巖土工程勘察中現(xiàn)場波速試驗運用分析

文／柳莉 蚌埠市勘測設(shè)計研究院 安徽蚌埠 233000

引言：

在不同地區(qū)開展建筑工作時，需要分析該地區(qū)的土質(zhì)情況，需要明確巖土層的明確性能，而不同巖土層的彈性具有不同的特征，可以通過彈性波速進(jìn)行分析，能夠通過彈性波速等相關(guān)參數(shù)，反映土層的彈性特質(zhì)。鉆孔剪切波速測試就是采取有效的方法測量不同地區(qū)巖土層的傳播速度，計算動力參數(shù)并分析場地類別，由此判定巖土層的工程性質(zhì)，為后續(xù)工程設(shè)計和工程施工提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

1.工程概況

為有效判定巖土土質(zhì)，本文對該工程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，開展波速測試，進(jìn)行現(xiàn)場巖土工程勘察工作。該場地地貌經(jīng)前期勘察，地勢平坦開闊，場地地層巖性具有如下特點。首先，該地區(qū)場地地層巖性多為粉質(zhì)黏土，呈黃褐色，稍濕，厚度約十米左右。同時，該場地還有風(fēng)化巖。同時，該地區(qū)還有風(fēng)化殘積土，主要由粘性土構(gòu)成，較為松散，在該區(qū)域分布較多。因此，本次波速測試以該地區(qū)巖土性能為基礎(chǔ)，開展了巖土工程現(xiàn)場勘查工作。

2.波速測試原理

在采用現(xiàn)場波速試驗時，需要結(jié)合因地制宜的原則，開展巖土工程現(xiàn)場勘察。當(dāng)固體介質(zhì)受到外力沖擊。當(dāng)巖石固體介質(zhì)受到外力影響時，就會導(dǎo)致固體介質(zhì)發(fā)生了一定的變化，受到外力作用產(chǎn)生了形變，而作用于固體介質(zhì)的外應(yīng)力逐漸消失后，應(yīng)變和應(yīng)力也會逐漸失去平衡。那么在后續(xù)測驗時，就可以通過彈性波的方式向介質(zhì)中進(jìn)行傳播，由質(zhì)點依次向周圍擴散。這種彈性波的成分較為多元化，分為多種類型，根據(jù)不同的傳播切點，還可分為水平分量、垂直分量等，在不同表面?zhèn)鞑r，也可分為瑞雷波和拉夫波等。因此，根據(jù)彈性波在各種介質(zhì)中傳播特征和傳播速度的區(qū)別，可以開展現(xiàn)場波速試驗。在開展現(xiàn)場波速試驗時，通常需要采用跨孔法、面波法，需要結(jié)合巖土工程的實際情況，利用多層體系進(jìn)行多元方法的有機運用，直接檢測不同深度巖石土層的波速特征。如果土層軟硬變化逐漸增大或者層次較少，也可采用單孔法[1]。

2.1 震源設(shè)備

震源在使用時要求產(chǎn)生較大的能量，穩(wěn)定性和安全性較好，能夠有效的在開展巖土工程測驗時，根據(jù)不同的巖土類型分為沖擊震源和穩(wěn)態(tài)震源。在具體操作時，也可以根據(jù)不同巖石的性能，采取落重、敲擊板、爆炸、電火花等多種形式，開展試驗環(huán)節(jié)。穩(wěn)態(tài)震源在實際操作過程中能夠通過機器設(shè)備通過電磁式進(jìn)行整理。而我國在采用單孔剪層法時，也可采用敲擊板的形式，明確巖土層的性能，進(jìn)行彈性波測試，將彈性較好的木板及時放在指定位置，明確彈性木板與巖土的距離，讓彈性木板和地面能夠具有充分的接觸表面積，并在木板上覆蓋重物，用木錘敲擊或鐵錘敲擊的方式及時敲擊木板兩端，讓木板能夠與地面產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，讓地層在接收力的傳導(dǎo)過程中產(chǎn)生剪切波。工作人員在這一過程中，要及時記錄地表的變化情況，及時記錄相關(guān)參數(shù)的變化數(shù)值，并記錄波形。這種方法得到的數(shù)據(jù)類型較為簡單，易于識別，為后續(xù)工作人員分析提供了一定的幫助。

