研究岩土工程地质勘察中的原位测试技术

邓仕鸿

（贵州首钢国际工程技术有限公司，贵州六盘水 553028）

0 引言

科技水平的不断进步使得地区经济发展对各类基础设施建设使用可靠需求增加。然而，由于建设规模扩大以及场地岩土环境复杂，增加了施工质量控制难度。为解决此问题，相关建设者应将现有科技成果充分利用起来，不断更新调整岩土工程地质勘察技术。文章以原位测试技术为例，通过分析其现有技术类型与作用现状，以找出优化控制要点。此课题，是提高各类建设项目土建施工安全稳定性的关键，需引起更多重视。

1 岩土工程地质勘察中原位测试技术的类型

原位测试技术是指在保证土体结构原状与完整性的情况下降低岩土工程地质勘察工作的开展难度。此测试技术应用下，土层不会受到任何干扰，通过现场测试手段，提高封闭性测试样品数据获得的可靠性。此外，其在应用于岩土工程地质勘察过程中，还具备连续测试特点。对于建设规模较大、测试时间较短的岩土工程，采用原位测试技术，能够以可行性、灵活性以及快速性状态，连续开展测试工作，且不会对岩土结构造成干扰影响[1]。对于原位测试技术中的土层剖面测试技术类型，其能够服务于检测工作开展的多样性，主要作用于静动力触探与电阻率。通过连续性的测试，能够提高检测结果的可靠性。由于检测所需成本投入较少，多被中小型企业运用。专门测试类型，则是依据载荷测试与旁压测试，短时间内获得岩土工程各个岩土层的物理力学治疗与参数情况，是较高端技术类型。其不仅能够保证勘查结果的精度，还能提高数据信息获取的准确性，受到了业内认可。这从岩土工程设计者将其作为后续工程施工图纸使用的指导依据，可以看出。具备室内实验方法应用很难达到的测试技术功能。

2 岩土工程地质勘察中原位测试技术的应用现状

从操作方法入手，原位测试技术应用过程中，借助现场区域环境来缩短检测时间[2]。而室内试验检测手段，无法对岩土所处的区域环境影响因素进行规避控制，导致检测结果缺乏准确性。此外，原位测试技术应用引进了多种应用度较为成熟的技术类，如静动触探技术等。两者均能通过快速连续方式，来确定岩土测试的物理性能。采用波速测试技术，则能够对地基结构的加固设施运用效果进行精准分析，以满足工程建设使用的整体目标。

除了这些优势，岩土工程地质勘察工作中应用原位测试技术也存在一定缺陷。

（1）由于与原位测试技术相关的应力条件复杂性较高，测试过程，又需要将特定参数作为工作典型，因此，很难通过特定方式确定。在借助模型技术选择时，只需做好大量的简化工作，这就容易出现误差问题。严重的还会直接影响岩土体的测试结果。

（2）因岩土荷重存在变化问题，与之对应的参数也会发生变化，因此，无法为岩土工程勘察提供可靠的预测能力。

（3）由于原位测试技术应用所需时间较多，因此，对成本需求较高。为对岩土工程地质勘察的成本进行控制，不会进行多次试压试验，这就导致获得的指标参数不具备可靠性，增加了岩土工程后续建设质量控制的难度[3]。

基于此，原位测试技术的应用控制还有很长的一段路要走，岩土工程地质勘察人员需将现有科技成果充分利用起来，通过不断更新调整，来优化技术应用效果。这是提高岩土工程涉及基础设施项目建设使用质量的关键，需结合实际情况、建设要求以及规范标准等因素，合理开展测试控制工作。

3 岩土工程地质勘察中原位测试技术的应用控制要点

3.1 地基静载荷试验检测技术

地基静载荷试验检测技术应用实践主要有两种形式，即平板载荷试验和螺旋板载荷试验。前者是在负载条件下对岩土工程进行模拟，以直接反映出土壤结构的变形特性。测试工作过程，可确定地基承载力和地基结构可变性。如此，岩土工程建设者就可根据场地土壤特性来确定固结系数。螺旋板载荷试验方法的应用原理，与平板载荷试验类似，区别体现在螺旋载荷试验作用于岩土土体表面，且只能在地面下一定深度范围内进行地质勘察。

