關(guān)于土工試驗余土管理的探討

雷 玲，劉能兵

(1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊，湖北 武漢 430034；2.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430030)

本文中所說的余土，是指土工試驗中，切取原狀土試樣后剩余的土樣(不包含凍土)。在土工試驗余土的管理工作中，土工實驗室需要考慮余土的保存方式、儲存場所、保留時間以及到期的處理方式等方面，這項管理工作實際操作起來還是比較棘手的，有的實驗室因此浪費資源，徒增了工作量；有的則管理無序，隨意堆放，甚至直接棄之。在此，本文就目前土工試驗余土的管理方法進行分析和探討，希望有助于實驗室對余土的管理。

1 余土管理的要求和目的

土工試驗的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(鐵路、公路、水利以及水利水電等)，都對土工試驗余土的管理提出了要求和規(guī)定(表1)。保存土工試驗余土的目的均是為了樣品復(fù)測或補做試驗之用。在保存方式方面要求基本相同，鐵路規(guī)程和公路規(guī)程要求更詳細、更嚴(yán)格。在保留時間方面除了國標(biāo)要求提交報告后3個月以上外，其余均為1個月后，水利水電規(guī)程還提到了委托單位有特殊要求的情況，在到期處理要求方面國家標(biāo)準(zhǔn)、水電水利都要求考慮環(huán)保處理。

因此，不同的標(biāo)準(zhǔn)對余土的管理要求不盡相同，從實驗室實際操作來看，幾種方式的成本、效果、操作性均有差異。

2 余土管理方法的可行性分析

2.1 余土的保存方式

正常情況下，對于呈可塑狀態(tài)、土質(zhì)均勻的土樣，在土常規(guī)試驗后，剩余的土樣可為直徑約9.5～10cm，高約6cm的圓柱土體。因土樣的軟硬程度和結(jié)構(gòu)上的差異，以及試驗人員制樣的經(jīng)驗不同，余土的尺寸可能會有所偏小，或呈現(xiàn)不規(guī)則形狀。

(1)玻璃瓶保存。

根據(jù)現(xiàn)行的土工試驗國家標(biāo)準(zhǔn)和水電水利規(guī)程，試驗余土應(yīng)保存在適當(dāng)容器內(nèi)。通常在容器的選擇上，實驗室會考慮盡量減少余土的水分散失和結(jié)構(gòu)破壞等因素。有的實驗室用帶蓋的玻璃瓶裝余土，在瓶身上貼土樣標(biāo)簽。這種方式固然對余土保存較好，但僅適合于數(shù)量較少的余土保存。有的實驗室業(yè)務(wù)量較大，需要同時儲存數(shù)千個甚至更多的余土，如果采用此方法，則需要給這數(shù)千個裝有余土的玻璃瓶提供足夠大的儲存場所，且玻璃是易碎材質(zhì)，成本又高，可見用玻璃瓶保存的方法既不經(jīng)濟且操作難度大。

表1 土工試驗標(biāo)準(zhǔn)中余土管理要求

(2)鐵皮筒保存。

按照鐵路和公路規(guī)程則是將余土裝回原土樣筒(或原包裝內(nèi))。在工程地質(zhì)勘察工地現(xiàn)場，技術(shù)人員通常用鐵皮筒密封包裝原狀土樣。鐵皮筒的規(guī)格一般為直徑10cm，高20cm的帶蓋圓筒。因鐵皮筒的成本較高，通?？蛻粢蠡厥胀翗油?，執(zhí)行此規(guī)程存在一定困難。在儲存空間方面，除非實驗室有較多的富余的儲存場所，此保存方法的經(jīng)濟性及操作性均不好。

(3)塑料袋保存。

目前有實驗室用透明塑料袋來保存試驗余土，其方法如下：首先把余土裝入一個袋內(nèi)，扎好，封嚴(yán)，然后在外面再套一個袋，并把余土的樣簽放在兩個塑料袋之間，然后把外面的袋子扎嚴(yán)實，如此就完成了一個土樣的余土包裝；同批次的余土，可以用大的透明塑料袋集中裝起來，在袋子外側(cè)，標(biāo)記上樣品的試驗批號、樣品的起止編號及開樣日期等信息，方便查找；最后，把這些裝著余土的大袋子依次按順序擺放到儲存架子上，并做好保存登記(圖1、圖2)。塑料袋價格便宜，在堆放時空隙小。雖然塑料袋的密封性沒有玻璃瓶和鐵皮筒好，但此方法的實用性和可操作性強。

