原位測試在巖土工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用分析

潘文浩

傳統(tǒng)巖土工程地質(zhì)勘察工作中，一般采用現(xiàn)場取樣然后送至試驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn)的方式，相比之下，原位測試方式更加便捷，可以在巖土原本的位置進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)工作，相應(yīng)的檢測效率更高，且能夠有效避免環(huán)境因素對檢測結(jié)果的影響。當(dāng)前，巖土工程地質(zhì)勘察中原位測試技術(shù)水平不斷提升，在相應(yīng)的測試工作中的應(yīng)用也更加廣泛，有效促進(jìn)了巖土工程事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。本文對原位測試在巖土工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以供參考。

在巖土工程地質(zhì)勘察作業(yè)過程中，一般可以采取兩種方式，包括室內(nèi)試驗(yàn)法與現(xiàn)場試驗(yàn)法。室內(nèi)試驗(yàn)主要采用的提供試驗(yàn)技術(shù)，現(xiàn)場試驗(yàn)主要采用的是原位測試技術(shù)。原位測試技術(shù)的具體應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)注意結(jié)合巖土工程中相應(yīng)的土體物力指標(biāo)與巖土物理指標(biāo)與巖石物理指標(biāo)，保證巖土勘察的準(zhǔn)確性，才能有效保障巖土工程地質(zhì)勘察效果。傳統(tǒng)的取樣后在試驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn)的方式相對復(fù)雜，原位測試技術(shù)應(yīng)用則更加簡單，且檢測效果相對較好，在巖土工程行業(yè)相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展過程中，原位測試技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。需要注意的是，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合巖土工程地質(zhì)具體情況，選擇合適的原位試驗(yàn)方法，加強(qiáng)巖土層相關(guān)數(shù)據(jù)信息的采集，才能有效減少測試誤差，保證巖土工程后續(xù)建設(shè)的有序進(jìn)行。

一、原位測試技術(shù)的概述

原位測試技術(shù)是巖土工程地質(zhì)勘察作業(yè)中的重要技術(shù)，這一技術(shù)可以在工程現(xiàn)場直接進(jìn)行測試，且不會對土層造成影響。實(shí)際應(yīng)用中，可以從封閉性測試樣品中獲得更加全面的測試數(shù)據(jù)，進(jìn)而有效判斷相應(yīng)巖土土體結(jié)構(gòu)情況。原位測試技術(shù)最大的特點(diǎn)是能夠有效保障原狀土體結(jié)構(gòu)的完整性。在具體應(yīng)用過程中，有幾種常用的原位測試方法，包括圓錐動力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)及載荷試驗(yàn)等。相關(guān)工程人員應(yīng)結(jié)合勘察現(xiàn)場實(shí)際與設(shè)計要求，選擇合適的測試方法，同時，還要充分考慮到現(xiàn)場地質(zhì)條件，仔細(xì)分析巖土層相關(guān)情況，才能選擇最合適的原位測試方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對巖土層相關(guān)參數(shù)數(shù)值與地基承載力的有效估算。

二、原位測試在巖土工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用優(yōu)勢與劣勢

1. 原位測試技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

巖土工程地質(zhì)勘察過程中，原位測試技術(shù)有著顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，具體體現(xiàn)為原位測試技術(shù)能夠減少采樣環(huán)節(jié)，可以在工程現(xiàn)場直接進(jìn)行巖土層測試，減少了待測樣本對測試結(jié)果的影響，并有效提升了工作效率。同時，與實(shí)驗(yàn)室檢測相比，由于原位檢測技術(shù)是在工程現(xiàn)場直接進(jìn)行檢測，可以在現(xiàn)場獲得更大的樣本，能夠更加全面地分析巖土性質(zhì)與巖土結(jié)構(gòu)，進(jìn)而充分保障檢測結(jié)果的有效性。原位檢測在巖土工程地質(zhì)勘察的應(yīng)用過程中，還能對相應(yīng)的待測對象進(jìn)行連續(xù)試驗(yàn)，可以準(zhǔn)確判斷巖土體剖面與物理性能。當(dāng)前，原位測試技術(shù)快速發(fā)展，相應(yīng)的靜力觸探車進(jìn)一步提升了原位測試技術(shù)效率，實(shí)際應(yīng)用中也有著更好的經(jīng)濟(jì)性。