3.2 静力触探试验检测技术

静力触探试验检测技术就是借助准静力，结合恒定的贯入速度来对因贯入圆锥探头受到的阻力情况进行记录。而后，就可根据阻力大小来判断土壤物理学性质。此方法应用的适用范围较广，可作用于砂土与黏性土。通常来讲，静力触探试验检测技术可用于岩土工程的土层划分、土壤承载能力的评定以及土壤物理力学指标的估算。

3.3 标准灌入试验检测技术

岩土工程地质勘察应用标准灌入试验，主要通过力量初探，并借助规定重量穿心锤开展试验。当恒定高度确定后，就可遵循自上而下，自由脱落原则进行试验检测。具体就是将一定规格探头打入土壤环境，并根据打入过程的困难程度来确定土层结构和土壤土质条件。由于标准灌入试验采用的探头是标准规格不是圆形，因此，称为标准灌入试验。实际过程中，对检测技术人员的专业素质要求较高[4]。这是因为其适用于重大岩土工程地质勘察，标准灌入试验的技术要求与基本操作要严格按照既定规范进行检测控制。首先，钻孔时，应保证钻孔高度略高于地下水位高度，以提高地质勘察结果的准确性。其次，为避免锤击操作导致偏心与侧面发生晃动，进而提高岩土工程地质勘察结果的可靠性。试验检测技术人员应结合场地条件与锤击力度进行合理控制。再次，采用自动脱钩方式来提高垂直坠落效果。对于自由落锤法的运用，应将控制土壤物理结构与性质测试结果准确性作为重点控制工作。最后，注重岩土工程地质勘察液化等级，以避免对地质勘察结果造成负面影响。

3.4 十字板剪切试验检测技术

十字板剪切试验检测技术在原位检测技术中，是具有国际化特征的试验技术方法。具体需要以规定的力度将十字板压入被测土层中，而后施加一定扭转力，采用破坏土层剪切结构方式来获得土层物理化学的性能指标。采用十字板剪切试验，是岩土工程地质勘察技术中对技术水平要求较高的技术，也是国际范围内最前沿的检测技术之一。试验检测过程，首先要选用固定规格矩形木板；其次，结合获取的数据信息与地质条件资料，对十字板插入深度进行合理设置。在确定剪切速率时，应在保证国际化需求得到满足的情况下进行控制。此外，还要注重摩擦力与阻力对岩土工程地质勘察结果造成的影响。

3.5 波速检测技术

作为较为新颖的原位测试技术，波速测试中，主要测试土层波速，根据弹性波在土层中的传播速度和岩土大小数据资料进行分析对比，以得出波速测试结果。结合波速测试结果能够提高岩土工程地质勘察分析的科学合理性。具体测试过程，应先确定土体力学参数，而后，提前确定待测场地类型。此过程，需做好待测场地卓越周期判断。交由专业技术人员负责波速检测工作，以根据自身工作经验来对岩土变化情况进行判别确定[5]。

3.6 膨胀土检测技术

膨胀土原位膨胀力测试共有3 种方式，即常体积法、回压法和压力-膨胀量曲线法。由于方法不同，获得的结果也存在差异。其中回压法应用检测结果的偏差较大，压力膨胀量曲线法的应用精度更高。常体积法应用检测结果与高度达到接近状态，也被广泛运用于岩土工程的地质勘察工作。这3 种方法均要在室内环境内进行。要想达到岩土工程地质勘察的原位测试目的，还应进行改良。如压力-膨胀量曲线，应与膨胀土地基处理原则和现场膨胀土地基处理深度进行充分结合，以准确反映出岩土工程的地质条件，继而为后续的施工控制提供条件。

上述6 种常用的原位测试方法，有其各自的适用条件与操作要求。岩土工程地质勘察人员应根据不同工程情况进行针对性选择，以提高测试方法运用的独特性与适用性，进而使岩土勘察结果能够服务于所处建设项目的质量控制需求[6]。

