牛昭昭

（珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510000）

水利水電工程建設(shè)是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，在其建設(shè)過(guò)程中，地基基礎(chǔ)巖土的性質(zhì)及參數(shù)對(duì)工程的設(shè)計(jì)和施工都具有關(guān)鍵影響。因此，需要在施工開始前，先做好地基基礎(chǔ)巖土試驗(yàn)檢測(cè)工作，為后續(xù)施工提供充分保障。

1 水利水電工程地基基礎(chǔ)巖土試驗(yàn)檢測(cè)概述

水利水電工程的設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中，對(duì)巖土各項(xiàng)性能的檢測(cè)工作能夠?yàn)楣こ痰脑O(shè)計(jì)與施工提供重要參考依據(jù)。根據(jù)目前的實(shí)際應(yīng)用情況，水利水電工程地基基礎(chǔ)巖土檢測(cè)中主要應(yīng)用的檢測(cè)技術(shù)包括室內(nèi)檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)2種不同類型。

1.1 室內(nèi)檢測(cè)

室內(nèi)檢測(cè)是一種以模擬為主的檢測(cè)方法，具體是指在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，通過(guò)收集地基巖土的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，對(duì)地基巖土樣品進(jìn)行一定的加工，而后開展關(guān)于樣品力學(xué)性能以及物理性質(zhì)的檢測(cè)工作。這一檢測(cè)方法的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠較為全面地反映出地基巖土的各項(xiàng)性能，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性也相對(duì)較高。但這一方法的不足之處在于檢測(cè)結(jié)果比較容易受到樣品的影響，如果樣品本身的代表性不足，就會(huì)使得檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)是指在地基的實(shí)際位置開展檢測(cè)工作的方法，也被稱為原位測(cè)試，其能夠檢測(cè)地基巖土的自然狀態(tài)，從而直接確定出巖土的各項(xiàng)性能。該方法可以采用多種不同的檢測(cè)手段，如剪切試驗(yàn)、載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)與動(dòng)力觸探試驗(yàn)等，其中載荷試驗(yàn)是大多數(shù)檢測(cè)工作中都需要進(jìn)行的檢測(cè)內(nèi)容。相對(duì)于室內(nèi)檢測(cè)方法，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠更為直觀地反映出巖土的性能，減少樣品對(duì)于檢測(cè)準(zhǔn)確性的干擾。而這一方法的主要問(wèn)題在于檢測(cè)過(guò)程中比較容易受到外界環(huán)境的影響，同時(shí)檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)及所需資源也較多。

通過(guò)對(duì)上述2種檢測(cè)方法的分析，可以看出二者之間的不同特點(diǎn)。目前的檢測(cè)工作中，主要采取將2種方法進(jìn)行結(jié)合的檢測(cè)方式。以下主要分析巖土試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)中室內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用流程。

2 水利水電工程地基基礎(chǔ)巖土試驗(yàn)檢測(cè)取樣流程

2.1 巖土取樣

巖土取樣工作是進(jìn)行水利水電工程地基基礎(chǔ)巖土試驗(yàn)檢測(cè)中的首要步驟，取樣工作的開展情況對(duì)于巖土試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果具有重要影響。在取樣時(shí)，需要確保巖土取樣結(jié)果具有較強(qiáng)的代表性，在不具備代表性的情況下應(yīng)重新進(jìn)行取樣檢測(cè)。通常情況下，巖土試驗(yàn)檢測(cè)樣品的類型主要包括原狀土樣品、巖石樣品2種類型，二者的采集方式也有一定的區(qū)別。其中，對(duì)于原狀土樣品的采集，需要事先鉆孔，而后利用取土器在孔內(nèi)獲取一定數(shù)量的巖土樣品。鉆孔后進(jìn)行取土的具體方法包括兩種，一是利用取土器，通過(guò)打入的方法獲取土樣；二是利用取土器并通過(guò)壓入的方法獲取土樣。除此之外，也可在基坑中直接切取原狀土樣。對(duì)于巖石樣品來(lái)說(shuō)，其采集方式主要為鉆孔方法或直接在基坑中采集，利用鉆孔方法時(shí)，一般要在巖芯或鉆芯中獲取巖石樣品。

