论原位测试在岩土工程勘察中的作用

白文胜 龚原

摘 要：本文运用工程实例，具体介绍了岩土工程勘察时，确定所揭示土层的承载力时，现场的标准贯入试验及载荷试验等原位测试手段对承载力的最终确定所起到的作用，进而影响到基础型式的选择，对建筑物的安全可靠性提供有力保障。

关键词：原位测试;岩土工程勘察;标准贯入试验;平板载荷试验

前 言

岩土工程勘察是根据建设工程的要求，查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动[1]，岩土工程勘察工作就是综合运用各种勘察手段和技术方法，有效查明建筑场地的工程地质条件，分析评价建筑场地可能出现的岩土工程问题，对场地地基的稳定性和适宜性做出评价，为工程建设规划、设计、施工和正常使用提供可靠的地质依据，保证工程建筑物的安全稳定、经济合理和使用正常[2]。

原位测试作为岩土工程勘察的重要手段，应与钻探取样和室内试验配合使用，尤其在确定地基承载力等方面，有突出的优点，在选择原位测试方法时，应考虑的因素包括土类条件、设备要求、勘察阶段等，而地区经验的成熟程度最为重要[3]。

1、 工程实例

南宁教育园区某校区项目规划总用地面积832867m2（1249.30亩），净用地面积621695m2（932.54亩）。一期包含7栋学生宿舍（西区）和青年教师公寓，拟采用框架结构，基础形式拟采用天然地基，宿舍楼层高均为6层，高度23.9m，建筑荷载120kPa;青年教师公寓层高7层，高度23.1m，建筑荷载140kPa。本次勘察共布置259个钻孔，钻探揭露，该场地上覆土层为第四系残积层，下伏基岩为石炭系下统大唐阶灰岩，将岩土层分为4层，分别为素填土①、耕表土②、红黏土③（硬塑状态）、红黏土④（可塑状态）、灰岩⑤（破碎），灰岩⑥（较完整）。设计要求天然地基红黏土③层承载力特征值为200kPa。

本文主要针对该工程的红黏土③层的承载力通过室内试验结合标准贯入试验、平板载荷试验进行确定，进而说明原位测试在岩土工程勘察中的重要作用。

2、室内试验确定土层承载力

本次勘察取原状土样80件，室内物理、力学指标见表1。根据室内物理、力学指标标准值确定地基承载力特征值时，应符合《广西壮族自治区岩土工程勘察规范》（DBJ/T45-002-2011）附录C.0.2.4，见表2[4]，红黏土③层的承载力确定见表3。

试验结果：根据土工试验室内物理、力学指标确定的红黏土③层的承载力特征值为260kPa。

3、标准贯入试验确定土层承载力

标准贯入试验是利用一定的落锤能量，将一定尺寸、一定形状的探头打入土中，根据打入土中的难易程度（可用贯入度、锤击数或单位面积动贯入阻力来表示）判定土层性质的一种原位测试方法。用63.5±0.5kg的穿心锤，以76±2.0cm的自由落距，将标准规格的标准贯入器在孔底预打入土中15cm，然后测记再打入30cm的锤击数[5]。

本次勘察共进行了40次标准贯入试验，参与统计40次，经杆长修正后的锤击数标准值为9击，本次勘察对红黏土③层标准贯入资料进行数理统计后确定的承载力见表5，经杆长修正后的锤击数确定地基承载力特征值时应符合《广西壮族自治区岩土工程勘察规范》（DBJ/T45-002-2011）附录C.0.3-1，见表4。

試验结果：根据标准贯入试验的原位测试方法确定的红黏土③层的承载力特征值为220kPa。

4、承载力的综合确定

本次勘察根据室内土工试验和现场原位测试结果，考虑到试验误差及施工过程的影响等因素，结合地区工程经验综合评价，场地红黏土③层的承载力特征值取值210kPa。

5、红黏土特点

施工单位在对青年教师公寓进行基槽开挖后，经勘察单位现场验槽，发现持力层的湿度、状态与红黏土③层有差异，局部为湿、可塑状态或可塑～硬塑状态，通过验槽发现局部地基土与勘察报告不符，因此对局部较差土层需进行平板载荷试验，以验证地基土承载力的大小。结合红黏土为特殊性土，裂隙发育、失水收缩、上硬下软，黏粒含量高，具有高分散性的特点，室内试验往往与现场试验差异大，经参建各方商议，为安全起见，决定对青年教师公寓已开挖到设计标高的基槽持力层进行平板载荷试验，以确定其承载力值。

