地質(zhì)試驗(yàn)在巖土基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用

譚萃華

摘 要：在人類文明化歷史中建筑本身對(duì)于文明的發(fā)展和社會(huì)形態(tài)的形成有著直接的反映或影響。人類的住宅隨著人類文明不斷發(fā)展。早在50萬年前的舊石器時(shí)代，發(fā)現(xiàn)了原始人居住的巖洞;新石器時(shí)代，黃河中游的宗族部落以黃土為墻、木架和草泥建造半窟民居，然后發(fā)展成地上建筑，形成聚落;公元221年，皇帝吞并六國，建立宮殿、陵墓;隋唐時(shí)期形成獨(dú)立的建筑體系;元明清時(shí)期，中國建筑達(dá)到了一個(gè)新高潮。今日，廣州地標(biāo)建筑——廣州塔，總高度600米，是中國第一高塔，世界第四高塔。地上建筑的發(fā)展離不開地基基礎(chǔ)的發(fā)展，而巖土勘察工程恰恰與地質(zhì)試驗(yàn)息息相關(guān)?；A(chǔ)地質(zhì)試驗(yàn)，為每個(gè)工程的建設(shè)起到了引導(dǎo)的作用，貫穿著整個(gè)工程勘察工作的過程。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)試驗(yàn);工程勘察

一、地質(zhì)試驗(yàn)與巖土基礎(chǔ)工程的關(guān)系

工程地質(zhì)勘察是為查明影響工程建筑物的地質(zhì)因素而進(jìn)行的地質(zhì)調(diào)查研究工作。所需勘察的地質(zhì)因素包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)或地質(zhì)構(gòu)造：地貌、水文地質(zhì)條件、土和巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，自然（物理）地質(zhì)現(xiàn)象和天然建筑材料等。這些通常稱為工程地質(zhì)條件。查明工程地質(zhì)條件后，需根據(jù)設(shè)計(jì)建筑物的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)，預(yù)測(cè)工程建筑物與地質(zhì)環(huán)境相互作用（即工程地質(zhì)作用）的方式、特點(diǎn)和規(guī)模，并作出正確的評(píng)價(jià)，為確定保證建筑物穩(wěn)定與正常使用的防護(hù)措施提供依據(jù)。

二、土的物理性質(zhì)在巖土基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用

土是由固體顆粒和顆粒之間的空隙組成，而空隙中通常又存在水和空氣兩種物質(zhì)，因此土是固體顆粒、水、空氣三相組成。在地質(zhì)試驗(yàn)中，研究土的物理性質(zhì)，就是測(cè)試土的三相組成的比例，土顆粒的粒徑級(jí)配等。粒徑分布曲線：以土粒粒徑為橫坐標(biāo)（對(duì)數(shù)比例尺），小于某粒徑土質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)繪制而成的曲線。

d 10，d ，3，d，60為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為10%， 30%和60%所對(duì)應(yīng)的粒徑。級(jí)配良好土的條件：對(duì)于純凈的礫和砂 Cu? 5 Cc =1～3。

通過地質(zhì)試驗(yàn)，對(duì)土顆粒的分析。我們可以按照土顆粒大小對(duì)土進(jìn)行分類，比如，黏粒土，黏土最重要的性質(zhì)是與水的相互作用，即形成水和雙電層，這就表現(xiàn)出土的塑形。通常顆粒級(jí)配累計(jì)曲線上的一點(diǎn)代表小于該粒徑的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。不均勻系數(shù)表示土級(jí)配的均勻程序，而曲率系數(shù)表示了土級(jí)配的連續(xù)性。假設(shè)工程中有一種土是由d>=5mm與d<0.5mm的粗細(xì)兩大類粒徑組成，如果d30=0.5mm，表明大于5mm的礫石顆粒所占的比例近70%，在這種土中大顆粒可以形成骨架，細(xì)顆粒只起填充其孔隙的作用，力學(xué)性質(zhì)有粗粒決定;反之，如果d60=5mm，表明細(xì)顆粒占近40%，粗顆粒形不成骨架，它們懸浮在細(xì)顆粒所形成的砂土中，其力學(xué)性質(zhì)主要由細(xì)顆粒決定，亦即表現(xiàn)為砂土特性。如果土的曲率系數(shù)比較合理，這就說明該土的粒徑是連續(xù)的，大顆粒土之間的空隙被更小顆粒的土填充，這種土更容易被壓實(shí)，土的強(qiáng)度高，變形小，透水性較小，不易發(fā)生管涌。在巖土基礎(chǔ)中，這種土適合做工程填土，例如作為軟弱地基的換填土，路基、土壩、堤防等填方工程的土料等。但是這種土的透水性不好，作為排水與反濾材料就不合適。例如在管井工程中，首先要在井位鉆孔，然后放置透水井管，隨后要在井管與井壁間填入“豆石”，亦即均勻的礫石，以便于透水和保土。同樣在土石壩的反濾排水結(jié)構(gòu)中，需要級(jí)配均勻的粗粒料。

