，因此參數(shù)更加接近實(shí)際情況。通過現(xiàn)場直剪試驗(yàn)可判斷土樣的抗剪強(qiáng)度，可判斷建筑及邊坡穩(wěn)定性。

3.2.7 應(yīng)力鏟試驗(yàn)

這一方法可應(yīng)用于飽和土的檢測，將應(yīng)力鏟放入土中，對孔隙水壓力、水平總應(yīng)力、垂直貫入阻力、靜止側(cè)壓力系數(shù)等進(jìn)行測試。這一方法可應(yīng)用于劃分土層、測定地基土的物理力學(xué)指標(biāo)。

3.2.8 旁壓試驗(yàn)

這一方法預(yù)先使用設(shè)備鉆孔，將旁壓器下入孔中，加壓后旁壓器膨脹變形從而對孔壁造成側(cè)向擠壓，對壓力與變形關(guān)系進(jìn)行測量，從而了解周圍土體的參數(shù)。使用這一方法可計(jì)算變形模量及對地基的承載力進(jìn)行估算。

3.3 室內(nèi)試驗(yàn)

土的室內(nèi)試驗(yàn)的測試項(xiàng)目包括礦物成分、力學(xué)指標(biāo)及物理指標(biāo)等。巖石的室內(nèi)試驗(yàn)項(xiàng)目包括抗剪切強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、礦物成分及密度等。水土腐蝕性的室內(nèi)試驗(yàn)主要是對離子成分及含量進(jìn)行測定。

4 現(xiàn)場檢驗(yàn)與監(jiān)測

4.1 現(xiàn)場檢驗(yàn)

現(xiàn)場檢驗(yàn)包括施工時(shí)監(jiān)管施工質(zhì)量以及驗(yàn)證勘察成果。監(jiān)管施工質(zhì)量主要是施工時(shí)對質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督控制，如檢查樁是否有檢驗(yàn)報(bào)告、是否滿足要求，對基槽開挖時(shí)檢驗(yàn)基槽尺寸及基槽底部標(biāo)高等。驗(yàn)證勘察成果是在施工過程在基坑開挖時(shí)對揭露土體進(jìn)行判斷評價(jià)，通過現(xiàn)場情況的觀察可以對勘察結(jié)果的成果進(jìn)行補(bǔ)充、修正。當(dāng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況與勘察成果存在出入時(shí)就需要補(bǔ)勘。

4.2 現(xiàn)場監(jiān)測

現(xiàn)場監(jiān)測管理、觀測所有會對工程造成影響的不良地質(zhì)情況，其貫穿建設(shè)工作全程。通過現(xiàn)場監(jiān)測可以為工程安全提供保障，確保工程得以順利施工，確保項(xiàng)目運(yùn)營期間的安全。現(xiàn)場監(jiān)測的內(nèi)容主要包括：（1）監(jiān)測環(huán)境條件：監(jiān)測水文地質(zhì)條件及工程地質(zhì)等要素，特別是監(jiān)測會對工程帶來威脅的不良地質(zhì)現(xiàn)象；（2）監(jiān)測各種荷載下巖土的變化；（3）工程施工及運(yùn)營過程中貫穿對結(jié)構(gòu)物的監(jiān)測。

5 結(jié)語

為了更好地提高巖土工程勘察成效，工作人員們理應(yīng)對沿途樣品、項(xiàng)目及取值等進(jìn)行深入研究及分析，以便得出更精確的檢測數(shù)據(jù)及答案。除此之外，工作人員在進(jìn)行巖土測試的過程中還應(yīng)對地質(zhì)與巖土資料進(jìn)行勘察及測試，依據(jù)工程的要求及巖土性狀等因素制定一系列行之有效的對策及施工方案。