巖土勘察土樣取送及檢測技術(shù)

時(shí)間:2022-04-17 11:22:00

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巖土勘察土樣取送及檢測技術(shù)

準(zhǔn)確和科學(xué)的巖土工程勘察。對建設(shè)項(xiàng)目的影響巨大,它是建設(shè)工程質(zhì)量的重要保證因素,也是建設(shè)工程項(xiàng)目規(guī)劃、選址和設(shè)計(jì)、可行性研究的主要依據(jù),在我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)工作中巖土工程勘察具有重要的地位。隨著我國經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展,無論是從技術(shù)人員知識(shí)的深度和廣度,還是在試驗(yàn)儀器、測試設(shè)備、勘探手段、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面都取得了巨大的提高和進(jìn)步。鑒于每個(gè)工程項(xiàng)目的工程地質(zhì)條件、地基的復(fù)雜程度、建筑工程重要性及其工程行業(yè)類型各異.因此.對某個(gè)具體工程的勘察要求也有較大不同。巖土工程勘察作業(yè)質(zhì)量的好壞對工程建設(shè)的合理投資、安全、工期和質(zhì)量等有著重要影響,它是工程設(shè)計(jì)及其施工的重要依據(jù).同時(shí)它也是工程建設(shè)中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作,加大對巖土工程勘察的研究意義重大。

1巖土工程勘察及其重要性

巖土工程勘察是編制勘察文件及評價(jià)、分析、查明建設(shè)場地的環(huán)境特征、地質(zhì)和巖土工程條件的活動(dòng),它主要按照建設(shè)工程的要求進(jìn)行。巖土工程勘察的主要內(nèi)容是編制各階段所需的成果報(bào)告文件.并定量或定性分析場地工程地質(zhì)條件,它們主要通過工程地質(zhì)調(diào)查及測繪、室內(nèi)試驗(yàn)、原位測試、勘探及取土試樣、現(xiàn)場檢驗(yàn)及檢測等手段。巖土工程勘察的任務(wù)主要是運(yùn)用工程地質(zhì)學(xué)的方法和原理,改造或避免不利條件.充分利用有利條件,以正確處理自然條件與工程建筑之間的關(guān)系.為工程的施工和設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和依據(jù).從而對工程所在場地的工程地質(zhì)條件作出正確的認(rèn)識(shí),以便實(shí)現(xiàn)多快好省的施工要求。提供部分具有代表性或能反映地質(zhì)情況的土工參數(shù)是巖土工程勘察的主要目的,通常,這些參數(shù)是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的重要保障,這些參數(shù)可用于分析預(yù)測土層受荷載響應(yīng)等它主要包括強(qiáng)度、地質(zhì)和變形參數(shù)等。如果缺少對勘察及其布置的分析.一方面可能會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)計(jì)安全度不足,從而引起基礎(chǔ)發(fā)生嚴(yán)重破壞:另一方面,由于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)太保守而成本增加。巖土工程可靠度設(shè)計(jì)和土工設(shè)計(jì)參數(shù)獲取等方面都與巖土工程勘察有著緊密的聯(lián)系,因此,加大對巖土工程勘察的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2現(xiàn)場原狀土取樣

2.1原狀土樣定義及作用原狀土樣是指將天然狀態(tài)下的土以一定的手段從地下取出.并保證土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造不變,并將其固定在一定尺寸的容器內(nèi)密封的土樣。容器外要標(biāo)明取土位置和時(shí)間。由于不同成因的土在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上有很大的差異,因此在室內(nèi)試驗(yàn)中會(huì)表現(xiàn)出不同的物理力學(xué)性質(zhì)。室內(nèi)通過原狀土樣基本的物理力學(xué)性質(zhì)測試可以獲得表征土原始狀態(tài)的參數(shù)如含水率、密度、塑性指數(shù)、液性指數(shù)等,還可得出基礎(chǔ)設(shè)計(jì)重要參數(shù)指標(biāo),如強(qiáng)度、壓縮性、滲透性等。

2.2采取原狀土樣的主要影響因素土樣在原位圍壓條件下被取出總是要經(jīng)受一個(gè)卸荷過程,從而產(chǎn)生一定程度的膨脹量:在試坑處采集的土樣往往由于取土管或其他采集裝置打人時(shí)體積變化而受到擾動(dòng)。土層中有礫石時(shí)會(huì)大大加重土樣的擾動(dòng)程度。土樣在采取過程中,取土器側(cè)壁與土樣之間的摩擦?xí)雇翗邮軌骸J聦?shí)上,要取得一個(gè)真正的原狀土樣幾乎是不可能的.尤其是無粘性土的。所以一般慣例上稱的“原狀土”,是指取土樣時(shí)已采取了一些預(yù)防措施,使取樣土骨架的擾動(dòng)減至最小而非真正意義上的原始狀態(tài)土樣。