綜上所述，用固定形狀和容積的密封容器保存余土，可能會出現(xiàn)成本高、儲存場所緊張和難于操作的問題，而用形狀和容積可變且有密封功能的塑料袋來保存，則成本低，操作方便，實用性強。

2.2 余土的保留時間

圖1 塑料袋保存方式

圖2 同批次樣品保存方式

保留余土的目的是為了復(fù)測或補做試驗，復(fù)測或補做的試驗項目與余土的質(zhì)量密切相關(guān)。JGJT87-2012《建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程》[6]在12.0.10條規(guī)定：巖土試樣采取之后至開土試驗之間的貯存時間，不宜超過兩周。GB 50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》(2009版)[7]在9.4節(jié)中規(guī)定，土樣自工地上采取后保存時間不宜超過三周，就應(yīng)進行室內(nèi)土工試驗(對易于振動液化和水分離析的土試樣應(yīng)就近進行試驗)。在此選三周作為土工試驗的一個時間界線，除了保留時間上的要求外，同時還要考慮余土的尺寸和在之前的環(huán)刀切取試樣過程中對土樣的擾動程度。據(jù)此，用余土可復(fù)測或補做的試驗項目見表2。

土樣在制樣過程中受擾動可能導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞，以及余土體積不夠大的原因，原狀土的固結(jié)試驗、強度試驗(直接剪切、三軸壓縮、無側(cè)限抗壓強度等)、滲透試驗、膨脹性試驗(膨脹率、膨脹力)、收縮試驗等項目均不能用余土復(fù)測或補做。根據(jù)表2，可用余土復(fù)測或補做的試驗項目僅為土樣的部分物理性試驗、自由膨脹率以及化學(xué)試驗項目等。

表2 不同時間余土可復(fù)測或補做的項目

在余土的保留時間方面，土工試驗國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)程均要求保留到試驗報告提交后委托方無疑議或無查詢時。在時間長度上，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定報告提交3個月以后，鐵路和公路規(guī)程規(guī)定1個月后，水電水利規(guī)程則可根據(jù)委托方的要求來協(xié)商保留時間。根據(jù)表2，實際可用余土復(fù)測或補做的試驗項目不多，若非工程項目對場地土的膨脹性或化學(xué)性質(zhì)(用于評價場地土對建筑材料的腐蝕性等)有特殊要求，余土保留1個月是較為適宜的。所有余土都保留3個月，對業(yè)務(wù)量大的實驗室來說，需要預(yù)留相當(dāng)大的儲存場所，增加了管理工作方面的難度。

根據(jù)上述分析，綜合考慮巖土工程項目對土樣測試時間的要求、可用余土復(fù)測的項目以及土工試驗標(biāo)準(zhǔn)對余土保留時間的規(guī)定后，實驗室可根據(jù)工程項目的具體情況彈性管理余土的保留時間。

2.3 不同容器、保留時間對余土試驗結(jié)果的影響

根據(jù)表2，復(fù)測含水率和密度時，可能會因保存容器和保留時間的不同而有差異，其他項目則根據(jù)其試驗原理可以得出，在儲存環(huán)境條件正常情況下，保存余土的容器類型和保留時間對這些項目的試驗結(jié)果幾乎沒有影響。復(fù)測余土含水率和密度時，可能會因保存容器和保留時間的不同而有差異，為此做了比對試驗。選擇了三種容器，第一種為兩個透明塑料袋(圖1、圖2)，第二種為鐵皮筒(圖3)，第三種為兩個一次性塑料碗加保鮮膜(圖4)。在保留時間上，根據(jù)實驗室現(xiàn)存余土的狀況和新做試驗的余土情況，選擇保留時長為30天、22天和14天，其中14天的只做了用塑料袋保存的余土復(fù)測試驗。

