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原位测试技术与工程勘察应用阐述

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：黄永新

[导读] 摘要：原位测试是在现场，通过相关的仪器设备对岩石和土层进行测试，通过野外测试分析，并取得岩土层的各项物理力学指标。

        广州市番禺区建设工程质量检测中心 11400
        摘要：原位测试是在现场，通过相关的仪器设备对岩石和土层进行测试，通过野外测试分析，并取得岩土层的各项物理力学指标。原位测试技术能准确检测岩土工程岩石和土体的物理指标等岩土工程勘察结果，有助于地质勘查工作的顺利进行，所以有必要对其进行研究和探讨。
        关键词：原位测试；岩土工程；地质勘察；应用
        一、原位测试技术的优点分析
        第一，原位测试技术可以在工程现场进行，这样就减少了采样环节，所以使用原位测试技术，可以避免对待测样本的干扰；第二，由于原位测试技术可以在工程现场进行测试，而测试过程中涉及的试验样本与室内试验的样本相比较，该样本比较大，这样就比较容易全面地对岩土性质以及结构进行反映；第三，原位测试技术还具有连续试验的特点，对于很多待测对象，原位测试技术可以进行连续试验，这样就能对岩土体剖面和物理性能进行良好真实的反映；第四，随着原位测试技术的进步与发展，如静力触探车的出现，表示原位测试技术已经具有快速和经济的特点。
        二、原位测试技术种类
        2.1土层剖面测试法
        土层剖面测试法又包括静力触探，动力触探，以及电阻率法等，土层剖面测试法，具有可连续性，快速性以及经济性等优点。
        2.2专门测试法
        专门测试法又包括载荷测试以及旁压测试等，通过使用专门测试法，能够收集到土层中，比较关键位置的土的工程性质指标，此项技术，具有测量精度高，成果准确等特点，其测试结果，可以作为设计部门直接使用的参考依据，与钻探，或者室内实验等的测试结果相比，其精度较高。在实际岩土工程中，经常结合使用上述两种方法，两种方法的配合使用，一方面提高了，岩土工程勘测精度，另一方面提高了勘测进度。
        三、原位测试的主要技术分析
        3.1地基静载荷试验
        平板载荷试验以及螺旋载荷试验是载荷试验的两种形式。平板载荷试验和将样机测试现场的具体项目的比例缩小的情况相当，也就是真实的模拟荷载条件下的土壤的建筑，能够将土壤的变形特性更加直观的反应出来。平板载荷试验开展主要目的就是明确地基的承载力以及可变性，就土壤的具体性质估算出固结系数，螺旋载荷试验需要安装反作用力板。当具体的试验要求较高的时候可以借助装载系统，该系统和调节力平衡系统加载系统之间的反应，使得垂直载荷力一直处于传递状态。现场开挖基坑的时候，需要就土壤中的挖测试坑进行研究，处于基本层范围内的压缩有几种不同类型的土壤。
        3.2静力触探试验
        为了推动静力触探试验的顺利进行，必须使用到静力触探仪设备，在此基础上将探头深入到被测土体之中，以探头阻力为指导进一步得出土体的相关参数。需要注意的是，探头在深入过程中需要讲求匀速的原则。就当前行业内的静力触探仪设备而言，除了上述提到的触探头外，还配备有显示仪表以及贯入系统，彼此之间具备高度的协同机制。基于静力触探原位测试的方式，对工程试验成本的需求更低，与之相关的设备也具备轻便化的特征，且能够适用于多种土层环境之中，如软土、黏性土、粉土、松散砂类土及含少量碎石的土层等。在展开静力触探试验时，必须严格控制好贯入力度，以一定的速率压入土中，其必须建立在贯入杆受力特性的基础之上，一旦贯入力不足时则会引发触探头入土效果欠佳的问题；如果贯入力偏大，则会带来探杆弯折现象。
        3.3波速试验
        随着时代的不断变迁，社会科学技术水平的不断提升，岩土工程测试水平也得到了快速的提升，并且受到的社会关注度也越来越大。无论是地震地基以及建筑物的基础抗震设计都需要以小区域为范围进行划分，划分过程需要借助岩土和土壤作为划分参数。精密度较高的设备的安装以及分析对周围环境的影响等都需要将岩石和土壤的动态性质分析清楚，但是就岩土和土壤的动力性能进行测试的时候不能仅依据实验室数据，还需要借助原位测试技术进行测试。波速测试包括带有单孔和交叉孔测试压缩波和剪切波速度以及与表面波方法测试瑞利波速度的方法。测得的波速值可以在土壤的分类及场地土层的地震反应分析中应用，还能够就地基的动弹性模量进行计算。

