研究巖土工程地質勘察中的原位測試技術

鄧仕鴻

（貴州首鋼國際工程技術有限公司，貴州六盤水 553028）

0 引言

科技水平的不斷進步使得地區經濟發展對各類基礎設施建設使用可靠需求增加。然而，由于建設規模擴大以及場地巖土環境復雜，增加了施工質量控制難度。為解決此問題，相關建設者應將現有科技成果充分利用起來，不斷更新調整巖土工程地質勘察技術。文章以原位測試技術為例，通過分析其現有技術類型與作用現狀，以找出優化控制要點。此課題，是提高各類建設項目土建施工安全穩定性的關鍵，需引起更多重視。

1 巖土工程地質勘察中原位測試技術的類型

原位測試技術是指在保證土體結構原狀與完整性的情況下降低巖土工程地質勘察工作的開展難度。此測試技術應用下，土層不會受到任何干擾，通過現場測試手段，提高封閉性測試樣品數據獲得的可靠性。此外，其在應用于巖土工程地質勘察過程中，還具備連續測試特點。對于建設規模較大、測試時間較短的巖土工程，采用原位測試技術，能夠以可行性、靈活性以及快速性狀態，連續開展測試工作，且不會對巖土結構造成干擾影響[1]。對于原位測試技術中的土層剖面測試技術類型，其能夠服務于檢測工作開展的多樣性，主要作用于靜動力觸探與電阻率。通過連續性的測試，能夠提高檢測結果的可靠性。由于檢測所需成本投入較少，多被中小型企業運用。專門測試類型，則是依據載荷測試與旁壓測試，短時間內獲得巖土工程各個巖土層的物理力學治療與參數情況，是較高端技術類型。其不僅能夠保證勘查結果的精度，還能提高數據信息獲取的準確性，受到了業內認可。這從巖土工程設計者將其作為后續工程施工圖紙使用的指導依據，可以看出。具備室內實驗方法應用很難達到的測試技術功能。

2 巖土工程地質勘察中原位測試技術的應用現狀

從操作方法入手，原位測試技術應用過程中，借助現場區域環境來縮短檢測時間[2]。而室內試驗檢測手段，無法對巖土所處的區域環境影響因素進行規避控制，導致檢測結果缺乏準確性。此外，原位測試技術應用引進了多種應用度較為成熟的技術類，如靜動觸探技術等。兩者均能通過快速連續方式，來確定巖土測試的物理性能。采用波速測試技術，則能夠對地基結構的加固設施運用效果進行精準分析，以滿足工程建設使用的整體目標。

除了這些優勢，巖土工程地質勘察工作中應用原位測試技術也存在一定缺陷。

（1）由于與原位測試技術相關的應力條件復雜性較高，測試過程，又需要將特定參數作為工作典型，因此，很難通過特定方式確定。在借助模型技術選擇時，只需做好大量的簡化工作，這就容易出現誤差問題。嚴重的還會直接影響巖土體的測試結果。

（2）因巖土荷重存在變化問題，與之對應的參數也會發生變化，因此，無法為巖土工程勘察提供可靠的預測能力。

（3）由于原位測試技術應用所需時間較多，因此，對成本需求較高。為對巖土工程地質勘察的成本進行控制，不會進行多次試壓試驗，這就導致獲得的指標參數不具備可靠性，增加了巖土工程后續建設質量控制的難度[3]。

基于此，原位測試技術的應用控制還有很長的一段路要走，巖土工程地質勘察人員需將現有科技成果充分利用起來，通過不斷更新調整，來優化技術應用效果。這是提高巖土工程涉及基礎設施項目建設使用質量的關鍵，需結合實際情況、建設要求以及規范標準等因素，合理開展測試控制工作。

3 巖土工程地質勘察中原位測試技術的應用控制要點

3.1 地基靜載荷試驗檢測技術

地基靜載荷試驗檢測技術應用實踐主要有兩種形式，即平板載荷試驗和螺旋板載荷試驗。前者是在負載條件下對巖土工程進行模擬，以直接反映出土壤結構的變形特性。測試工作過程，可確定地基承載力和地基結構可變性。如此，巖土工程建設者就可根據場地土壤特性來確定固結系數。螺旋板載荷試驗方法的應用原理，與平板載荷試驗類似，區別體現在螺旋載荷試驗作用于巖土土體表面，且只能在地面下一定深度范圍內進行地質勘察。