在取樣工作的實(shí)施過(guò)程中，為了確保樣品質(zhì)量，應(yīng)堅(jiān)持以下幾方面的實(shí)施原則。第一，合理控制樣品的數(shù)量，從而使樣品能夠準(zhǔn)確反映巖土的各項(xiàng)性質(zhì)[1]。對(duì)于同一場(chǎng)地，通常情況下應(yīng)選擇3～5組樣品，并且需要確保樣品分布均勻，還應(yīng)保證各個(gè)樣品分別位于地基的不同厚度位置。第二，需要充分重視邊坡位置的取樣工作。其原因在于邊坡位置的土體容易受到季節(jié)環(huán)境的影響從而產(chǎn)生一些變化，如在雨季土體較為松散，而在干旱季節(jié)較為緊密。同時(shí)，如果在降雨量較大的情況下，土體也會(huì)出現(xiàn)較為明顯的破壞問(wèn)題。針對(duì)這一現(xiàn)象，為了提高巖土樣品的代表性，需要在采集過(guò)程詳細(xì)標(biāo)注取土位置。

2.2 巖土樣品封存

對(duì)巖土樣品采取有效封存措施，能夠減少外界環(huán)境對(duì)于樣品的影響，防止樣品的各項(xiàng)性質(zhì)產(chǎn)生變化。實(shí)際操作過(guò)程中，需要在樣品采集工作完成后，盡快利用取土筒封存樣品，并做好相應(yīng)的標(biāo)記工作。對(duì)于土壤樣品及巖石樣品，在保存方式上存在一定的差異性。在土壤樣品的封存方面，原狀土及擾動(dòng)土樣品都需要在采集完成后立刻運(yùn)用取土筒密封，采用相應(yīng)的標(biāo)簽做標(biāo)記；而后利用膠帶將取土筒的縫隙加以密封，利用融蠟對(duì)縫隙進(jìn)行澆注。如果在對(duì)原狀土進(jìn)行取樣過(guò)程中，樣品無(wú)法填滿取土筒，此時(shí)應(yīng)選用擾動(dòng)土對(duì)筒壁內(nèi)部的縫隙進(jìn)行填充。在選擇擾動(dòng)土?xí)r，應(yīng)保證其濕度與自然狀態(tài)下相近。完成取樣后要仔細(xì)填寫送樣單，其中要準(zhǔn)確反映出取土圖紙資料符號(hào)、標(biāo)簽說(shuō)明等信息。土壤樣品采集完成后，需要將其及時(shí)提交到實(shí)驗(yàn)室。

巖石樣品的保存與土壤樣品的保存有一定的區(qū)別。在巖石樣品采集完成后，也應(yīng)立即采取有效措施封存。封存方法的選擇上，對(duì)于硅質(zhì)硬巖樣品來(lái)說(shuō)，可以不進(jìn)行其他處理；對(duì)于泥質(zhì)巖樣品，需要用紗布包裹，而后運(yùn)用融蠟澆注縫隙。對(duì)于巖石樣品的標(biāo)注方面，應(yīng)做好上下記號(hào)的標(biāo)注，同時(shí)需要做好標(biāo)簽的記錄工作。

2.3 巖土樣品運(yùn)輸

運(yùn)輸巖土樣品時(shí)，要確保運(yùn)輸?shù)陌踩?，防止樣品在運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)損壞，確保將巖土樣品從檢測(cè)區(qū)域安全地運(yùn)送至檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室。在樣品的采集與封存工作完成后，需要盡快進(jìn)行樣品的運(yùn)輸，確保樣品能夠得到及時(shí)有效的檢測(cè)。同時(shí)，也要合理選擇運(yùn)輸工具，提高樣品運(yùn)輸?shù)陌踩潭?。一般情況下，在巖土樣品的運(yùn)輸過(guò)程中，需要將樣品先裝入具備防震性能的箱子中，箱子周圍的縫隙需要用柔軟材料填充，減少運(yùn)輸過(guò)程中的震動(dòng)，從而避免對(duì)樣品造成破壞。常用的填充材料包括稻草、鋸末、軟紙、谷殼和麥稈等。運(yùn)輸過(guò)程中還要有效控制車輛的行駛速度，減少車輛的顛簸，防止對(duì)樣品性能造成不良影響。在將樣品運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)之后，裝卸人員在搬運(yùn)過(guò)程中應(yīng)盡量做到輕拿輕放，減少運(yùn)送箱的碰撞，防止搬運(yùn)過(guò)程中樣品的損壞[2]。

