上海地區(qū)巖土工程勘察室內(nèi)土工試驗(yàn)問(wèn)題及處理

黃暉

（上海市地礦工程勘察（集團(tuán)）有限公司，上海200072）

1 引言

眾所周知，工程勘察工作對(duì)于工程建設(shè)具有非常重要的意義，一方面，它可以為工程設(shè)計(jì)提供必要的巖土參數(shù)，保證工程安全；另一方面，根據(jù)勘察成果，充分利用巖土體自身穩(wěn)定性及承載力，采取針對(duì)性的設(shè)計(jì)，可以避免工程浪費(fèi)，使工程具有更好的經(jīng)濟(jì)性。在巖土工程勘察中，具有核心地位的就是巖土物理力學(xué)參數(shù)，而巖土的物理力學(xué)參數(shù)，除現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及工程經(jīng)驗(yàn)外，主要通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)取得。如果土工試驗(yàn)的成果不能客觀地反映巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，則可能對(duì)工程的安全性、經(jīng)濟(jì)性造成極大的影響。

勘察工作是巖土工程施工建設(shè)和施工設(shè)計(jì)的核心，巖土工程的施工質(zhì)量和設(shè)計(jì)質(zhì)量受勘察數(shù)據(jù)的直接影響，而勘察數(shù)據(jù)靠準(zhǔn)確的土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。分析土工試驗(yàn)時(shí)，要高度重視試驗(yàn)過(guò)程中的重點(diǎn)注意事項(xiàng)，防止整個(gè)工程建設(shè)出現(xiàn)原則性的失誤，確保巖土工程的施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2 巖土工程勘察概述

隨著國(guó)家對(duì)建筑質(zhì)量要求的不斷提高，試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展為建筑質(zhì)量的提高創(chuàng)造了有利條件，為滿足人們?nèi)找嫣岣叩馁|(zhì)量要求奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。巖土工程勘察試驗(yàn)工作是保證施工質(zhì)量的有效途徑和重要手段。巖土工程勘察的目的是確定地質(zhì)條件，分析地質(zhì)環(huán)境，對(duì)施工區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行專業(yè)評(píng)價(jià)，以便采取正確的施工措施。

近年來(lái)，由于建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量的快速增長(zhǎng)，勘察工作也越來(lái)越多。由于隱藏在項(xiàng)目之外的勘察工作的特點(diǎn)和參與調(diào)查的大量新手工程師對(duì)勘察工作不到位和不詳細(xì)，或者項(xiàng)目完結(jié)后系統(tǒng)自動(dòng)填充內(nèi)容不準(zhǔn)確生成錯(cuò)誤的勘測(cè)報(bào)告，給工程設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了巨大影響，不僅會(huì)使項(xiàng)目遭受重大經(jīng)濟(jì)損失，而且容易導(dǎo)致安全事故。因此，全面掌握巖土工程勘察工作的內(nèi)容，明確當(dāng)前巖土工程勘察和巖土試驗(yàn)中存在的問(wèn)題，積極采取相應(yīng)的處理措施已成為改進(jìn)巖土工程勘察工作的重中之重。只有這樣，才能真正服務(wù)于建設(shè)項(xiàng)目的具體要求，為工程建設(shè)提供可靠的依據(jù)。

3 土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的原因分析

3.1 取樣

室內(nèi)土工試驗(yàn)的所有土樣都是在室外鉆探得到。影響土樣質(zhì)量的因素主要包括取樣器切入巖土層的速度、鉆孔孔底的清潔度、鉆孔對(duì)土樣的擾動(dòng)以及鉆孔的垂直度、取土器類型等。例如，在取出土樣以前，由于受到鉆具提拉停頓的振動(dòng)和緩沖作用的影響，加之土樣自身重力的影響，容易發(fā)生脫水與脫節(jié)問(wèn)題。