2. 原位測試技術(shù)的應(yīng)用劣勢

在應(yīng)用原位測試技術(shù)時，相關(guān)工程人員應(yīng)當(dāng)注意原位測試技術(shù)應(yīng)用中存在的問題，比如測試過程中相應(yīng)巖土的應(yīng)力條件較為復(fù)雜，尤其是所測試巖土層中的特殊參數(shù)，很難采取有效的方式進(jìn)行測定。因此，原位測試技術(shù)的應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)選擇合適的模型，并盡可能地簡化。但模型簡化過度很容易影響巖土土體測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時，巖土工程地質(zhì)勘察工作中，巖土荷重一旦發(fā)生變化就會影響相關(guān)參數(shù)數(shù)值，而原位測試技術(shù)難以對相應(yīng)的變化情況進(jìn)行有效的預(yù)測。此外，在巖土工程地質(zhì)勘察中應(yīng)用原位測試技術(shù)，還會花費(fèi)一定的時間選定測試區(qū)域，且需要借用一定的設(shè)備，因此測試成本也也相對較大，實(shí)際應(yīng)用中，很容易受到工程成本的限制，使得相應(yīng)的試壓次數(shù)有限，所能得到的測試結(jié)果與相關(guān)數(shù)值參數(shù)也較少，這樣不利于巖土工程后續(xù)分析工作的有效開展。

三、原位測試在巖土工程地質(zhì)勘察中的具體應(yīng)用分析

1. 圓錐動力觸探

圓錐動力觸探主要是采用有著一定質(zhì)量的落錘，在相應(yīng)的高度，通過自由下落的方式，將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓錐形探頭逐步打入土中，然后可以根據(jù)相應(yīng)的貫入擊數(shù)與貫入過程中所產(chǎn)生的阻力值來分析土層變化，由此可以確定相關(guān)土層的工程力學(xué)性質(zhì)，從而對地基土給出相應(yīng)的巖土工程地質(zhì)評價。圓錐動力觸探通常有三種，輕型、重型與超重型。輕型通常被用在驗(yàn)槽與地基處理檢測，其貫入的深度一般都小于4m，且土質(zhì)大多是由粉土、軟土、粘性土或素填土進(jìn)行加固處理后所形成的復(fù)合地基土，如圖1所示。粗砂、礫砂、圓礫及卵石，還有中密以下的極軟巖與碎石土，在這些地基土中可以采用重型圓錐動力觸探，觸探的深度應(yīng)當(dāng)在12～16m范圍。超重型通常被應(yīng)用于相對密實(shí)的碎石土、卵石、軟巖與極軟巖。

圖1 輕型動力觸探儀

在相應(yīng)的巖土層采用圓錐動力觸探試驗(yàn)，可以有效獲取相應(yīng)的物理力學(xué)指標(biāo)，進(jìn)而能夠確定巖土層具體的力學(xué)性質(zhì)，有助于對地層進(jìn)行分層，還可以確定相應(yīng)的砂土的密實(shí)度與孔隙比，并明確粉土與粘性土的具體狀態(tài)，從而判斷地基土是否均勻及承載能力，以及巖土體變形指標(biāo)參數(shù)與強(qiáng)度，還能進(jìn)一步查明土洞、滑動面以及軟硬土層界面，進(jìn)而能夠?qū)Φ鼗良庸烫幚硇ЧM(jìn)行有效的檢驗(yàn)，也就能充分掌握樁基礎(chǔ)持力層，還能估算出單樁豎向承載力等，不僅有著鉆探功能，還能對巖土層進(jìn)行有效的測試。

2. 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)中所采用的重錘質(zhì)量為63.5kg，實(shí)際應(yīng)用中，要在規(guī)定落據(jù)76cm的高度，通過自由下落方式將相應(yīng)的貫入器打入地層，可以根據(jù)貫入擊數(shù)與深度來分析土層性質(zhì)。按照相應(yīng)的錘擊數(shù)就能了解相應(yīng)巖土層地基的承載力，并能夠確定粘性土的狀態(tài)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及砂土的密實(shí)度。同時，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)還能判斷相應(yīng)巖土層地基土的變形模量與壓縮模量，確定土的抗剪強(qiáng)度，且能夠估算出單樁極限承載力，確定飽和砂土與粉土的地震液化可能性，及相應(yīng)的液化等級，還能根據(jù)相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)計算出巖土層剪切坡速，也可以對風(fēng)化殘積土、全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化巖界限作出明確的判斷，并能確定相應(yīng)的風(fēng)化程度。當(dāng)前，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)一般應(yīng)用于花崗巖地區(qū)，根據(jù)錘擊數(shù)就能夠劃分全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖及殘積土的界限。

3. 靜力觸探試驗(yàn)

