岩土工程勘察原位测试常见问题及对策—李丙春
摘要
岩土工程勘察工作是工程建设的重要环节，也是首要环节，勘察工作的质量决定了投资效益和工程质量安全。而外业勘察工作质量对于保障勘察成果具有决定性的影响。本文分析了岩土工程勘察原位测试常用手段标贯、动探、静探外业过程中常见设备问题及操作技能等问题、论述了关键质量控制要点和应该采取的应对方法，提出了有针对性的对策。其中有些问题规范并没有明确要求，导致操作中的不规范，作者根据规范精神及现场操作经验提出了解决办法。
原位测试作为岩土工程勘察的重要手段，常与钻探配合使用。触探的优点在于可以获得连续的定量数据，钻探取样一般均有一定的竖向间隔，导致数据不连续，从而导致代表性不足；加之取样过程中诸多影响因素导致取样质量下降，从而对勘察质量造成影响。触探还是一种原位测试手段，能基本保持岩土原来的结构、湿度和应力状态，可以有效的避免取土、运输、试验过程中的扰动。
同时，几种常规的原位测试手段，如标贯、动探、静探等，还具有施工速度快捷、施工费用低的特点，一直深受广大岩土工程师的喜爱。但是，原位测试毕竟是一种间接的勘察手段，其误差也应引起足够的重视，如仪器、试验条件、试验方法、操作技能、土层的不均匀性等，均能造成测试误差。本文就原位测试过程中几种常见问题进行讨论和分析，结合外业现场实际情况，非常具有针对性和可操作性。
1、标贯试验常见问题
1.1、标贯设备的符合性。应保持贯入器靴的刃口完整，当出现缺口或卷刃等损坏时，应及时更换。具体标准为单个缺口长度大于5mm或总长度大于12mm。常见损坏是因为地层存在大块建筑垃圾、长时间在较硬的强风化岩层中贯入、在铺装地上拖拽等，特别是后一点，现场操作应极力避免。导向杆应经常擦拭，防止泥土和油泥附着，避免落锤卡滞提拔导向杆，使得贯入器靴脱离贯入土层。
1.2、钻孔质量要求。宜采用回转钻进，地下水位以下采用泥浆护壁，保证清孔效果，孔底残土厚度一般不得超过5cm。在软土层或中密以下的粉土、砂性土中钻进时，一般不宜采用螺旋钻具。螺旋钻具在遇到松散粉土或砂土时泥浆护壁效果较差，渣土容易在钻具有效叶片以上部位堆积，造成提钻困难，强行提拉钻具在孔底形成负压效应，导致大范围扰动，从而使标贯很难下到试验部位；试验部位土层强烈扰动造成试验结果失真、标贯击数过低。
1.3、试验操作要求。因为标贯试验的土层适应性和贯入距离的限制，一般应提前设计好标贯起始深度。可以用附近已完成勘探孔资料，设计好标贯位置，有效避免盲目试验，特别是土层较薄的情况下，容易漏过试验土层。应注意保持钻杆垂直，避免摇晃，一般可以用专门铁钩或定位绳进行控制。应控制合理的锤击速度，避免锤击速度过快，一般控制在30击/min。因为当速度过快时，自动脱钩装置可能尚未动作，重锤在惯性作用下继续向上提升，造成落距超限，还可能因为操作手反应不及时使脱钩器提拉顶端限位螺母，造成贯入器靴脱开试验土层位置。尚应注意保留标贯器中样品，及时鉴别和描述，重点描述均匀性，包含物等。特别是用于液化判别时，应使用对应标贯点的样品测定粉土黏粒含量，不能使用其他位置的黏粒含量试验代替，否则就不能满足抗震规范关于液化判别“诸点判别、按孔计算、综合判定”的基本原则。
1.4、击数读数要求。认真测量孔深和杆长，校对放置位置，若土层较软出现自重贯入（溜杆）时，应记录溜滑深度，这部分击数按0记录。探杆标划15/10/10/10cm位置，视线与标线平行，一般记录整数即可。土层较软单击贯入度过大时，可能造成深度超击，此时可根据实际超击深度换算。
2、动探试验常见问题
2.1、动探设备的符合性。试验前应检查探头磨损情况，当直径和锥尖高度分别磨损超过2/5mm时，应及时更换。应注意不得用42mm直径探杆进行超重型试验，避免因探杆刚度不足引起的水平向失稳和能量损失。42mm探杆一般用在重型动探中，多数钻探用探杆直径也为42mm，使用广泛，容易调配。最近也有一种趋势，广泛使用50mm直径钻杆，超重型触探也可使用，但应注意重型触探应调换为42mm。目前也有研究两种直径对于击数带来影响的文章，但未形成广泛共识，还需要积累经验。