3 水利水電工程地基基礎(chǔ)巖土試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)方法

水利水電工程地基基礎(chǔ)巖土性能的測(cè)試工作能夠?qū)Φ鼗A(chǔ)巖土的各項(xiàng)性質(zhì)做出充分反映，也是基礎(chǔ)巖土試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵部分。在應(yīng)用室內(nèi)檢測(cè)方法的前提下，需要在完成取樣工作后，開展巖土試驗(yàn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。以下為水利工程巖土熱響應(yīng)測(cè)試所采取的實(shí)驗(yàn)方法。

3.1 巖土熱物性參數(shù)檢測(cè)

通過(guò)這一檢測(cè)方法，能夠明確巖土導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)。巖土熱物性參數(shù)中具體包含巖土容積比熱容、巖土導(dǎo)熱系數(shù)以及熱擴(kuò)散系數(shù)等。其公式表示為Y=/(αT/α)，其中為法線方向熱流密度，αT/α為法線方向溫度梯度。由于巖土的組成成分主要包括空氣、水和礦物質(zhì)，因此其導(dǎo)熱系數(shù)及容積比熱容的取值范圍如表1所示。

表1 水、固態(tài)礦物質(zhì)及空氣的熱物性參數(shù)

根據(jù)表1，巖土組成成分的比例對(duì)于巖土綜合導(dǎo)熱系數(shù)能夠產(chǎn)生很大影響，同時(shí)由于固態(tài)礦物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)于空氣較高，因此在巖土空隙較大、固態(tài)礦物質(zhì)含量較小時(shí)，其綜合導(dǎo)熱系數(shù)隨之降低。

3.2 巖土初始低溫測(cè)試

巖土初始低溫測(cè)試的實(shí)驗(yàn)方法主要是事先采用一定的方法恢復(fù)巖土的溫度，并根據(jù)地質(zhì)條件因素合理確定恢復(fù)的時(shí)間[3]。在進(jìn)行初始低溫測(cè)試過(guò)程中，選用的常見方法包括外置溫度傳感器法、內(nèi)置溫度傳感器法及無(wú)加熱循環(huán)法。比如，在采取無(wú)加熱循環(huán)法進(jìn)行測(cè)試時(shí)，應(yīng)確保巖土初始溫度在0.5℃以下且穩(wěn)定時(shí)間在24h以上。在時(shí)間發(fā)生變化的過(guò)程中，初始低溫隨之變化，在進(jìn)出口溫度時(shí)間傾向穩(wěn)定狀態(tài)、溫差處于合理范圍時(shí)可以判斷檢測(cè)數(shù)據(jù)有效，如圖1所示。采用溫度傳感器法測(cè)試巖體初始溫度示意圖如圖1所示。即在PE管內(nèi)外布置傳感器，期間在PE管內(nèi)充滿水，直至溫度平衡后對(duì)不同深度巖土溫度進(jìn)行測(cè)試。

圖1 傳感器法測(cè)試巖體初始溫度示意圖

當(dāng)測(cè)試時(shí)間在50h時(shí)進(jìn)出口溫度穩(wěn)定，此時(shí)平均回水溫度、平均實(shí)際換熱量與平均流速分別為28.8℃、3842J/s、0.44m/s。溫度趨勢(shì)圖如圖2所示。

圖2 不同地層深度溫度變化

4 結(jié)束語(yǔ)

水利水電工程地基基礎(chǔ)巖土試驗(yàn)檢測(cè)在水利工程建設(shè)中具有重要意義，在實(shí)際工作中要充分重視該項(xiàng)工作的開展。