2.3原狀土取樣中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)如今取土器種類很多,應(yīng)根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)針對不同土質(zhì)采用,盡量采用模鍛取土管,使刃口處的直徑比管的內(nèi)徑稍小,可減小側(cè)壁的摩擦。由于土樣采取的方法不同.導(dǎo)致取回的“原狀”土樣的質(zhì)量在不同的試驗(yàn)室之間差別很大,從而使室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與真實(shí)情況有較大的誤差。取樣方法的不同會(huì)導(dǎo)致土樣含水率有一定的變化.應(yīng)注意在取土裝置上及時(shí)加裝套管,以避免地下水對原狀土的影響。取出后應(yīng)迅速密封。天氣炎熱時(shí)為避免蠟封融化,宜采取多種措施密封。天氣寒冷要避免冰凍。土樣保存時(shí)間不宜超過三周。土樣運(yùn)送過程中.采用自制的緩震裝置對土樣加以保護(hù),對無粘性土土樣應(yīng)盡量避免有過大的震動(dòng)。土體的結(jié)構(gòu)性遭到破壞,會(huì)導(dǎo)致粘聚力與內(nèi)摩擦角試驗(yàn)值與現(xiàn)場產(chǎn)生過大差異。

3原位測試的應(yīng)用

普通的粘性土可以通過采取原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),對于無粘性沉積土或飽和度高的軟土來說.由于幾乎不可能獲取不受擾動(dòng)的原狀試樣。所以對這類土的密實(shí)度、強(qiáng)度和壓縮性評價(jià)通常需要通過原位測試方法獲得。勘察中我們常用的幾種原位測試手段的作用與適用性如下:

3.1載荷試驗(yàn)載荷試驗(yàn)是在現(xiàn)場用一個(gè)剛性承壓板逐級加荷.以測定天然地基或復(fù)合地基的變形隨荷載的變化而變化,借以確定地基承載力的試驗(yàn)。通常此試驗(yàn)可確定地基土的承載力、變形模量、基床反力系數(shù)等,也可以用于地基處理效果檢測。要注意的是載荷試驗(yàn)其影響深度較有限.不能對深層地基作出評價(jià)。

3.2十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)是將套管打到預(yù)定的深度,并將套管內(nèi)的土清除。將十字板裝在鉆桿的下端后,通過套管壓人士中,壓人深度約750ram。然后由地面上的扭力設(shè)備對鉆桿施加扭矩.使埋在土中的十字板扭轉(zhuǎn),直至土剪切破壞。此試驗(yàn)適用于原位測定飽和軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度,所測得的抗剪強(qiáng)度值。相當(dāng)于試驗(yàn)深度處天然土層在原位壓力下固結(jié)的不排水抗剪強(qiáng)度。由于不需要采取土樣,避免土樣擾動(dòng)及天然應(yīng)力狀態(tài)的改變,是一種有效的現(xiàn)場測試方法。它可在現(xiàn)場基本保持原位應(yīng)力條件下進(jìn)行扭剪,適用于靈敏度St≤10,固結(jié)系數(shù)C≤lO0(m2/a)的均質(zhì)飽和軟粘土,對于不均勻土層,特別夾有薄層粉細(xì)砂或粉土的軟粘土,該試驗(yàn)會(huì)有較大誤差.使用時(shí)需謹(jǐn)慎注意。

3.3圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)是利用一定的錘擊能量,將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土中,根據(jù)貫人士中的難易程度f貫人度1來判別土的性質(zhì)的一種現(xiàn)場測試方法。根據(jù)它的試驗(yàn)指標(biāo)可用于進(jìn)行地基土的力學(xué)分層。定性地評價(jià)地基土的均勻性和物理性質(zhì)(狀態(tài),密實(shí)度),查明土洞、滑動(dòng)面、軟硬土層界面的位置。通過建立地區(qū)經(jīng)驗(yàn),也可用于評價(jià)地基土的強(qiáng)度和變形參數(shù),評價(jià)地基承載力、單樁承載力。圓錐動(dòng)力觸探設(shè)備簡單,操作方便,適應(yīng)性廣,并有連續(xù)貫人的特性。但試驗(yàn)誤差較大,再現(xiàn)性較差。