2.2、试验操作要求。因为连续锤击的需要，应设置专门触探架保持触探杆垂直及整个触探装置的安全。为保证试验准确性，地面以上触探杆高度不宜超过1.5m。锤击速度控制在15~30击/min，原因同标贯试验说明。需要说明的是，根据地层强度的变化，重型和超重型动探可互换应用。当重型动探击数大于50击/10cm时，可改用超重型动探。特别是在密实碎石土中贯入时，会出现跳锤严重的现象，此时则应立即更换为超重型动探。
2.3、连续贯入的问题。特别应注意，不应将圆锥动力触探试验标贯化，即每次试验仅贯入30cm。动力触探存在明显的临界深度，触探的临界深度，是一种特殊的滞后反映。当探头从空孔段开始向下贯入时，探头周围土体向外挤压，从而形成圆柱空间。贯入深度较小时，土体产生剪切位移使初始贯入点附近土层隆起，减小探头阻力使击数降低[2]。试验表明，各种土的临界深度均不超过1m。所以当每次仅贯入30cm时，整个试验段处在临界深度内，击数显著偏小，不能反映正常地基土的力学性质，不宜用来确定地基承载力。如果需要分段触探，应以层为单位，当层薄时应多层连续贯入。
2.4、注意剔除异常值。在有效厚度内剔除少量击数特殊大值，剔除因大块卵石等引起的击数过大，因为个别大颗粒含量不足时并不能增加土层承载能力。当异常值数量超过统计层位总试验次数的10%时，应根据钻探结果综合论证。
3、静探试验常见问题
3.1、静探设备的符合性。目前使用较多的是双桥静力触探，锥头与摩擦筒分开，可以同时测量锥尖阻力和侧壁摩擦力两个参数。国内应用较多的是15c㎡探头，锥头直径43.7mm，侧摩擦筒工作面积300c㎡。推荐使用10c㎡探头，锥头直径35.9mm，侧摩擦筒工作面积200c㎡。国际通用标准为10c㎡，为了向国际标准靠拢，便于测试结果的比较和研究成果的交流，推荐使用国际标准探头。建议同时使用高强度优质探杆，可以有效增加触探深度。
3.2、探头标定。静力触探头在使用前必须进行标定。静力触探头一般每三个月标定一次，在规定期限内发现异常情况时，应重新标定。当使用频率高时，应缩短标定时间间隔。当标定出现应力与应变呈曲线关系时，或者截距很大，回零性差以及弹性滞后现象严重的探头均不能使用。标定时，不仅做加压标定，也应做卸载回程标定。
3.3、调直调平工作。静力触探为连续性贯入，前5m探杆在贯入过程中起重要的导向作用，且探杆刚度相对较小，对于探杆弯曲度及设备调平工作应特别注意。实践中当遇到成层土软硬不均或夹有钙礓石等包含物时，容易出现探杆偏斜。
3.4、探头的归零检查。静力触探探头均采用对温度敏感的元器件，而一般地表以下6m内地温变化较大。触探头贯入土中0.5~1.0m（在冬季应超过冻结线），然后提升5~10cm，待量测仪器上无明显温漂时，记录零读数或调整零位，方能开始正式贯入。地面以下6m范围以内一般每间隔2~3m应做一次归零检查，终孔时应记录零漂值[3]。应注意在提升时，角机不得溜滑，尽量避免角机触点与微动开关接触时提拔探杆。
3.5、严格控制贯入速度。应保持匀速贯入，贯入速率为1.2（±0.3）m/min，同一孔应保持相同速率。根据实践经验，对于一般沉积土，贯入速率对贯入阻力有一定影响，贯入阻力随贯入速度增加而增加，基本呈线性关系[4]。当采用静力触探数据求取各类土的物理力学性质指标时，应严格控制贯入速率，建议采用标准贯入速率。当贯入速率不在推荐范围时，一般不宜用做物理力学性质指标的判定，建议积累当地经验与其他勘探手段相互验证。对于砂土，因超静孔隙水压力随贯入速率降低而减小，贯入阻力随之增大，会极大影响测试成果的准确度[5]。目前静力触探作业出现了快速贯入的倾向，技术人员应予充分注意。
4、结束语
标贯、动探、静探均为普遍采用的原位测试手段，充分理解和掌握其原理，正确的操作手段对于提高勘察质量至关重要。现场作业人员和技术人员应该严格按照操作规程规范作业，提供的成果资料才能做到提高作业效率，保证勘察质量。