在取土的過(guò)程中，若鉆孔孔底清理不干凈，有些土渣會(huì)殘留在里面，這時(shí)，若依然按照原狀土樣開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)工作，會(huì)增大測(cè)試土樣的壓縮系數(shù)，使土樣的壓縮模量偏小。由于單套巖心管取樣器為中空套管，上接鉆桿，直接取樣不符合規(guī)范要求。對(duì)黏性土進(jìn)行取樣，會(huì)使其力學(xué)指標(biāo)降低；對(duì)砂土進(jìn)行取樣，受超鉆和壓鉆的影響，會(huì)使土樣的密度增大、含水率降低、孔隙比偏小、強(qiáng)度指標(biāo)增大；對(duì)淺層的砂土進(jìn)行取樣，會(huì)使黏粒含量偏高，直接影響對(duì)場(chǎng)地液化趨勢(shì)的判別，對(duì)工程設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大的不利影響。

使用雙套巖心管取樣器時(shí)，必須同時(shí)配備同心內(nèi)管，由頂部用滾軸連于外管。外管轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)管不動(dòng)，沖洗的液體須流經(jīng)于內(nèi)外管間，不可擾動(dòng)巖芯。若需要對(duì)巖芯做試驗(yàn)，須于內(nèi)管內(nèi)置可劈開(kāi)的薄管。巖芯管內(nèi)應(yīng)放置巖芯夾，防止軟弱或破裂易脆的巖心溜出。

3.2 室內(nèi)試驗(yàn)

室內(nèi)試驗(yàn)環(huán)境、儀器設(shè)備和人員是否規(guī)范操作也會(huì)影響土樣的土工試驗(yàn)結(jié)果。目前的儀器設(shè)備都是比較精密的電子設(shè)備，從客觀的角度分析，試驗(yàn)儀器的精度、使用環(huán)境以及對(duì)儀器的操作要求都會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，當(dāng)這些微小的誤差累計(jì)后，就會(huì)造成最終的試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真。所以，試驗(yàn)環(huán)境一定要滿足儀器設(shè)備對(duì)試驗(yàn)的環(huán)境要求。電子設(shè)備使用前，必須提前30 min進(jìn)行預(yù)熱，并檢查各傳感器的靈敏度和完好性。試驗(yàn)結(jié)束后，必須清潔儀器，試驗(yàn)人員裝樣后嚴(yán)禁戴著手套進(jìn)行電子設(shè)備的操作，嚴(yán)格按照操作步驟進(jìn)行試驗(yàn)。

4 提高土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性應(yīng)該注意的問(wèn)題

室內(nèi)土工試驗(yàn)都是在制樣基礎(chǔ)上進(jìn)行，具有代表性的、合格的制樣才能得出后續(xù)試驗(yàn)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。制樣過(guò)程中，應(yīng)細(xì)心觀察土樣的情況，包括顏色、氣味以及土樣是否均勻，有無(wú)裂縫等，并且應(yīng)做好記錄，要做到3個(gè)一致：留樣與試樣一致、試樣與定名一致、定名與留樣一致。

采用環(huán)刀法時(shí)，需注意以下事項(xiàng)：

1）環(huán)刀壁與試樣中間不要有縫隙，試樣的試塊要大于環(huán)刀，用力要均勻，如果用力不均勻，會(huì)產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致試驗(yàn)得出的土樣天然密度偏小；

2）如果與環(huán)刀接近的試樣試塊中包含大粒徑的顆粒，需要將其剔除后將原狀土補(bǔ)齊；

3）高靈敏度等易于發(fā)生觸變的土樣，不能多次刮削表面，需要使用刃口平整的切土刀施工。

使用刮土刀刮土?xí)r，刃口和環(huán)刀長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)出現(xiàn)磨損問(wèn)題，使試驗(yàn)孔隙比和密度偏小，這就會(huì)使土樣自身的物理性能指標(biāo)出現(xiàn)偏差，此時(shí)要更換刮土刀或環(huán)刀，保證試驗(yàn)質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求。所有的制樣工作要確保小心、仔細(xì)，最好不要給土樣帶來(lái)擾動(dòng)，且不宜采用真空飽和法，試驗(yàn)過(guò)程中，盡量使土樣保持原有的狀態(tài)。

