原位测试技术在冲洪积区岩土工程勘察中的应用

【摘要】冲洪积区因其复杂多变的地形和土层结构，增加了工程建设的难度。原位测试技术，如剪切波速试验和标准贯入试验，因操作简便、结果可靠，在该区域的岩土工程勘察中得到了广泛应用。本文以北京市多个冲洪积区岩土工程勘察为例，详细探讨了原位测试技术的实施过程与测试结果。研究表明，原位测试技术能准确反映地基土层的物理力学性质，为冲洪积区的工程建设提供了科学依据，确保了工程的安全稳定。

【关键词】原位测试；冲洪积区；勘察；剪切波速试验；标准贯入试验

0 引言

冲洪积区地势起伏，地层结构繁杂，土壤组成多样，可能存在软弱土层等地质不均一性等现象，增加了工程建设难度。原位测试技术能迅速反映地基土实际状况，保障工程在复杂地质条件下的安全稳定[1-3]。本文以北京市多个冲洪积区勘察工程为例，对岩土工程勘察中应用的剪切波速测试以及标准贯入试验进行了细致研究。文章从技术实施的具体步骤以及测试结果分析等方面进行了详细介绍，为该领域的研究与实践提供了宝贵的参考案例。

1 原位测试技术实施过程

1.1 剪切波速试验

在剪切波速试测试中，在已知剪切波传播速度和岩土土层密度的前提下，可以计算出土层的剪切模量。剪切模量是反映岩土体抵抗剪切变形能力的重要参数，对于评估地基土层的刚度和稳定性具有重要意义。本文以北京市朝阳区崔各庄乡马泉营村29-L06地块配套小学项目的岩土工程勘察为例，研究剪切波速测试。

第一，试验的准备阶段。

本次勘察共设有26个钻孔，每一个孔的深度被控制在20～30m。同时，本文采用了专业的剪切波速测试设备，包括高精度激震器、CE-9201工程地震检测仪（一种检波器）。这些设备在使用前均经过了严格的校准，确保测试精度在±5%以内。

第二，试验的实施阶段。

（1）3#和21#钻孔20.0m深度。将CE-9201检波器安装在相应的井中，检波器在井中的具体安装位置也经过了精心计算。（2）使用CJZ系列激振器在检测孔口处水平击打，刺激震源体产生剪切波。在激发过程中，详细记录了激发的时间和具体位置。（3）CE-9201工程地震检测仪成功接收到剪切波信号，并实时记录了剪切波的到达时间和信号强度。为了提高数据的可靠性和准确性，本文进行了多次重复测试。（4）本文对CE-9201检波器记录的数据进行了处理，计算了剪切波走过垂直方向距离所用的时间t，推导了测点波速和分层波速的计算方法。尤其值得注意的是，在处理过程中，本文充分考虑了检波器与激发板非垂直钻孔布置的情况，得出了场地20.0m深度范围内土层的等效剪切波速Vse，其计算表达式[4]为

其中，d表示计算深度，取20m和实际深度中的较小数值。

1.2 标准贯入试验

在实际勘察过程中，标准贯入试验的工作原理反映为贯入器贯入土中所产生的阻抗[5]。该阻抗可以用来判断岩土结构的变化等等。贯入器自身不能够贯入土中，需要依靠具有锤击功能的器具。本文以北京市朝阳区崔各庄乡马泉营村29-L06地块配套小学项目的岩土工程勘察为例，研究标准贯入试验。在所研究的项目中，采用的锤击器具为重达63.5kg的穿心锤，通过在距离76cm的高度进行自由落体运动，充分发挥其锤击功能。经此操作，可以将一根外径为5.1cm，内径为3.5cm，长度为51.0cm的贯入器成功贯入土中。定义将贯入器贯入土中一定深度（通常为30cm）所需的锤击次数为标准贯入击数N。

