基于水利水电工程地基基础岩土试验检测要点研究

王贺楠

（盘锦禹泰水利工程质量检测有限公司，辽宁 盘锦 124200）

随着基础设施的不断建设和经济的持续发展，水利水电工程逐渐成为支撑工农业和各项经济发展的重要基础。水利工程是以水力学和力学为基础进行施工管控、设计的综合性技术，可以实现水资源的科学合理利用和水患灾害的控制[1-2]。因此，工程技术人员将水利电站、水闸、水坝等作为研究对象，利用水力水能、工程结构、力学和数学等理论知识，通过科学的研究方法、施工管理办法和规范的设计程序进行工程规划、勘测、设计、管控等工作，为推动水利事业发展和工程标准化建设提供了技术支撑[3-6]。

为保证水利水电工程的稳固性与可靠性，领域内提出了一种岩土试验检测方法，通过对地基岩土性质、成分的检测掌握地基状况，为后期工程设计提供可靠依据。传统的检测方法存在程序不规范和计算过程复杂等问题，有必要全面把控试验检测要点，通过试验检测科学分析地质和土质情况，加强对地基承载力以及环境特征的评估分析，为水利水电工程设计提供准确全面的数据，逐步改善传统的地基检测数据不充足、精度偏低的问题[7]。

1 重要作用与基本特征

1.1 重要作用

岩土工程质量检测是水利水电工程施工的重要内容，地基基础岩土试验检测作为其关键一项直接决定着工程基础建设质量[8-9]。中国地质条件极其复杂，特殊性岩土多且分布广泛，加之岩土工程施工难度整体较高，为了明确工程地质条件必须加强岩土质量检测。实际检测时不可避免地会遇到各种不良地基状况，应及时采取能够有效消除安全隐患的处理措施，以保证工程的安全建设。由于工程造价中仅有一小部分用于岩土质量检测开销费用，故必须系统分析周边环境与工程建设之间的关系，确保地质条件符合地基基础建设施工有关要求，最大程度地减少工程维护管理费用，有效控制工程隐患问题[10]。因此，对于水利水电工程建设而言地基基础岩土试验检测具有重要作用。

1.2 基本特征

一般地，水利水电工程与其它工程相比具有突出鲜明的岩土工程特点，总体归结为[11]：①施工隐蔽性强，地基处理、桩基施工、边坡防护等作业环境相对隐蔽，若无法有效控制施工质量，工程建成投入运营后极易引起一系列安全隐患问题，为了防止因岩土处理不当造成的安全及质量问题，必须结合工程项目具体情况采取连续跟踪监督、全程监护等技术措施；②不确定性因素多，应考虑当地特殊的地质条件合理开展岩土工程测试勘查工作，在编制撰写勘查报告时全面分析可能发生的各种问题，充分保证测试精度；③受气候条件、地理环境等因素影响区域岩土性质会出现明显改变，必须全面分析岩土特性合理选择施工方式，并针对不同的施工方式进行岩土试验检测，换而言之就是先现场采样并分析岩土性质，再结合实际情况提出对策建议；④区域性差异显著，以相同的操作方法测试不同区域所获取的结果明显不同，究其原因就是不同区域的地质条件和岩土性质差异显著，由此测试的结果也存在较大差异。因此，将测试技术应用于具体的岩土工程时，必须考虑相应的数据指标，对不同性质的岩土合理选择相应的设计参数、工艺条件，尤其是有针对性地分析岩土的抗剪切强度。

2 岩土试验检测方法

2.1 地基基础岩土试验

1）室内检测。依据检测项目将样品加工成一定的形状，然后利用各种手段进行全面系统的试验检测，但检测结果无法真实反映现场实际情况。

2）现场检测。现场检测方式主要有静力触探、荷载等，在施工现场直接检测天然状态的岩土，从而确定岩土的相关参数和力学性能，故也称为“原位检测”。其中，载荷是现场检测最常用的方法，通过现场模拟地基的受力状态，可以保证较高的测试精度[12-13]。然而，现场检测所消耗的人力、时间均明显大于室内检测，并且具体检测时易受外界条件的制约。

通过对比分析可知，为确保检测精度必须合理选择试验场地，具体检测时还要保证样品数量充足，这也是地基岩土试验检测的基本要求。

2.2 岩土热物性参数

实际上，岩土热物性基础参数主要有热扩散系数、容积比热容、岩土导热系数等，可利用傅里叶导热定律计算导热系数γ，其表达式为：

表1 岩土的热物性参数

岩土的组分比例不同所形成的综合导热系数也明显不同，按表1中的参数可以确定岩土的空气导热系数小于固态矿物质，减小岩土的固态矿物质或增大其孔隙率均会降低综合导热系数。

2.3 岩土初始低温测试

材料回填时会散发一定的热量，测试前必须恢复岩土温度，由于不同钻孔地质具有明显差异，故所需的恢复时间也不尽相同。实际工程中，一般选用内置和外置温度传感器法、有或无加热循环法测试岩土初始低温[14]。以某水利水电工程的地基岩土工程为例，简要说明初始低温测试特点。