3.4標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)是利用規(guī)定的落錘能量f錘質(zhì)量為63.5kg,落距76cm)將貫人器打人土中.根據(jù)貫人的難易程度,用貫人30cm的擊數(shù)N判定土的物理力學(xué)性質(zhì)。它操作簡單,地層適應(yīng)性廣。對不易鉆探取樣的砂土和砂質(zhì)粉土尤為適用,當(dāng)土中含有較大碎石時(shí),使用受限制。通過試驗(yàn)可取得擾動(dòng)土樣.進(jìn)行鑒別土類的有關(guān)試驗(yàn)。該試驗(yàn)的鈍黽離散性比較大,所以只能粗略地評定土的工程性質(zhì)。與圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)相似,它不能直接測定地基土的物理力學(xué)性質(zhì),而是通過與其他原位測試手段或室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行對比。建立關(guān)系式,積累地區(qū)經(jīng)驗(yàn),才能用于評價(jià)地基土的物理力學(xué)性質(zhì)。

3.5靜力觸探試驗(yàn)靜力觸探試驗(yàn)是利用準(zhǔn)靜力以恒定的貫入速率將圓錐探頭通過一系列探桿壓人土中,根據(jù)測得的探頭貫人阻力大小來間接判定土的物理力學(xué)性質(zhì)的原位試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器經(jīng)過多年的發(fā)展有了不同類型的觸探探頭,其中電測孔壓式是最適用的一種靜探方法。它可以利用孔壓測量的高靈敏度來修正所測參數(shù),分辨薄土層的存在,可評估土的固結(jié)特性等。特別是對飽和粘土更是如此。但是靜探試驗(yàn)不能對土進(jìn)行直接的觀察、鑒別.而且對于含碎石、礫石的土層和很密實(shí)的砂層不適用。

3.6波速測試波速測試是利用波速確定地基土的物理力學(xué)性質(zhì)或工程指標(biāo)的現(xiàn)場測試方法主要用于測定各種類巖土體的壓縮波、剪切波或瑞利波的波速,以此來劃分場地類型;提供地震反映分析所需的地基土動(dòng)力參數(shù)剪切模量、阻尼比、動(dòng)剪切剛度等);提供動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需的地基土動(dòng)力參數(shù)(抗壓、抗剪、抗扭剛度及剛度系數(shù)、阻尼等);判斷地基土液化的可能性。另外,波速測試本身可以用來評價(jià)地基土的類別和檢驗(yàn)地基加固效果。

4結(jié)語

巖土工程勘察涉及的內(nèi)容很廣泛,但平時(shí)工作中常見的是上述兩方面的問題。現(xiàn)在巖土測試手段很多.各種技術(shù)在不斷的進(jìn)步,這就需要我們熟悉每種試驗(yàn)手段的適用范圍,并及時(shí)掌握最新的技術(shù),以提高工作速度和質(zhì)量。有時(shí)巖土勘察工作的不可預(yù)知性會(huì)讓現(xiàn)場工程師改變已定好的計(jì)劃,因此應(yīng)該靈活的面對工作中的難題,不可墨守常規(guī)。工程勘察要求在開展工作之前盡可能的收集資料,再?zèng)Q定采用合理的試驗(yàn)方法與技術(shù)手段。只顧保護(hù)自身的利益,單純?yōu)榱私档妥约旱娘L(fēng)險(xiǎn)麗提交過于保守的數(shù)據(jù)是很不道德的。同時(shí)要避免不經(jīng)過詳細(xì)的勘察而采取一個(gè)保守的基礎(chǔ)設(shè)計(jì),導(dǎo)致工程造價(jià)大幅度增加,造成不應(yīng)該有的經(jīng)濟(jì)損失。

巖土工程勘察包括原狀土取樣、室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場進(jìn)行原位測試等方面,必須重視每一個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范執(zhí)行,同時(shí)結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn),才能保證勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性。以上是對巖土工程勘察中幾個(gè)常見問題的剖析,希望能夠引起同行們的重視,在實(shí)施注冊巖土工程師制的進(jìn)程中,努力提高工程勘察業(yè)務(wù)人員的技術(shù)能力和道德素質(zhì),遵循“先勘察、后設(shè)計(jì)、再施工”的科學(xué)建設(shè)程序.更好地發(fā)揮巖土工程勘察是設(shè)計(jì)的先行與依據(jù)的作用,為基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確、翔實(shí)的巖土工程資料,盡量避免產(chǎn)生設(shè)計(jì)冒險(xiǎn)或保守浪費(fèi)兩種后果的發(fā)生,為社會(huì)生產(chǎn)做出積極貢獻(xiàn)。