靜力觸探試驗(yàn)是通過靜力，按照一定的速率將探頭壓入土中，探頭中相應(yīng)的阻力傳感器能夠?qū)⑻筋^壓入過程中所產(chǎn)生的阻力轉(zhuǎn)化為電信號，通過儀表可以測量出相應(yīng)的數(shù)值，進(jìn)而可以判斷巖土層中具體情況，如圖2所示。這一實(shí)驗(yàn)方法通常被應(yīng)用于粉土、軟土、砂類土、粘性土以及有著少量碎石的土層中，且不僅可以進(jìn)行勘探，還能對巖土層進(jìn)行測試。靜力觸探試驗(yàn)過程中，根據(jù)相應(yīng)的儀器所現(xiàn)實(shí)的觸探曲線，就能夠確定巖土層中土的類別，對巖土層進(jìn)行準(zhǔn)確劃分，并能夠明確其中相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)，且能夠進(jìn)一步判斷相關(guān)巖土層的變形模量與承載力，還能確定巖土層中密實(shí)度與相對密實(shí)度之間的界限，砂土的內(nèi)摩擦角，可以準(zhǔn)確判斷軟弱土塑性狀態(tài)，并能夠根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對飽和粘性土重度及單樁承載力進(jìn)行估算。通過靜力觸探試驗(yàn)，還能對素填土或是人工加固地基的均勻情況與密實(shí)程度進(jìn)行有效的檢查，且能夠確定飽和砂土、粉土的地震液化等級。

圖2 靜力觸探設(shè)備

4. 十字板剪切試驗(yàn)

十字板剪切試驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用中，主要是采用標(biāo)準(zhǔn)十字板探頭來探查土的深度，并按照相應(yīng)的速率進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，可以對土破壞過程中相應(yīng)的抵抗力矩進(jìn)行測量，還能測量出土的殘余抗剪強(qiáng)度與不排水抗剪強(qiáng)度。這一試驗(yàn)方式主要應(yīng)用于飽和軟弱狀粘性土的靈敏度與不排水抗剪強(qiáng)度等參數(shù)的測定中，相應(yīng)的測量深度不應(yīng)超過30m。如果巖土層中含有大量的貝殼、為分界的腐植層、砂層、礫石以及樹根，不可采用這一測量方法。十字板剪切試驗(yàn)所采用的貫入設(shè)備與靜力觸探可以聯(lián)合使用，大多在軟土地區(qū)使用，結(jié)合鉆探取樣結(jié)果，可以有效提升勘察效率，減少勘察成本，進(jìn)一步保證了鉆探參數(shù)。如果相應(yīng)的軟土層取樣存在一定阻礙，就可以采用十字板剪切試驗(yàn)方法來確定相關(guān)土的抗剪強(qiáng)度、靈敏度及重塑土抗剪強(qiáng)度，且能夠?qū)ν诜竭吰屡c飽和軟粘性土填的穩(wěn)定性進(jìn)行有效分析，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷軟土路基的臨界高度，并能夠確定軟弱土地基加固效果，判斷出軟粘性土相應(yīng)的固結(jié)歷史等。

5. 載荷試驗(yàn)

載荷試驗(yàn)有兩種，平板載荷與螺旋板載荷，其中平板載荷試驗(yàn)包括淺層平板載荷試驗(yàn)與深層平板載荷試驗(yàn)。其中淺層平板載荷試驗(yàn)需要在相應(yīng)的承壓板上逐步施加荷載，承壓板的面積要合適，這樣可以有效測定地基土的變形與壓力情況。這一方法主要應(yīng)用于淺部地基土，一般地基土的埋深小于3m，且大多為粉土、砂類土或是粘性土。深層平板載荷試驗(yàn)通常應(yīng)用于地下水位以上的地基土，或是埋深超過3m的地基土，相應(yīng)的地基土中包括軟質(zhì)巖、極軟巖或是風(fēng)化巖體。螺旋板載荷試驗(yàn)是采用人力或機(jī)械的方式將螺旋形承壓板壓入相應(yīng)的預(yù)先設(shè)置的深度，相應(yīng)的傳力桿在施加壓力的過程中，能夠有效測量出承壓板的沉降量。這一測量方式主要應(yīng)用在地下水位以下及深層地基土，適用于深度在10～15m的地基土測試中。采用載荷試驗(yàn)方法可以有效測量承壓板下應(yīng)力范圍內(nèi)相關(guān)巖土的變形模量與承載力，且能夠?qū)Φ鼗恋牟慌潘辜魪?qiáng)度進(jìn)行初步估算，并能夠計算出相應(yīng)的固結(jié)系數(shù)。采用載荷試驗(yàn)還能估算出道路路基沉降量或是建筑物基礎(chǔ)沉降量，且能夠?qū)鶞?zhǔn)基床的反力系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計算。

四、結(jié)語

當(dāng)前，我國巖土工程地質(zhì)勘察作業(yè)中，原位測試技術(shù)有著較為廣泛的應(yīng)用，具體應(yīng)用中，相關(guān)工程人員應(yīng)當(dāng)充分考慮工程現(xiàn)場實(shí)際，選擇合適的原位測試方法，才能更加準(zhǔn)確的判斷巖土層相關(guān)參數(shù)與地基承載力，進(jìn)而充分保障巖土工程地質(zhì)勘察作業(yè)質(zhì)量，有助于巖土工程地質(zhì)勘察的進(jìn)一步發(fā)展。