2.2 測試儀器

工作人員首先要采用專業(yè)的測試儀器，根據(jù)實驗要求明確儀器種類。在采用單孔測試法時，配備三分量檢波器和地震儀，并根據(jù)巖土情況進(jìn)行設(shè)備安裝，將檢波器和三分量檢波器同時安裝在密封的鋼桶內(nèi)，并明確檢波器的安裝方向，接收巖石發(fā)出的縱波，而其它水平方向的檢波器就可以直接接收橫波，明確不同檢波器的實際使用性能。同時，采用地震儀能夠有效的優(yōu)化檢測試儀器的性能，增強信號傳播接收能力，突出有效信號，降低周圍自然環(huán)境或人為因素對聲波的干擾，降低周圍噪聲，保障接收聲波的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。并且，目前我國市場上地震儀的型號較多，在實驗時需要選擇信號增強功能較強的地震儀，滿足后續(xù)現(xiàn)場勘察中波速測試的實際測試要求。

2.3 測試方法

在開展巖土工程現(xiàn)場勘查時，也要明確具體的測試方法，要進(jìn)行現(xiàn)場測試，及時的采用單孔法波速測試，進(jìn)行這些設(shè)備的有效連接。將檢波器放置孔底后，及時收集地面?zhèn)魃蟻淼穆暡ǎ⒂脷馔渤錃夤潭z波器，讓檢波器能夠及時的接收巖土傳回來的橫波，并緊貼孔壁。工作人員要在地面用木錘或鐵錘，及時敲擊木板兩端，讓敲擊所產(chǎn)生的橫波能夠通過地層及時傳播到檢測點，讓水平接波器、檢波器能夠及時接受橫波信號，并經(jīng)傳感器送入地震儀，進(jìn)行聲波數(shù)據(jù)的儲存記錄，并將聲波記錄放大。其次，工作人員也要明確測試點的間隔距離，要根據(jù)巖土地層界面的實際使用情況，明確測試點的點位，明確測試點距離，并對界面處的測試點進(jìn)行重復(fù)測量。通過重復(fù)測試的方式，能夠有效的保障電纜信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，也能夠防止電纜或細(xì)鋼絲繩彎曲，能夠切實的保障測試結(jié)果的精準(zhǔn)性，便于后續(xù)追蹤剪切波，保證了數(shù)據(jù)的真實準(zhǔn)確，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析工作提供了準(zhǔn)確的支持[2]。

2.4 資料測試方法

在測試完畢后，也要及時對橫波、縱波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，明確資料分析方法。首先，要根據(jù)波形類別進(jìn)行數(shù)據(jù)識別，明確縱波和剪切波，并有效的根據(jù)聲波信號判斷縱波和剪切波的初始點位，明確聲波傳播速度、頻率、振幅等在波形記錄儀上清晰的體現(xiàn)出來，明確縱波序列，明確縱波振幅突然增大的具體點位，分析剪切波序列。其次，通過對聲波進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，也能夠發(fā)現(xiàn)在不同界面點所獲得的聲波信息是具有明顯的區(qū)別，需要及時的根據(jù)不同點位的測試情況測定剪切波到達(dá)時間，并根據(jù)巖土反饋的聲波特點，求出各層剪切波的具體數(shù)值，明確縱波的相位以及工作人員后續(xù)敲擊木板的方向。只有采用資料整理法對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳細(xì)的對比分析，才能夠明確檢波器所測試的聲波性能。只有在檢波器發(fā)生改變時，才會出現(xiàn)縱波相位相反的情況。此外，在對波速進(jìn)行對比分析后，工作人員也要采用公式進(jìn)行波速計算，要明確單孔法的操作原則，明確孔口的距離，并計算垂直距離和斜距，明確計算公式進(jìn)行對比分析。

3.巖土工程分析

巖土工程現(xiàn)場勘察工作具有十分重要的現(xiàn)實意義。巖土工程的地基土的性能和類型將會直接影響巖土工程的穩(wěn)定性，周邊的環(huán)境條件也會直接影響巖土工程的工程風(fēng)險。如果周圍環(huán)境多，邊坡建筑地形起伏大，那么對后續(xù)巖土工程的建設(shè)效果將會產(chǎn)生不利的影響，并且現(xiàn)存邊坡已經(jīng)存在，對后續(xù)巖土工程建設(shè)的施工效率也會造成一定影響，造成不便。因此，在實際施工過程中，應(yīng)該制定專門的工作方案，需要對當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)的分析，需要提高原土地的承載能力，并明確巖土工程的實際使用情況，明確勘察方法，切實的優(yōu)化巖土工程的性能。比如，安徽某巖土工程在施工過程中，出現(xiàn)了巖土工程高邊坡塌方現(xiàn)象，為有效保障施工進(jìn)度，保障施工安全，需要從整體出發(fā)，開展波速測試，對安徽該目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的巖土性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分析，明確了邊坡高度。根據(jù)地質(zhì)勘察報告分析該地區(qū)邊坡的巖土性能，分析該地區(qū)存在較多的風(fēng)化殘積土，存在局部砂巖特征，因此需要在邊坡進(jìn)行穩(wěn)固處理，開展挖坡工作。