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        四、实例分析原位测试技术在岩土工程勘察中的应用
        相比较而言，岩土工程的准确勘察保障了建筑物的质量，确保了构筑物的安全性，以及对节约成本开销也起到一定的作用。原位测试是岩土工程中准确性较高的勘察方式，通过分析的测试结果，能够充分了解工程地质的结构、物理力学指标等，是目前岩土工程勘察中一种常用的勘察方法。
        4.1 X工程的概况
        X工程的拟建场地是一片耕地，地势平稳，土地无腐蚀迹象，拟建筑物为一幢18层的高层楼，单桩最大承重200KN，单桩数量不能低于10个，深度不能少于10米，地层分为4大层7亚层，地下水埋深较浅，属于弱-中等透水层，概括来讲，地下水影响工程结构的稳定性，在施工时应着重注意避开透水层，做好防水、止水、降水，该工程技术要求较高，为了降低成本，采用原位测试对岩土层进行勘察分析，针对不同的土层物理力学性质，对地基基础及地坑开挖进行方案比选，优化设计施工方案，保障构筑物的稳定性和安全性。
        4.2测试技术——波速测试技术
        波速测试技术是一项检测岩土工程地质承载力的勘察技术，在目前很多建筑工程中都有涉及，以下是根据X工程的地层进行的波速测试，分别从振源设备、测试设备、剪切波数据处理入手，概括了X工程的可操作性。
        4.3振源设备
        振源设备是波速测试中重要的设备之一，有稳定性高、重复性好、能量大的剪切波震源等特点，能够对岩土工程地质的成分、承载力进行检测。针对X工程的实际情况，选用了CE-9201工程地震监测仪。在检测过程中，将激振板（2m×0.3m×0.005m）放置于距离孔口距离为1m的位置，在外置木板上压制一定的重物，以防止测试中检测仪位置不稳等一系列偏差，选用锤子轻轻敲击木板的两端，发出声响即可，使地层产生剪切波，进而利用工程地震测量仪对其波动强度进行测定，利用振源设备检测其空洞中的波形。
        4.4测试设备
        三分量检波仪是波速测试中重要的设备之一，内部结构包括三个方向的检波器，分别是x检波器、y检波器、z检波器，其中x检波器置于一个封闭的容器中，通过y检波器和z检波器在空洞中检测到的波形，传递到x检波器中，并且要能够检测到地表传来的横波，y检测波和z检测波则主要针对地层内部的纵波，双向波形的共同分析是准确了解岩土层成分、结构等测量结果的重要方法。
        4.5剪切波数据处理
        剪切波数据的取得必须是在一正一反的敲击中产生的，同时还要保证正反敲击所产生的剪波波形的相位差为，众多实践表明，正反敲击的数据，能够更准确的测试出不同的土层产生的不同剪切波，通过波形到达的时间，计算出不同界面产生的波速值，且数值具有客观性、真实性以及可操作性强的数据。
        剪切波数据具有一定的客观性，原因在于其处理数据较为简单，只需要在波形检测后将所得数据经过软件处理，得出最终波形测试结果，有效避免了人工因素的误差，需要特别注意的是，如若遇到高频干扰时，则需要对数据进行波形处理，而数据相对良好时，则可以单一根据波形正反数据的信号特征，确定首波到达的时间也就是波速曲线。
        4.6测试结果分析
        采用波形测试的结果相比较其他方法准确性高、数据简洁。X工程的波速测试孔数量为7个，基于勘察所GB-5001-2001《建筑抗震设计规范》的相关规定发现，材料和数据发现，建昌区岩土层的等效剪波平均值为288.4m/s，X工程建筑地属于II类的建筑场地，这类的施工地安全性较高，一般很少出现液化、震陷的问题，可以进行下一步施工工程。
        五、结语
        总的来讲，原位测试技术是一种基于岩土物理力学性质而研发和应用的技术类型，从岩土工程勘察的专业角度上来说，这种测试技术的应用，是能够消减外部环境影响的一种技术类型。在实际应用中，也能够在应用效果和应用稳定性上体现出相应的优势。可见这种技术的应用是具有广泛性的价值的。技术人员需要注意的是，应当在实际应用中结合具体的岩土工程勘察条件和要求，合理选择技术类型和应用环节，达到预期的技术应用效果。
        参考文献：
        [1]曾文杰.浅析土工试验与原位测试在工程勘察中的重要性[J].中国化工贸易，2017，9（14）.
        [2]罗涛，吴臻林，岳永利，等.旁压试验在饱和黏性土路基沉降计算中的应用[J].路基工程，2017（1）：155-159.