3.2 靜力觸探試驗檢測技術

靜力觸探試驗檢測技術就是借助準靜力，結合恒定的貫入速度來對因貫入圓錐探頭受到的阻力情況進行記錄。而后，就可根據阻力大小來判斷土壤物理學性質。此方法應用的適用范圍較廣，可作用于砂土與黏性土。通常來講，靜力觸探試驗檢測技術可用于巖土工程的土層劃分、土壤承載能力的評定以及土壤物理力學指標的估算。

3.3 標準灌入試驗檢測技術

巖土工程地質勘察應用標準灌入試驗，主要通過力量初探，并借助規定重量穿心錘開展試驗。當恒定高度確定后，就可遵循自上而下，自由脫落原則進行試驗檢測。具體就是將一定規格探頭打入土壤環境，并根據打入過程的困難程度來確定土層結構和土壤土質條件。由于標準灌入試驗采用的探頭是標準規格不是圓形，因此，稱為標準灌入試驗。實際過程中，對檢測技術人員的專業素質要求較高[4]。這是因為其適用于重大巖土工程地質勘察，標準灌入試驗的技術要求與基本操作要嚴格按照既定規范進行檢測控制。首先，鉆孔時，應保證鉆孔高度略高于地下水位高度，以提高地質勘察結果的準確性。其次，為避免錘擊操作導致偏心與側面發生晃動，進而提高巖土工程地質勘察結果的可靠性。試驗檢測技術人員應結合場地條件與錘擊力度進行合理控制。再次，采用自動脫鉤方式來提高垂直墜落效果。對于自由落錘法的運用，應將控制土壤物理結構與性質測試結果準確性作為重點控制工作。最后，注重巖土工程地質勘察液化等級，以避免對地質勘察結果造成負面影響。

3.4 十字板剪切試驗檢測技術

十字板剪切試驗檢測技術在原位檢測技術中，是具有國際化特征的試驗技術方法。具體需要以規定的力度將十字板壓入被測土層中，而后施加一定扭轉力，采用破壞土層剪切結構方式來獲得土層物理化學的性能指標。采用十字板剪切試驗，是巖土工程地質勘察技術中對技術水平要求較高的技術，也是國際范圍內最前沿的檢測技術之一。試驗檢測過程，首先要選用固定規格矩形木板；其次，結合獲取的數據信息與地質條件資料，對十字板插入深度進行合理設置。在確定剪切速率時，應在保證國際化需求得到滿足的情況下進行控制。此外，還要注重摩擦力與阻力對巖土工程地質勘察結果造成的影響。

3.5 波速檢測技術

作為較為新穎的原位測試技術，波速測試中，主要測試土層波速，根據彈性波在土層中的傳播速度和巖土大小數據資料進行分析對比，以得出波速測試結果。結合波速測試結果能夠提高巖土工程地質勘察分析的科學合理性。具體測試過程，應先確定土體力學參數，而后，提前確定待測場地類型。此過程，需做好待測場地卓越周期判斷。交由專業技術人員負責波速檢測工作，以根據自身工作經驗來對巖土變化情況進行判別確定[5]。

3.6 膨脹土檢測技術

膨脹土原位膨脹力測試共有3 種方式，即常體積法、回壓法和壓力-膨脹量曲線法。由于方法不同，獲得的結果也存在差異。其中回壓法應用檢測結果的偏差較大，壓力膨脹量曲線法的應用精度更高。常體積法應用檢測結果與高度達到接近狀態，也被廣泛運用于巖土工程的地質勘察工作。這3 種方法均要在室內環境內進行。要想達到巖土工程地質勘察的原位測試目的，還應進行改良。如壓力-膨脹量曲線，應與膨脹土地基處理原則和現場膨脹土地基處理深度進行充分結合，以準確反映出巖土工程的地質條件，繼而為后續的施工控制提供條件。