首先，要根據(jù)實驗參數(shù)進(jìn)行對比分析，對巖土場地的穩(wěn)定性和巖土工程的抗震穩(wěn)定性能進(jìn)行詳細(xì)的評價，明確巖土工程場地內(nèi)地層的分布情況，分析巖土工程自身的安全性。如果在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析過程中發(fā)現(xiàn)沒有劇烈的參數(shù)變化，在可控數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，則沒有不良工程地質(zhì)現(xiàn)象，屬于穩(wěn)定性的巖石工程場地，場地的類型為軟層地基，則可以由此分析巖土工程的抗震性能，將該地區(qū)設(shè)置為抗震有利地段[3]。

其次，在測試巖土工程穩(wěn)定性后，也要對巖土工程的地基土進(jìn)行評價分析，明確地基土的構(gòu)成，分析巖土工程地基的穩(wěn)定性和安全性，明確地基土土層壓縮系數(shù)，并進(jìn)行系數(shù)對比分析，要測量巖土工程地基土的承載能力，如果巖土工程地基土承載能力較差，則不可以做建設(shè)高層建筑，在后續(xù)使用時也需要進(jìn)行多次的巖土地基維護(hù)工作，如果巖土地基的承載能力較強，那么可以作為商業(yè)用房的天然地基礎(chǔ)，具有較強的承載能力和支撐能力。同時，在進(jìn)行地基土評價時，也要明確巖土工程地基土的壓縮性能，分析巖土工程地基的土質(zhì)，如果為可塑狀質(zhì)、粉質(zhì)粘土，則土層壓縮系數(shù)則在可控范圍內(nèi)，屬中等偏低壓縮性土，具有較強的承載能力。如果分析巖土地基，地基土構(gòu)成中存在硬塑狀粉質(zhì)黏土，則屬于中低壓縮性土，在后續(xù)建設(shè)巖土工程時具有明顯的優(yōu)勢。地基具有較高的承載能力，能夠保障建筑工程的穩(wěn)定性和安全性，在后續(xù)巖土工程投入使用時，也能夠具有較高的使用價值。在分析地基施工工程中，如果存在風(fēng)化殘積土，這類巖石為軟巖，基本質(zhì)量等級較高，可以作為高層建筑的地基土，巖土工程穩(wěn)定性較強。

在分析地基土類型后，也要對巖土工程類型進(jìn)行分析，明確巖土工程的實際使用性能。如果地基土存在粉質(zhì)黏土，則地基具有較強的承載能力，在新建基礎(chǔ)工程時，可以建設(shè)商業(yè)用房，也可以建設(shè)獨立的支撐性的建筑，巖土工程穩(wěn)定性較強。其次，如果地基土中存在片閥結(jié)構(gòu)，則可建設(shè)地下人防車庫，具有較強的支撐能力。在建設(shè)地下人防車庫時，要明確樁基礎(chǔ)的建設(shè)位置，明確基礎(chǔ)的設(shè)置深度，并明確基底部位，明確地下水位高，考慮強降雨天氣下的排水情況，并進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計，以樁基礎(chǔ)作為主要的支撐力，建設(shè)小高層住宅，并繼續(xù)發(fā)揮樁基礎(chǔ)的優(yōu)勢，以強風(fēng)化巖石做樁基礎(chǔ)的主要支撐力，建設(shè)預(yù)應(yīng)力管樁，在樁基礎(chǔ)設(shè)計施工時，也要考慮樁基礎(chǔ)自身的厚度，如果樁基礎(chǔ)周圍存在軟弱土層，也應(yīng)該及時計算樁基礎(chǔ)的承載能力，并有效計入樁基摩擦阻力，分析填土工程建設(shè)時的參數(shù)情況，在后續(xù)使用時保障巖土工程的安全性和穩(wěn)定性。

