水利工程地基巖土試驗檢測要點探討
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摘要：本文針對地基基礎(chǔ)巖土樣品的處理流程進行大體分析，圍繞巖土熱響應試驗、標準貫入試驗、探地雷達技術(shù)、地基承載力靜載試驗四個層面，探討了地基基礎(chǔ)巖土試驗檢測方法及具體應用，以期為水利工程檢測工作提供參考。
水利工程建設主要涵蓋地基處理、樁基施工等施工內(nèi)容，受施工現(xiàn)場地質(zhì)條件、氣候條件與巖土物理特性等因素的影響，導致巖土質(zhì)量檢測工作存在隱蔽性、不確定性與區(qū)域性特征，要求檢測人員嚴格遵循標準化處理流程、應用專業(yè)檢測方法進行巖土樣品處理、開展巖土試驗，為水利工程質(zhì)量提供保障。
1.地基基礎(chǔ)巖土樣品的處理流程分析
1.1巖土取樣
在巖土試驗的樣品選擇環(huán)節(jié)，檢測人員應結(jié)合工程現(xiàn)場地基土層條件進行巖土篩選與取樣。在巖土樣品數(shù)量控制上，通常在單位建設場地內(nèi)宜選擇4-5組巖土樣品，還需依據(jù)土層結(jié)構(gòu)變化動態(tài)進行合理取樣；在季節(jié)性氣候因素的作用下，通常干旱季節(jié)土層結(jié)構(gòu)的密實度較高、土層蠕變程度可控，因此可直接取樣。
1.2樣品封存
在巖土樣品封存環(huán)節(jié)，需注意以下兩項要點：其一是保障采集高質(zhì)量的巖土樣品，及時將采集到的原狀土、擾動土進行封存，在土筒外部做好標簽記錄，在此過程中需防止筒壁與樣品間出現(xiàn)縫隙，并且優(yōu)先選取接近天然濕度的擾動土作為土壤樣品，待填寫樣品數(shù)據(jù)單后送至實驗室進行檢測分析，保障獲取到的樣品數(shù)據(jù)參數(shù)的精確度與可靠性。其二是為保障巖石樣品維持原有濕度，應在完成試件選擇后立即進行封閉處理，針對硅質(zhì)硬巖樣可直接取樣，對于泥質(zhì)巖樣需采用紗布包裹在其外部，再利用融蠟完成澆注處理，并做好取樣封存過程的標記，為試驗檢測工作打下基礎(chǔ)。
1.3樣品運輸
在將巖土樣品送往實驗室環(huán)節(jié)，需把握以下兩個關(guān)鍵點：其一是容器選取。其二是空隙處理，應選取泡沫紙、泡沫塑料等軟質(zhì)防護材料或谷殼、麥稈等材料填充在樣品、箱子以及車廂內(nèi)的空隙處，避免樣品間出現(xiàn)磕碰問題。待樣品運輸至指定地點后，還需對箱子裝卸過程進行嚴格把控，借助物流追蹤體系的建設實現(xiàn)對樣品運輸時間、負責人、運輸車輛型號等信息的全過程監(jiān)管，最大限度提升樣品運輸?shù)陌踩耘c可靠性。
2.地基基礎(chǔ)巖土試驗檢測方法及其具體應用探討
2.1巖土熱響應試驗
巖土主要由水、固態(tài)礦物質(zhì)、空氣組成，水的導熱系數(shù)為0.6W/（m•K）、容積比熱容為4.2×106J/（m³•K），固態(tài)礦物質(zhì)的導熱系數(shù)為2-7W/（m•K）、容積比熱容為0-2×106J/（m³•K），空氣的導熱系數(shù)為0.024W/（m•K）、容積比熱容為0.0013×106J/（m³•K）。利用巖土熱響應試驗進行地基基礎(chǔ)巖土的現(xiàn)場檢測，基于傅里葉導熱定律確定巖土的導熱系數(shù)、容積比熱容、熱擴散系數(shù)等參數(shù)，用于表示巖土的基礎(chǔ)物質(zhì)屬性。由于構(gòu)成巖土的各組分在比例上存在一定差異，因此不同巖土的導熱系數(shù)也存在差異，當巖土中的固態(tài)礦物質(zhì)含量降低時，巖土的導熱系數(shù)也將減小。
2.2地基基礎(chǔ)標準貫入試驗
2.2.1工程概況以某水利工程中的獨立樁基巖土工程為例，該工程選取天然地基作為基礎(chǔ)，基底持力層為強風化砂巖層、地基承載力為350kPa。在檢測前的準備環(huán)節(jié)，依據(jù)國家規(guī)定將抽檢數(shù)量控制為每200㎡不少于1個孔，抽檢總數(shù)不少于10個孔，基槽每20延米不少于1個孔，各獨立樁基需具備1點以上。選用穿心錘以76cm的自由落距將貫入器打入被測試土層中，記錄土層力學數(shù)據(jù)，并且針對打入深度為30cm的錘擊數(shù)進行記錄，其具體的儀器設備及規(guī)格參數(shù)如表1所示。