第一，试验的准备阶段。

本文在进行标准贯入试验过程中，用到的设备有贯入器、穿心锤和触探装置。贯入器以及穿心锤的型号和标准信息已经在上述内容中论述，触探装置选用触探钻杆，其直径为42mm。此外，为了保障试验的平稳进行，本文在研究过程中，还配备了钻具以及泥浆护壁（当孔壁不稳定时起到关键作用）等辅助设备。

第二，试验的实施阶段。

（1）利用相关钻具进行钻孔。孔的深度选择为标准贯入试验土层位置的标高以上约15cm左右。当孔壁不稳定时，采用泥浆护壁来维持稳定。接下来，将标准贯入器与触探杆、穿心锤进行了可靠的连接，并确保了整体的垂直度。（2）使用吊钩装置将重达63.5kg的穿心锤抬升至距离地面76cm的位置，然后，自动放钩，让重锤自由落体。（3）当贯入器贯入土层15cm时，开始记录数据，每隔贯入器贯入土层10cm，记录一次实际需要的锤击数值。当贯入到土层的深度达到30cm时，记录停止，将此时记录的贯入30cm的锤击数值之和作为该土层的标准贯入试验的标准贯入击数N。

2 原位测试技术试验结果

2.1 剪切波速试验测试结果

在20.0米的测试深度下，3#钻孔的等效剪切波速达到了230.60m/s，而21#钻孔的等效剪切波速则为226.10m/s。这意味着，在整个20.0米深度范围内的土层，其等效剪切波速Vse位于226.10至230.60m/s的区间内。可以明确，本工程建筑场地归类为Ⅲ类，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第二组。地震动峰值加速度为0.20g，反应谱特征周期为0.40s。进一步，可以得出，该地震动峰值加速度所对应的地震烈度为Ⅷ度。

2.2 标准贯入试验测试结果

（1）地基承载力的计算

在本文研究中，共进行了106次标准贯入试验，下面选取其中一次作为示例详细阐述地基承载力的计算过程。

第一步，在贯入器贯入砂土中30cm时，记录的锤击数值为25，即N为25。

第二步，当触探钻杆长度大于3m时，需要对N进行校正。本文选用的触探钻杆长度为6m，校正系数为α=0.92，则校正后的锤击数为N’=25×0.92=23。

第三步，根据N或N’，标准贯入击数修正值取20时，地基承载力标准值为230kPa，标准贯入击数修正值取25时，地基承载力标准值为280kPa。

（2）地震液化判别

本文根据所取得的地层资料、标准贯入试验数据，在地下水位深度dw为0m时，按照《建筑抗震设计规范》，对地震烈度为8度的场地的20m深度内地基土层中的饱和粉土和砂土是否液化进行了判别，为工程施工提供了参考。

3 结论

本文通过应用原位测试技术，如剪切波速试验和标准贯入试验，对北京地区的部分冲洪积区岩土工程进行了详细勘察。研究结果表明，波速测试能够判定场地类别。标准贯入试验可以判别砂土的承载力以及粉土和砂土的液化。这些原位测试技术为地基设计提供了关键参数，对确保工程安全稳定具有重要意义。未来，应继续深入研究原位测试技术的应用，优化测试方法，提高测试精度，为冲洪积区的工程建设提供更加可靠的技术支持。

参考文献

[1]季小凯，刁经纬，李冬，等.原位测试技术在水利工程地质勘察中的应用研究[J].珠江水运，2024，（09）：37-39.

[2]孙洪新，左鹏.地震剪切波速度测试在岩土工程勘察中的应用[J].工程机械与维修，2023，（02）：105-107.

[3]彭李晖，夏旭维.基于原位试验的比贯入阻力与不排水抗剪强度相关性研究[J].四川水泥，2022，（11）：74-76.

[4]钟柠远.勘察技术在岩土工程施工中的应用[J].西部探矿工程，2022，34（08）：19-21.

[5]侯向阳，王振军，孙巍，等.标准贯入试验在黄河流域砂土液化地层判别中的应用[J].建筑技术开发，2024，51（07）：65-67.