此外，在新建巖土工程基坑工程時，也要分析基坑工程的重要等級。如果地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，則基坑工程開挖面積較大，需要明確基坑工程的開挖深度，地下水位較高，則基坑工程的施工條件越復(fù)雜，對后續(xù)施工的影響因素較多。因此，也需要根據(jù)實驗參數(shù)結(jié)果，對比巖土工程勘察規(guī)程，分析基坑工程的安全等級，并考慮基坑開挖后的實際施工情況，減少軟土地基對建筑物的影響。要提高巖土工程的安全性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)預(yù)期的建設(shè)目標(biāo)[4]。

在開展巖土工程現(xiàn)場勘察工作時，也會存在一定的問題，需要工作人員進(jìn)行具體的分析，比如取樣不規(guī)范，取樣是開展巖土工程勘察工作的基礎(chǔ)，取樣不規(guī)范將會直接影響后續(xù)數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確度，因此需要工作人員結(jié)合工程實況，結(jié)合工程實際進(jìn)行取樣。在鉆孔過程中，工作人員也會采用水加快鉆孔效率，那么為了有效的提高取樣的效率和便利性，也需要根據(jù)嚴(yán)格技術(shù)規(guī)范開展鉆孔操作，要保障土樣結(jié)果的精準(zhǔn)度，現(xiàn)場勘查人員也要重視取樣工作，并對樣品進(jìn)行合理保存，要切實的保障樣品的準(zhǔn)確性、密封性，讓后續(xù)分析結(jié)果能夠更加客觀，更加準(zhǔn)確。其次，在進(jìn)行實驗時也需要保障儀器設(shè)備的先進(jìn)性。我國巖土工程勘察工作起步相對較晚，許多設(shè)備是早期引進(jìn)的設(shè)備在長時間的使用下已經(jīng)出現(xiàn)了老化、磨損等問題，一些設(shè)備逐漸落后，就在一定程度上也會直接影響實驗結(jié)果的真實性和準(zhǔn)確性。并且部分實驗單位為了進(jìn)一步的節(jié)約成本，在設(shè)備更新時也沒有全面更新，選取了便宜的設(shè)備開展勘查工作，在后續(xù)測試過程中，設(shè)備超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，設(shè)備質(zhì)量難以保障，難以保障測量結(jié)果的真實性，也會直接影響實驗結(jié)果，因此也需要取樣人員進(jìn)行重視，并且在進(jìn)行巖土工程現(xiàn)場勘查時，也要對實驗操作進(jìn)行詳細(xì)分析。要嚴(yán)格按照操作規(guī)范開展實驗操作，不能夠隨意開關(guān)儀器設(shè)備，也不能夠在未達(dá)到終止條件時就停止了實驗過程，要嚴(yán)格的保障實驗結(jié)果的真實性和準(zhǔn)確性，防止在后續(xù)巖土工程勘察時出現(xiàn)嚴(yán)重的問題，并且工作人員也要積極的利用新的信息技術(shù)，要不斷的發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢，定期對現(xiàn)場勘察人員進(jìn)行專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)，讓勘察人員能夠具備扎實的理論基礎(chǔ)，明確各種儀器的實際使用過程、操作流程，確保每個勘察環(huán)節(jié)的真實性、科學(xué)性和專業(yè)性，確巖土工程勘察工作能夠有效進(jìn)行，切實的實現(xiàn)預(yù)期的實驗?zāi)繕?biāo)[5]。

4.波速成果的運用

在結(jié)果分析時，要明確巖土工程實驗中的成果表的主要構(gòu)成元素，包括工程名稱、鉆孔編號、物理性質(zhì)指標(biāo)、實驗參數(shù)、剪切實驗等多種內(nèi)容，這些數(shù)據(jù)為后續(xù)分析巖土工程穩(wěn)定性、分析地基土類型具有十分重要的作用，能夠通過數(shù)據(jù)對比分析回彈指數(shù)、壓縮指數(shù)等，在后續(xù)巖土工程實驗中能夠具有明確的使用優(yōu)勢。在成果表當(dāng)中，工程的名稱以及工程的提交日期，能夠有效的結(jié)合工程概括的實際情況，結(jié)合巖土工程的具體勘察報告進(jìn)行對比分析，準(zhǔn)確的核對建設(shè)單位所提出的工程信息，并且能夠及時的將巖土工程的鉆孔編號和土地性能，與勘察報告相對比，形成相對完善的勘探點觀測表，在后續(xù)施工時就能夠以該表為基礎(chǔ)，明確實施情況，明確設(shè)計方案，準(zhǔn)確的提供施工圖的勘察工作，以便在后續(xù)施工時出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，嚴(yán)格的保障巖土工程建設(shè)的安全性和準(zhǔn)確性。其次，地質(zhì)的物理性質(zhì)主要包括巖土地基的類型指標(biāo)等，能夠按照計算公式得出物理性質(zhì)的真實數(shù)據(jù)，能夠通過數(shù)據(jù)的對比和分析，準(zhǔn)確的反映巖土工程地基的物理性質(zhì)和性能，是基本的巖土工程測量數(shù)據(jù)。同時，該數(shù)據(jù)也能夠有效分析巖土工程區(qū)域內(nèi)的土樣類型，分析含水量的具體差別，明確具體形態(tài)，形態(tài)可以是流動的，也可以是固體或半固體，通過對比分析，能夠在后續(xù)測定土樣性能方面提供一定的參考[6]。

