張倩清

（安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院, 安徽蚌埠 233000）

巖土工程試驗(yàn)技術(shù)是巖土工程勘察中的主要組成部分, 是獲取巖土體物理力學(xué)參數(shù)的主要途徑, 在現(xiàn)代化建筑、橋梁、道路工程中的應(yīng)用極為廣泛[1]。巖土工程試驗(yàn)技術(shù)根據(jù)測試環(huán)境可分為室內(nèi)試驗(yàn)法和現(xiàn)場試驗(yàn)法, 前者主要指的是土工試驗(yàn)技術(shù), 而后者則指的是原位測試技術(shù)[2]。原位測試技術(shù)能夠較精準(zhǔn)地獲取擬建區(qū)域巖土體的物理力學(xué)參數(shù), 為擬建項(xiàng)目設(shè)計編制提供了可靠的數(shù)據(jù)。本文以原位測試為研究對象, 分析其在巖土工程勘察中的應(yīng)用。

1 原位測試技術(shù)概況

原位測試技術(shù)是施工現(xiàn)場快速獲取巖土體參數(shù)的主要方法, 可分為半定量和定量兩種方法。其中, 定量方法指的是在已經(jīng)成形的巖土體上進(jìn)行的原位測試, 如土體滲透試驗(yàn)、靜止?fàn)顟B(tài)的承載試驗(yàn)等[3]；半定量方法指的是在缺乏試驗(yàn)?zāi)芰蛘攮h(huán)境的條件下進(jìn)行的試驗(yàn), 如深入樣品試驗(yàn)、觸碰試驗(yàn)等。因此, 現(xiàn)場原位測試技術(shù)類型是多樣的, 因此, 選擇技術(shù)方法應(yīng)結(jié)合工程結(jié)構(gòu)形式、擬建區(qū)域巖土體基本情況等選擇合理的測試技術(shù)[4]。波速測試技術(shù)是原位測試技術(shù)的一種, 在巖土工程勘察中應(yīng)用極為廣泛。常見的波速測試技術(shù)包括鉆孔法和表面波測試法兩種類型, 前者又可分為單孔法和跨孔法。

（1）單孔法。單孔法是巖土工程勘察中最為常用的一種原位測試技術(shù), 該方法的應(yīng)用示意見圖1。單孔法測試方法主要包括地面的激振過程和鉆孔中的振動信號接收過程。在巖土工程波速測試過程中, 可以通過安裝激發(fā)器裝置對巖土體的剪切波進(jìn)行測試, 生成相應(yīng)的SH波信號和SV波信號, 再通過接收器中的三分量檢波器裝置接收信號。單孔法在巖土工程勘察中應(yīng)用極為廣泛, 主要原因在于：①操作簡單, 便于現(xiàn)場操作；②準(zhǔn)確性高, 該方法的檢測結(jié)果準(zhǔn)確度高；③成本低, 該方法成本較低, 顯著地降低了測試成本。

圖1 單孔檢測法示意圖

（2）跨孔法?？缈追ㄔ趲r土工程勘察中的應(yīng)用較廣泛, 尤其是在大型建筑、道路、橋梁工程中?？缈追ㄒ话阌扇齻€孔組成, 且三個孔需呈直線狀排列, 在第一個孔中裝置震源激發(fā)器裝置, 其余兩個孔接收剪切波信號（圖2）。該方法中波速的計算就是通過波的傳播距離與傳播時間分析。此外, 跨孔法對使用條件較為苛刻, 一般多用于地面較為平坦、巖土體分布較為均勻的施工場地；同時, 該方法具有測試深度大, 尤其是在軟弱夾層剪切波測試中的應(yīng)用效果更為明顯[5]?？缈追ǖ牟僮鬏^單孔法的操作復(fù)雜, 且對施工場地的要求更高, 使用成本較高, 故小型施工場地一般不用該方法。

圖2 跨孔檢測法示意圖

（3）表面波測試法。表面波測試法也稱為瑞雷波測試技術(shù), 該方法主要針對瑞雷波而得名。在實(shí)際巖土工程勘察中采用跨孔法進(jìn)行巖土體參數(shù)獲取時, 無需進(jìn)行鉆孔就可以實(shí)現(xiàn)層狀介質(zhì)彈性波的測試, 具有測試準(zhǔn)確度高和快速的特征, 并根據(jù)振動激發(fā)方式可將該方法分為穩(wěn)定振動法和瞬態(tài)振動法兩種類型。