通過用余土復(fù)測含水率和密度的復(fù)測值與其原試驗值做比對，計算出誤差值(復(fù)測的誤差=復(fù)測值-原試驗值)，依據(jù)GB/T50123-2019《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》5.2和6.2節(jié)中最大允許平行差值的規(guī)定，劃分出了誤差范圍，并計算出各誤差范圍內(nèi)余土數(shù)量所占百分比，以此判斷余土水分散失和結(jié)構(gòu)完整的程度。復(fù)測試驗統(tǒng)計結(jié)果見表3、表4、表5和表6。

圖3 鐵皮筒保存方式

圖4 塑料碗+保鮮膜保存方式

從表4可以看出，保留時間不論是30天還是22天，含水率復(fù)測誤差在±2.0%以內(nèi)時，余土數(shù)所占百分比的情況是：塑料碗＞鐵皮筒＞塑料袋，說明不同容器對余土的保濕效果不同，塑料碗好于鐵皮筒，鐵皮筒又強于塑料袋。在本次復(fù)測試驗中，不同容器保留余土30天，其保濕效果似乎好于保留22天，這可能與土樣本身質(zhì)量有關(guān)。同時從表3可以看到，用塑料袋保留14天的余土復(fù)測，其復(fù)測誤差75%都在最大允許平行差值(±1.0%)內(nèi)，說明用保留兩周內(nèi)的余土復(fù)測含水率，其試驗結(jié)果準(zhǔn)確度相對較高。

根據(jù)表6的統(tǒng)計結(jié)果可以看出，不同的保存容器和不同的保留時間(30天以內(nèi))對余土復(fù)測密度試驗結(jié)果的影響，其差異不是很明顯。實際上密度試驗的復(fù)測結(jié)果與余土的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)較大，主要表現(xiàn)在：余土是密實不易變形還是易受到擾動；是土質(zhì)均勻還是含有較多包含物。

表3 含水率復(fù)測試驗統(tǒng)計(一)

表4 含水率復(fù)測試驗統(tǒng)計(二)

通過對本次復(fù)測試驗結(jié)果的比對分析可以得出，在保存容器方面，類似“塑料碗+保鮮膜”這樣的容器及鐵皮筒，保濕效果較好；在保留時間方面，復(fù)測含水率和密度宜在保留兩周內(nèi)進行，密度試驗還需關(guān)注余土的結(jié)構(gòu)完整性。

2.4 試驗余土的處理方式

關(guān)于到期余土的處理方式，土工試驗國標(biāo)和其他行業(yè)規(guī)程中的要求是一致的，在處理時應(yīng)考慮余土對環(huán)境的污染和相關(guān)的衛(wèi)生要求。一般來說，絕大多數(shù)的土樣是安全無害的，但若隨意露天放置，會影響到周邊的環(huán)境衛(wèi)生。也有某些特殊土樣，如含有毒物質(zhì)的土樣，或取自瘟疫流行區(qū)和農(nóng)業(yè)病蟲害流行區(qū)的土樣，對這些余土的處理是需要專門機構(gòu)來做的。實驗室在管理上要符合環(huán)保要求，應(yīng)與具備相關(guān)資質(zhì)的企業(yè)簽訂協(xié)議，由其代為處理試驗余土。

表5 密度復(fù)測試驗統(tǒng)計(一)

表6 密度復(fù)測試驗統(tǒng)計(二)

3 余土管理的建議

根據(jù)上述余土管理的分析，本文對土工試驗余土的管理工作提出如下建議。

(1)保存方式：土工實驗室需要保存的余土數(shù)量通常較多，在保存容器的選擇上，可以更多地考慮其經(jīng)濟性、易用性。

(2)保留時間：正常情況下，保留至提交試驗報告后1個月；若為一般性質(zhì)工程項目，實驗室可與委托方協(xié)商，將保留時間縮短為二至三周；若為重點工程項目，則可適當(dāng)延長保留時間。

(3)處理方式：隨著環(huán)保的日益嚴(yán)格，實驗室請第三方合格的機構(gòu)代為處理過期余土最為合適，雖然為此需要付出一些成本代價，但消除了破壞環(huán)境衛(wèi)生和造成環(huán)境污染的隱患。

(4)其他建議：信息化的手段在實際工作中也非常重要，參考野外鉆探工作人員的方法(把取出的巖土芯樣拍攝成彩照作為資料保存)，實驗室亦可把余土分批次拍成彩照，保存為電子文件，將來可通過查看留存的照片來獲得樣品某些表觀上的信息。