4 岩土工程地质勘察中原位测试技术的应用实例分析

某地产业园区工程建设场地共划分为4 个地块，拟建高层建筑工程楼层数为17 层，单柱最大荷载200kN。建筑物采用框架结构，场地原用途为耕地，具有地形平缓特点。结合岩土物理力学性质与地质形成原因，对勘察设计深度进行确定，即将岩土氛围4 层7 亚层。经对地质勘察资料进行分析，发现地下水埋深较浅，存在地下水丰富与空隙潜水问题。为提高施工场地作用稳定性，保证拟建高层建筑物达到建设使用目标，选用原位测试中的波速测试技术，以规避不良地质问题影响。以下内容为具体工作过程。

4.1 技术选择

为提高工程施工场地建设的稳定性，地基动力特性测试工作确定采用波速检测技术。具体就是利用该技术对岩土工程建设场地进行土层剪切波速测试，以实现施工场地类别的准确划分、地震液化以及震地等测试目标。

4.2 测试方法应用

作为原位测试技术中重要的组成，波速测试技术，其能够在测试过程中借助触发装置激振体来对孔口水平位置的振源体进行叩击，进而对地面随之产生的剪切波进行检测。这里的剪切波接收装置是指，放置于井中的检波器。当信号传递至地震仪中，经将信号进行收录与放大处理来保证测试效果。此外，还要运用计算机对信号进行处理，以确定拟建工程施工现场底层工程的指标参数。

4.3 震源设备使用

岩土工程地质勘察工作过程应用震源设备，能够产生具有重复性、稳定性以及能量较大的剪切波震源[7]。测试时，应借助型号为CE-9201 的工程地震检测仪。而后，将尺寸为2m×0.3m×0.05m 的激振板设置在距离孔口1m 位置。将重物防治在模板上，利用锤子敲击夯实木板的两端，以驱使地层产生剪切波。

4.4 测试设备

岩土工程地质勘察采用的测试设备主要有两种，即作用于孔内的三分量检波器和地震仪。前者检波器作用方向为：X、Y、Z，需将检波器放置于封闭容器内。其中水平方向检波器，主要用于接收因地表产生的横波；垂直方向检波器，主要用于接收地面产生的纵坡。

4.5 测试技术

测量采用的三分量检波器，主要用于9.9～13.9m 孔深度的测试。不同测试点间距应结合场地条件，控制在0.5～1.0m。为提升测试结果的准确性，应开展测试点的重复观测工作。

4.6 资料处理

计算各土层波速值过程，先要对目标进行正反两次敲击。当敲击产生剪切波波形相位差为180°，就可开展不同界面点剪切波到达时间，继而提高测试准确性。处理测试资料时，应对剪切波垂距走时进行计算。当检波器与激发版没有作用于钻孔垂直线上，S 波与P 波传播过程，路径为斜距。波速测试过程，需结合垂距走时间，来完成S 波与P 波传播路程的校核工作[8]。测试点的波速计算，应结合两个连续观测点间的深度差与垂直时间差来保证计算结果可靠性。分层波速的计算，应综合考虑时距曲线不同的斜率折线段来对地层层波速进行计算。

4.7 测试结果

按照既定技术规范标准要求开展测试，波速测试孔为17 个。本工程覆盖层土层等效剪切波测试结果如表1 所示。

表1 土层类型划分与剪切波速范围

按照规范要求，拟建工程施工场地为中硬，属Ⅱ类场地条件，且不会受到震陷与液化问题影响。

5 结语

综上所述，岩土工程地质勘察原位测试技术的应用，需与场地条件、技术规范等因素进行充分结合，以做好测试方法选择的针对性与适用性。此外，还要提高设备与测试过程的可靠性，以提高岩土工程勘察过程的安全稳定性。事实证明如此，才能使岩土工程地质勘察结果起到应有的辅助工程建设的作用，继而强化质量控制效果。