工程勘察中巖土測(cè)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(duì)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(cè)繪及調(diào)查

勘察之前要開展工程地質(zhì)測(cè)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(chǎng)地并對(duì)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(cè)繪工作可以以最小的成本來有效了解場(chǎng)地情況。

工程地質(zhì)測(cè)繪時(shí)，需要在地形圖、地質(zhì)圖上表示包括測(cè)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(cè)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(cè)點(diǎn)。選取有代表性的點(diǎn)來布置觀測(cè)點(diǎn)，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際來針對(duì)性布置觀測(cè)點(diǎn)的距離及數(shù)量。布置觀測(cè)點(diǎn)時(shí)要充分利用場(chǎng)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(cè)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(cè)法。要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(duì)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(duì)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(huì)對(duì)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(huì)對(duì)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(huì)對(duì)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(huì)對(duì)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(huì)對(duì)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(cè)試。但這一技術(shù)的周期長(zhǎng)、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(zhǎng)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(cè)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(cè)場(chǎng)地巖土層，其特點(diǎn)在于立體可視，投入少，但有時(shí)會(huì)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(cè)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(cè)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(píng)價(jià)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(píng)價(jià)場(chǎng)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?；剞D(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(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)

3.1 原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)的目的

原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)的目的在于對(duì)巖土的狀態(tài)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，為技術(shù)設(shè)計(jì)提供參數(shù)指導(dǎo)。原位測(cè)試在不對(duì)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(cè)試不能對(duì)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(chǎng)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(cè)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(cè)巖土層中，對(duì)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(duì)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(cè)試土層，在這一過程中使用電子量測(cè)儀器來測(cè)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(chǎng)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(shì)能將標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入待測(cè)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(cè)物體上，對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象逐級(jí)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(cè)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件檢測(cè)及地基檢測(cè)。

3.2.5 巖土原位應(yīng)力測(cè)試

這一方法在保持巖體原始應(yīng)力的前提下量測(cè)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(cè)試、孔底應(yīng)力測(cè)試及孔壁應(yīng)力測(cè)試。通過對(duì)巖體的原位應(yīng)力測(cè)試，可評(píng)價(jià)軟巖的流變及硬巖的巖爆。

3.2.6 現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)

這一方法使用換刀切取土樣，對(duì)土樣水平施加推力，豎向施加壓力從而破壞土樣，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析從而得到試驗(yàn)參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)所使用的試樣要大于室內(nèi)試樣，且在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，因此參數(shù)更加接近實(shí)際情況。通過現(xiàn)場(chǎng)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(cè)，將應(yīng)力鏟放入土中，對(duì)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(cè)試。這一方法可應(yīng)用于劃分土層、測(cè)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(duì)孔壁造成側(cè)向擠壓，對(duì)壓力與變形關(guān)系進(jìn)行測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)離子成分及含量進(jìn)行測(cè)定。

4 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)

4.1 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)揭露土體進(jìn)行判斷評(píng)價(jià)，通過現(xiàn)場(chǎng)情況的觀察可以對(duì)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(chǎng)監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)管理、觀測(cè)所有會(huì)對(duì)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(chǎng)監(jiān)測(cè)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?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要包括：（1）監(jiān)測(cè)環(huán)境條件：監(jiān)測(cè)水文地質(zhì)條件及工程地質(zhì)等要素，特別是監(jiān)測(cè)會(huì)對(duì)工程帶來威脅的不良地質(zhì)現(xiàn)象；（2）監(jiān)測(cè)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(duì)結(jié)構(gòu)物的監(jiān)測(cè)。

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(duì)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(cè)數(shù)據(jù)及答案。除此之外，工作人員在進(jìn)行巖土測(cè)試的過程中還應(yīng)對(duì)地質(zhì)與巖土資料進(jìn)行勘察及測(cè)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(duì)策及施工方案。