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，對土樣的土質(zhì)類型進(jìn)行編輯和分析，在軸向排水條件下明確巖土工程的變形預(yù)應(yīng)力，能夠通過數(shù)據(jù)對比的方式明確巖土工程的實際壓力值以及變形時間，并通過二者的相互關(guān)系計算出各項具體的數(shù)據(jù)和指標(biāo)。在后續(xù)進(jìn)行巖土工程勘察時，就能夠通過計算升降和變形參數(shù)，為后續(xù)的巖土工程建設(shè)工作提供有效的原始數(shù)據(jù)支撐，提高了各土層的承載能力和軟土地基的負(fù)荷能力，保障巖土工程的穩(wěn)定性和安全性。土體破壞通常是受到剪切預(yù)應(yīng)力的影響，也會受到人為等多種因素的影響。如果土體的土坡喪失了穩(wěn)定性，就會造成巖土工程周圍陸地毀壞，出現(xiàn)了邊坡、滑坡甚至是巖土工程坍塌等事故，出現(xiàn)了嚴(yán)重的安全問題，嚴(yán)重的威脅了社會群眾的生命財產(chǎn)安全。因此，通過開展現(xiàn)場勘查工作，也能夠明確巖土工程抗剪強度，明確巖體工程的穩(wěn)定性能，通過土體破壞運用力測驗，明確巖土工程破壞的極限能力，并進(jìn)行數(shù)值對比分析，明確剪應(yīng)力。三軸剪切實驗主要是對細(xì)粒土質(zhì)的抗擊程度進(jìn)行對比分析，而土中的空隙具有連續(xù)性質(zhì)，能夠有效的將其作為巖土工程主要的構(gòu)成材料，能夠在進(jìn)行巖土實驗時減少水量和熱量損失，提高建筑工程的經(jīng)濟收益，滿足巖土工程的建設(shè)目標(biāo)。

此外，工作人員要積極的采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，充分發(fā)揮科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢，在數(shù)字時代下建設(shè)智慧數(shù)據(jù)管理平臺，明確巖土工程勘察的數(shù)據(jù)結(jié)果，并進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果的對比分析，將數(shù)據(jù)信息及時的輸入到智慧數(shù)據(jù)管理平臺，明確設(shè)計框架，構(gòu)建完善的信息處理系統(tǒng)，對關(guān)鍵核心數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，進(jìn)行多元化數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用。其次，勘察工作會涉及到多個工作環(huán)節(jié)，在現(xiàn)有巖土工程勘察記錄工作中，工作人員也要明確地質(zhì)勘察軟件的應(yīng)用優(yōu)勢，要提高地質(zhì)勘察工作的優(yōu)越性，提高占有率，并逐步地提高地質(zhì)勘察工作的實際使用性能，突破工作難點，進(jìn)一步的實現(xiàn)數(shù)據(jù)成果的有效運用。

結(jié)語：

綜上所述，單孔檢測法是目前我國使用范圍較廣的現(xiàn)場波速測試方法，能夠有效的從整體出發(fā)，堅持因地制宜的測試原則，對巖土工程進(jìn)行現(xiàn)場勘察，具有十分顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。通過上述分析，明確了現(xiàn)場波速測試的方法、儀器設(shè)備成果分析方法等，能夠結(jié)合工程實況進(jìn)行具體分析，判定地基的類別，明確巖層的彈性系數(shù)，因此在后續(xù)新建巖土工程時，就能夠提供一定的幫助，進(jìn)一步的提高巖土工程的穩(wěn)定性和安全性。