2.2.2檢測方法在檢測方法的實際應用上，采用回旋鉆進方式開展試驗孔的檢測作業(yè)，確保孔內(nèi)水位高于地下水位高度，針對孔壁穩(wěn)定性較差的情況可選用泥漿護壁法進行施工，并且在向標高15cm以上位置鉆進時注重及時清理孔底殘渣，隨后進入下道工序。通常采用自動脫鉤自由落錘法進行錘擊作業(yè)，借此降低導向管與錘子間的摩擦阻力，避免在錘擊過程中出現(xiàn)偏心、側(cè)向搖晃問題。在實際檢測過程中，應確保貫入器、觸探桿、穿心錘處于垂直狀態(tài)，以30擊/min的速率進行錘擊，將貫入器打入深度控制在15cm左右，每打入10cm時做好錘擊數(shù)的記錄。倘若錘擊數(shù)為50擊時仍未達到30cm的貫入深度，則需記錄好50擊的實際貫入深度，并將其與30cm標準貫入深度下的錘擊數(shù)進行換算，待錘擊數(shù)達到一致后即可停止試驗。
2.3探地雷達技術(shù)
探地雷達技術(shù)利用發(fā)射天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，利用接收天線接受來自地下介質(zhì)界面的反射波，用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜。以廣州某水利工程為例，采用探地雷達技術(shù)針對其完工后的地基基礎(chǔ)進行檢測，為工程安全評估提供參考依據(jù)。選用RIS-K2型探地雷達系統(tǒng)、配合連續(xù)剖面法進行試驗探測，將天線中心頻率設為200MHz、時窗為200ns、單次掃描采樣點數(shù)為300個、地層電磁波速度為14cm/ns、光柵間隔為0.005m，基于網(wǎng)格化形式進行測線布置。通過測線解釋結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，其閘室基礎(chǔ)混凝土厚度為3m，其中某段的電磁波反射信號較差、反射波同向軸連續(xù)性較差，由此可推斷出其混凝土底板地基較為松散。結(jié)合施工現(xiàn)場資料可知，該工程在施工過程中布置了減壓導流孔，用于防止地基滲漏破壞基礎(chǔ)，因此受細顆粒沙土流失的影響造成地基松散問題，可為安全分析評估與工程病害處理提供參考依據(jù)。
2.4地基承載力靜載試驗
以某水利工程為例，該工程因其地基承載力未達到設計標準而采用粉噴樁加固施工方法，將樁徑設為500mm、摻入水泥比為15%，樁端向持力層進入，保障在加固處理后單樁復合地基的最小承載力為175kPa，并且待施工結(jié)束后進行豎向抗壓靜荷試驗，用于判斷單樁復合地基承載力是否符合標準值要求。具體來說，首先依照設計要求選取50#、74#、98#三個樁位進行試驗，選用厚度為50mm的正方形鋼板作為承壓板，向設計標高位置開挖試驗點、鑿除虛樁頭散落位置、修平樁頂，待密實度達標后放置承壓板，確保板中心與樁位中心保持對應，并在鋼板上添加帶肋鋼板，保障剛度達到試驗要求。隨后依照設計荷載的2倍值施加最大荷載，控制好各級加荷載量與卸荷載量；待完成各級加荷后確定觀測時間，通常在前1h內(nèi)應每30min間隔10min進行一次觀測，后30min每間隔15min進行一次觀測，其后將觀測時間間隔設為30min一次，并確定好沉降穩(wěn)定標準。最后觀察靜載荷試驗的p-s關(guān)系曲線，各試驗點承載力基本值均達到175kPa，三個樁位地基的沉降量分別為3mm、3.47mm和6.28mm，符合檢測要求。
3.結(jié)論
水利工程是一項社會影響力較大的重要民生工程，地基基礎(chǔ)成為工程主體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，因此務必要把好地基基礎(chǔ)巖土試驗檢測關(guān)卡，針對巖土取樣、樣品封存、樣品運輸?shù)拳h(huán)節(jié)落實全過程管理，并綜合運用熱響應試驗、標準貫入試驗、探地雷達、靜載試驗等檢測手段，進一步提升巖土檢測質(zhì)量。
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作者：倪杰 單位：廣州市水務科學研究所