对岩土初始低温利用无加热循环法进行测试时，岩土初始温度稳定时间要≥24h，控制温度≤0.5℃。随时间变化初始低温也会发生相应的改变，曲线图显示的进出口温差处于规定范围以内，随时间变化温度趋于稳定，测试数据可靠有效， 岩土初始低温变化线，见图1。

图1 岩土初始低温变化线

设置测试时间50h，待达到测试时间要求时保持进出口水温稳定，此时回水温度平均值29.0℃，流速0.45m/s，交换热量3740J/s，通过分析进出口的平均温度揭示温度变化趋势，加热温度变化曲线，见图2。

图2 加热温度变化曲线

3 岩土试验检测要点

3.1 采样方式

为确保岩土试验检测精准度，必须针对具体情况进行现场采样，保证所采样品具有一定代表性。其中，合理选择采样方式是获取所需样品的前提条件，在实际采样中可以选用未受干扰土壤以及岩石采样两种方式，必须保证样品代表性才能以少量样品反映整体检测结果。因此，为了确保结果更加精确和采样操作的顺利完成，应安排专业技术人员对采样全程给予指导，现场作业人员要全面记录样品规格、采样时间和区域等基本信息，保证检测过程规范科学。此外，为了使样品更具代表性还要合理规划采样区，通过科学设置采样点及其数量，提高采样数据的参考价值。实际检测时沿同一垂直水平面，尽量实现均匀采样。对于滑坡或斜坡的样品采集，要考虑地表降雨、地下水源和其他因素对土壤层的影响情况，如污染成分渗透会改变土壤状态和样品适用性，通过采取有效的措施保证样品代表性[15-18]。

3.2 样品质量

样品的质量状况在一定程度上影响着采样的有效性，为保证样品质量必须满足以下几个条件：

1）样品自然性，采集的岩土样品必须保证其自然形成条件，换而言之就是样品不应受到人工操作的影响，即保持样品的原有自然特征和参考价值。

2）维持样品代表性，采样位置要尽可能选择未经处理的钻孔、导孔、平孔、测试坑或者自然地，最大程度地保留土壤的自然湿度及原有成分，从而保证测试结果真是客观地反映岩土实际情况。钻孔作业时要保证孔径≥12cm。此外，为了降低对土壤生态的干扰破坏，维持岩土原有状态，采样时可以选择专用的特殊薄壁平地机。设置采样点时，可以选择在钻孔、洞、沟、井、基岩坑或基岩露头部分，也可在钻孔岩芯部分或施工现场的岩床处采样。

3）在制备样品时尽可能降低人为干扰，以防裂缝问题的出现，但对于不符合标准尺度要求或者粗糙度稍小的样品可允许裂缝的存在，控制样品直径与高度比率为1:2或者1:1。

3.3 样品封存

合理保存样品是采样工作的重要环节，采集样品后一般不会立即投入使用，在使用之前为确保样品不发生改变必须进行合理保存。对此，主要是将样品保存至密封筒内，筒身做好标识以防出现混淆。具体而言，为防止水分、空气入侵要利用胶带做好密封，土筒缝隙填补密实，以防受到外界环境污染，在保证样品原本状态的情况下及时上交至实试验室。为维持样品原有的含水率可将其放入温湿度适中的存储库内，样品类型不同所选择的保存手段也不同，以此保证样品的采集质量。

3.4 样品运输

采样完成以后需要将样品送至试验室检测，在送往试验室过程中必须注意空隙与容器的处理，这也是影响检测精度的重要环节。对于岩土样品的运输尽量选用箱子作为容器，这种运输方式便于携带和存放，并且能够有效防止因运输颠簸可能引起的振动问题，最大程度地降低外部干扰，维持样品的原有形态。对于缝隙的处理，为了防止车辆运输时样品发生相互碰撞，可以将泡沫塑料、泡沫纸、麦秆、软质、谷壳等软质防护材料填充箱子与样品之间的孔隙。另外，在实际运输时还要合理调整车辆的行驶速度，达到目的地后，搬运人员要按照“轻拿慢放”的原则装卸箱子，尽量防止箱子之间出现碰撞，最大限度地排除不利因素影响，有效控制潜在风险，为顺利完成样品运输提供保障。为完善样品运输管理，可建立物流追踪体系逐步实现全过程监督，对运行车型号、运送时间和人员等有明确记录，为运输管理提供可靠依据。

4 结 论

充分掌握岩土的物理形状以及水利水电工程概况是做好地基基础岩土试验检测的重要前提，可采取室内检测与现场检测相结合的方式全面检测地基岩土样品。选取的样品要具有代表性，为了保证样品质量和原有形态必须做好封存、标记存储、运输等工作，运输过程中采取有效的防震措施，确保将完好无损的样品送到试验室检测。