所以，地質(zhì)試驗(yàn)中分析土的粒徑級(jí)配對(duì)巖土基礎(chǔ)工程中意義非凡。地質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以作為巖土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的依據(jù)，比如計(jì)算地基承載力，計(jì)算地基基礎(chǔ)的沉降等。

地質(zhì)試驗(yàn)除了對(duì)土的物理性質(zhì)進(jìn)行研究，同時(shí)也對(duì)地下水進(jìn)行測(cè)試。

地下水與土木工程密切相關(guān)、相互影響。一方面，地下水對(duì)巖土基礎(chǔ)工程存在著各種不良作用（如流砂、管涌等）和影響;另一方面，各種土木工程活動(dòng)又會(huì)誘發(fā)和加劇地下水的活動(dòng)。①地下水與巖土體相互作用，使巖土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低、性能變差。從而產(chǎn)生各種不良地質(zhì)現(xiàn)象，如滑坡、巖溶、流砂、管涌、土沸、地基沉陷、隧道涌水、道路翻漿、水壩滲漏等。②地下水中有害化學(xué)成分CO2，SO42-、Cl-等的大量存在，對(duì)水位下的混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生侵蝕、破壞作用，縮短建（構(gòu)）筑物的使用壽命。

在設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)前，先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行地質(zhì)試驗(yàn)，分析土的物理性質(zhì)，對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)水進(jìn)行分析，是否有易溶鹽，是否有腐蝕物質(zhì)，從而在設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)時(shí)，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)及地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)形式，選擇地基基礎(chǔ)的保護(hù)層厚度等。根據(jù)地質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)土的工程地質(zhì)分類。根據(jù)土的類別大致判斷土的基本工程特性，并結(jié)合其他因素評(píng)價(jià)地基土的承載力、滲透性與抗沖刷穩(wěn)定性，在震動(dòng)作用下的可液化性以及作為建筑材料的適宜性等;根據(jù)土的分類，合理確定不同類別土的研究?jī)?nèi)容與方法;當(dāng)土的性質(zhì)不能滿足工程要求時(shí)，可根據(jù)土類確定相應(yīng)的加固處理方法。

總之。為順利實(shí)現(xiàn)工程地質(zhì)勘查的目的、要求等，采用一系列勘查方法和測(cè)試手段配合實(shí)施。如工程地質(zhì)測(cè)繪、勘探（包括物探、鉆探、坑探）、工程地質(zhì)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)、長(zhǎng)期觀測(cè)及勘察資料的分析整理。而工程地質(zhì)試驗(yàn)是工程地質(zhì)勘察的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土工程性質(zhì)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的重要途徑。通過試驗(yàn)，測(cè)定巖土的基本工程性質(zhì)，為工程設(shè)計(jì)和施工提供可靠的參數(shù)。各類土的工程性質(zhì)不同，測(cè)定的物理性質(zhì)指標(biāo)也不同。如粘性土測(cè)試塑限、液限、相對(duì)密度等，砂土粉土測(cè)定粒徑級(jí)配等。

除了以上巖土力學(xué)性質(zhì)的室內(nèi)試驗(yàn)，還有巖土體力學(xué)性質(zhì)的原位試驗(yàn)。

工程地質(zhì)的原位測(cè)試是指在原土層原來所處的位置上，基本保持其天然結(jié)構(gòu)、天然含水量及天然應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試的技術(shù)。常用的原位測(cè)試方法主要有：載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)等。

總之，隨著我國建設(shè)工程的發(fā)展，地質(zhì)試驗(yàn)勘察技術(shù)得到了很大的完善。地質(zhì)試驗(yàn)對(duì)巖土工程來說是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。巖土工程勘察的方法是間接性的，我們依然要不斷提高地質(zhì)試驗(yàn)的技術(shù)與質(zhì)量，充分利用資料與現(xiàn)有的技術(shù)，綜合有關(guān)的規(guī)范，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，保證地質(zhì)試驗(yàn)工作的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]《工程地質(zhì)學(xué)》（第二版） 華南理工大學(xué)出版社，主編：宿文姬 李子生

[2]《巖土工程勘察規(guī)范》 GB-50021-2001

[3]《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50123-2019