上述6 種常用的原位測試方法，有其各自的適用條件與操作要求。巖土工程地質勘察人員應根據不同工程情況進行針對性選擇，以提高測試方法運用的獨特性與適用性，進而使巖土勘察結果能夠服務于所處建設項目的質量控制需求[6]。

4 巖土工程地質勘察中原位測試技術的應用實例分析

某地產業園區工程建設場地共劃分為4 個地塊，擬建高層建筑工程樓層數為17 層，單柱最大荷載200kN。建筑物采用框架結構，場地原用途為耕地，具有地形平緩特點。結合巖土物理力學性質與地質形成原因，對勘察設計深度進行確定，即將巖土氛圍4 層7 亞層。經對地質勘察資料進行分析，發現地下水埋深較淺，存在地下水豐富與空隙潛水問題。為提高施工場地作用穩定性，保證擬建高層建筑物達到建設使用目標，選用原位測試中的波速測試技術，以規避不良地質問題影響。以下內容為具體工作過程。

4.1 技術選擇

為提高工程施工場地建設的穩定性，地基動力特性測試工作確定采用波速檢測技術。具體就是利用該技術對巖土工程建設場地進行土層剪切波速測試，以實現施工場地類別的準確劃分、地震液化以及震地等測試目標。

4.2 測試方法應用

作為原位測試技術中重要的組成，波速測試技術，其能夠在測試過程中借助觸發裝置激振體來對孔口水平位置的振源體進行叩擊，進而對地面隨之產生的剪切波進行檢測。這里的剪切波接收裝置是指，放置于井中的檢波器。當信號傳遞至地震儀中，經將信號進行收錄與放大處理來保證測試效果。此外，還要運用計算機對信號進行處理，以確定擬建工程施工現場底層工程的指標參數。

4.3 震源設備使用

巖土工程地質勘察工作過程應用震源設備，能夠產生具有重復性、穩定性以及能量較大的剪切波震源[7]。測試時，應借助型號為CE-9201 的工程地震檢測儀。而后，將尺寸為2m×0.3m×0.05m 的激振板設置在距離孔口1m 位置。將重物防治在模板上，利用錘子敲擊夯實木板的兩端，以驅使地層產生剪切波。

4.4 測試設備

巖土工程地質勘察采用的測試設備主要有兩種，即作用于孔內的三分量檢波器和地震儀。前者檢波器作用方向為：X、Y、Z，需將檢波器放置于封閉容器內。其中水平方向檢波器，主要用于接收因地表產生的橫波；垂直方向檢波器，主要用于接收地面產生的縱坡。

4.5 測試技術

測量采用的三分量檢波器，主要用于9.9～13.9m 孔深度的測試。不同測試點間距應結合場地條件，控制在0.5～1.0m。為提升測試結果的準確性，應開展測試點的重復觀測工作。

4.6 資料處理

計算各土層波速值過程，先要對目標進行正反兩次敲擊。當敲擊產生剪切波波形相位差為180°，就可開展不同界面點剪切波到達時間，繼而提高測試準確性。處理測試資料時，應對剪切波垂距走時進行計算。當檢波器與激發版沒有作用于鉆孔垂直線上，S 波與P 波傳播過程，路徑為斜距。波速測試過程，需結合垂距走時間，來完成S 波與P 波傳播路程的校核工作[8]。測試點的波速計算，應結合兩個連續觀測點間的深度差與垂直時間差來保證計算結果可靠性。分層波速的計算，應綜合考慮時距曲線不同的斜率折線段來對地層層波速進行計算。

4.7 測試結果

按照既定技術規范標準要求開展測試，波速測試孔為17 個。本工程覆蓋層土層等效剪切波測試結果如表1 所示。

表1 土層類型劃分與剪切波速范圍

按照規范要求，擬建工程施工場地為中硬，屬Ⅱ類場地條件，且不會受到震陷與液化問題影響。

5 結語

綜上所述，巖土工程地質勘察原位測試技術的應用，需與場地條件、技術規范等因素進行充分結合，以做好測試方法選擇的針對性與適用性。此外，還要提高設備與測試過程的可靠性，以提高巖土工程勘察過程的安全穩定性。事實證明如此，才能使巖土工程地質勘察結果起到應有的輔助工程建設的作用，繼而強化質量控制效果。