2 工程概況

某建筑場地園區(qū)分為4個建設(shè)區(qū)塊, 工程設(shè)計單柱最大載荷為200kN, 建筑結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)。擬建區(qū)域地形較平緩, 以耕地為主。施工區(qū)域地下水埋深較淺, 以孔隙潛水為主, 地下水資源較為豐富, 巖層以弱透水層為主。同時, 通過檢測發(fā)現(xiàn), 地下水對混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)為弱腐蝕。為推進(jìn)該工程建設(shè)進(jìn)程, 需要對擬建區(qū)域內(nèi)的巖土體進(jìn)行土工測試分析。

3 巖土工程測試技術(shù)應(yīng)用

3.1 測試方法選擇

擬建工程在規(guī)模上屬于小型建筑, 且要求施工周期較短。同時, 擬建區(qū)域巖土體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜, 不適合跨孔法檢測。因此, 考慮到檢測成本以及檢測周期, 本文選擇波速檢測方法中的單孔法。

3.2 震源設(shè)備及測試設(shè)備

根據(jù)擬建工程基本特征, 本次選擇震源設(shè)備為CE-9201工程地震檢測儀。在使用單孔法進(jìn)行檢測時, 將2m×0.3m×0.05m的激振板置于孔口1m處位置, 同時在木板上放置重物, 并使用大錘對木板兩側(cè)進(jìn)行敲擊夯實(shí)處理, 使得巖土體產(chǎn)生剪切波。在擬建工程巖土體參數(shù)檢測過程中所使用的測試設(shè)備主要為孔內(nèi)的三分量檢波器和地震儀。其中, 孔內(nèi)三分量檢波器是由X、Y和Z三個方向的檢波器組成, 并將其密封在容器中, 其中橫波主要通過水平方向的檢波器接收信號, 縱波主要通過垂直方向上的檢波器進(jìn)行接收。測試過程中三分量檢波器的位置處于孔深的10.0～14.0m處, 不同測試點(diǎn)的距離控制在0.5～1.0m處, 為了確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性, 對不同測試點(diǎn)進(jìn)行了重復(fù)觀測。

3.3 數(shù)據(jù)處理

在巖土體剪切波測試過程中, 采用重復(fù)觀測的方式確定其準(zhǔn)確度, 故在測試過程中對木板進(jìn)行正反敲擊, 此時, 兩次敲擊所產(chǎn)生的剪切波的波形相位之間的差為180°, 能夠更加精準(zhǔn)地獲取不同界面點(diǎn)剪切波到達(dá)的時間, 進(jìn)而計算出不同巖土體層之間的波速值[6]。

3.4 測試結(jié)果分析

按照巖土工程勘察規(guī)范要求, 本項(xiàng)目對擬建區(qū)域的巖土體進(jìn)行了波速檢測, 波速測試孔維23個, 所獲土層等效剪切波速統(tǒng)計見表1。

3.5 測試結(jié)果

由表1可知：本次對23個孔進(jìn)行了巖土體剪切波波速測試, 其等效剪切波速介于253～335m/s之間, 其等效剪切波速平均值為289.4m/s。根據(jù)GB50011-2001《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中的要求可知, 該建設(shè)場地屬于中硬場地, 為Ⅱ類建筑場地, 故在施工場地內(nèi)一般不會出現(xiàn)液化或者震陷問題?？傮w上, 施工場地的巖土工程條件良好, 能夠滿足該建設(shè)項(xiàng)目的基本要求。

表1 研究圖巖土體等效剪切波速統(tǒng)計表

4 結(jié)束語

綜上所述, 本文主要針對巖土工程勘察中的土工試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié), 重點(diǎn)講述了現(xiàn)場試驗(yàn)法中的原位測試技術(shù), 并以波速測試方法中的單孔法為例, 通過實(shí)例分析的方法對該方法的應(yīng)用進(jìn)行了簡要的論述。根據(jù)本次測試結(jié)果表明, 使用單孔法獲取擬建區(qū)域巖土體參數(shù), 不僅操作簡便, 準(zhǔn)確度高, 而且試驗(yàn)過程對工程施工場地的巖土體影響不大, 所獲結(jié)果準(zhǔn)確性高, 成本低, 故該技術(shù)值得推廣使用。