6、平板载荷试验

平板载荷试验主要用于测定承压板下应力主要影响范围内岩土的承载力和变形特性。其方法是在保持地基土的天然状态下（在土体原来所处的位置、土的天然结构、天然含水量以及天然应力状态），在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基土的变形特征-承压板以下大约2倍承压板直径或宽的深度内土层的应力-应变-时间关系的综合性状。本次选取3个点进行试验。

试验采用钢梁及混凝土重块组成压重平台反力装置，利用千斤顶逐级加荷，静载荷测试仪控制荷载，压力传感器测读荷载大小，4个位移传感器监测承压板（地基）沉降量。试验所采用的仪器设备（千斤顶、静载荷测试仪、压力传感器、位移传感器）均通过计量检定部门检定合格并在有效检定期内。

6.1 试验装置

平板载荷试验装置主要由加荷系统、反力系统、承压板、测力系统和观测系统等5部分组成。其各部分功能是：加荷系统控制并稳定加荷的大小;反力系统反作用于承压板（压板尺寸为1.0*1.0m）;承压板将荷载均匀传递给地基土;测力系统监测加、卸荷载的量值;观测系统完成地基土变形测定[2]。试验照片见图1、2。

6.2 试验结果

（1）S1#点加载到第7级385kPa时，承压板周边的土出现明显侧向挤出，周边土体出现明显隆起，总沉降为63.58mm，累计沉降量已大于等于承压板边宽或直径的6%（60mm），达到终止加载条件，取前一级荷载值为极限荷载[6]，即330kPa，故承载力特征值为165kPa。p-s、s-lgt曲线见表6。

（2）S2号点加载到第7级385kPa时，承压板周边的土出现明显侧向挤出，周边土体出现明显隆起，总沉降为60.02mm，累计沉降量已大于等于承压板边宽或直径的6%（60mm），达到终止加载条件，取前一级荷载值为极限荷载，即330kPa，故承载力特征值为165kPa。p-s、s-lgt曲线见表7。

（3）S3号点加载到第8级440kPa时，承压板周边的土出现明显侧向挤出，周边土体出现明显隆起，总沉降为68.76mm，累计沉降量已大于等于承压板边宽或直径的6%（60mm），达到终止加载条件，取前一级荷载值为极限荷载，即385kPa，故承载力特征值为192.5kPa。p-s、s-lgt曲线见表8。

按照《建筑地基检测技术规范》（JGJ 340-2015）中的有关地基土层承载力的方法确定：3个试验点承载力特征值平均值为174.2kPa，极差为27.5，不超过平均值的30%（52.2），故该土层的承载力特征值取值为174.2kPa。

7、结论

结合平板载荷试验，该工程青年教师公寓基槽持力层红黏土的承载力取170kPa。

8、总结

综上所述，土工试验与原位测试两种方法是相辅相成的，他们可以互补。土工试验试件尺寸小，不能反映宏观结构、非均质性对土性的影响，代表性差，只能对有限的若干点取样试验，点间土样变化是推测的，试验结果也会由于试样扰动而容易受到影响，因此在利用土工试验得出的参数时也必须小心对待。在工程勘察和岩土设计参数的选择时，原位测试与室内土工试验和当地工程经验应结合使用，综合考虑，才能得出安全、合理的参数。尤其对特殊性土更应重视原位测试的重要性和准确性，遇到地质异常情况，在条件允许时可采用一种或两种以上的原位测试进行相互验证以确保安全，从而也积累了地区经验[7]。

最后该工程局部基础采用CFG桩进行地基处理，为工程的安全可靠提供了有力保证。

参考文献

[1] 中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50021-2001岩土工程勘察规范[S].中国建筑工业出版社， 2009： 2.

[2] 王贵荣.岩土工程勘察[D].西北工业大学出版社， 2009： 1 70-71.

[3] 劉利. 原位测试技术在岩土工程勘察中的应用[J]. 资源信息与工程， 2018（4）：115-116.

[4] 广西壮族自治区住房和城乡建设厅. DBJ/T45-066-2018广西壮族自治区岩土工程勘察规范[S]. 广西， 2018：110-111.

[5] 王清.土体原位测试与工程勘察[D]，地质出版社2006：115 121.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ340-2015建筑地基检测技术规范[S].中国建筑工业出版社，2015：10-18.

[7] 陈雪. 原位测试与室内土工试验的比较[J]. 防护工程， 2019（5）：115-116.

作者简介：白文胜（1986-），男，广西南宁人，汉族，本科，工程师，研究方向为建筑工程地基基础检测。