土的強(qiáng)度不僅取決于土的種類，而且在更大程度上取決于土的密度、含水率、初始應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力力度和試驗(yàn)中的排水條件等因素，所以，準(zhǔn)確測(cè)定土的強(qiáng)度指標(biāo)極為困難。目前，直接固結(jié)快剪是最常用的測(cè)定土樣抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，通常需要3～4個(gè)試樣在不同豎向壓力下進(jìn)行，第1級(jí)垂直壓力宜接近土的自重壓力，第4級(jí)垂直壓力宜接近土的自重壓力與附加壓力之和。跳點(diǎn)是試驗(yàn)報(bào)告中最常發(fā)生的問(wèn)題，解決此問(wèn)題首先要保證3～4個(gè)試樣是同一土性，它們之間的密度差＜0.05 g/cm3。然后進(jìn)行排列，最接近平均密度的2塊試樣分別對(duì)應(yīng)第1和第4級(jí)壓力。直剪儀剪切過(guò)程中存在試樣有效面積減小，主應(yīng)力方向改變，剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻以及預(yù)定剪切面未必是試樣最弱面等缺點(diǎn)。所以，在平時(shí)要對(duì)直剪儀用標(biāo)準(zhǔn)砂進(jìn)行同步性調(diào)試，還要及時(shí)更換剪切盒底部的透水板[1]。

巖土的熱物性試驗(yàn)由于受含水率和密度的影響較大，故在測(cè)定熱物性參數(shù)時(shí)，應(yīng)同時(shí)測(cè)定其物理性質(zhì)，在使用平面熱源瞬態(tài)法時(shí)，試樣必須與室溫保持一致，防止產(chǎn)生溫漂，影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于目前檢驗(yàn)檢定機(jī)構(gòu)沒(méi)有對(duì)于此類儀器的有效校準(zhǔn)方法，故對(duì)于數(shù)據(jù)的有效性要有驗(yàn)證記錄。

5 試驗(yàn)資料整理

土的物理性質(zhì)與力學(xué)試驗(yàn)是存在緊密聯(lián)系的。土的物理性質(zhì)直接決定土的力學(xué)性質(zhì)，土的整體強(qiáng)度會(huì)伴隨周?chē)h(huán)境改變發(fā)生相應(yīng)的變化，由于土體具有結(jié)構(gòu)性的特點(diǎn)，因此，對(duì)外界的干擾十分敏感。在外界壓力作用下土體產(chǎn)生變形現(xiàn)象主要是土粒集合體、水以及孔隙中的空氣相互移動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)果。土體在受到外力作用后，其主要的力學(xué)性質(zhì)與土的物質(zhì)成分以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等有密切的關(guān)系，土在壓縮后的形狀也和土壤的成分以及構(gòu)造等有一定的相關(guān)性。

得出室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果后，即可根據(jù)各個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，通過(guò)查看留樣并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，將其中與實(shí)際不符的數(shù)據(jù)以及不符合規(guī)律的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行返工或調(diào)整，以提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率。得出試驗(yàn)結(jié)果后，每層土選取代表土樣，根據(jù)反演指標(biāo)與實(shí)測(cè)指標(biāo)對(duì)比分析、相互驗(yàn)證，從而判斷土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性[2]。

分析和整理所得數(shù)據(jù)時(shí)，要確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)用性和可靠性滿足設(shè)計(jì)要求。在數(shù)據(jù)整理過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)存在明顯異常的數(shù)據(jù)，要立即采取措施予以處理，分析數(shù)據(jù)異常出現(xiàn)的原因，仔細(xì)檢查相關(guān)試驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過(guò)補(bǔ)充試驗(yàn)的方法提升試驗(yàn)結(jié)論的準(zhǔn)確性，使存在問(wèn)題的數(shù)據(jù)得到及時(shí)的更正。

6 室內(nèi)土工試驗(yàn)工作建議

6.1 嚴(yán)格管理試驗(yàn)人員

土工試驗(yàn)室中的所有工作人員都要經(jīng)過(guò)專業(yè)的巖土工程專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，試驗(yàn)人員要具有嫻熟的試驗(yàn)技術(shù)操作能力，在上崗前要經(jīng)過(guò)崗前培訓(xùn)，崗前培訓(xùn)考試合格的人員持證才能上崗。工作中，要提高試驗(yàn)人員的業(yè)務(wù)水平，定期組織試驗(yàn)人員集中學(xué)習(xí)最新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，針對(duì)不同的試驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)展專項(xiàng)操作培訓(xùn)，使試驗(yàn)人員的專業(yè)技術(shù)水平和操作能力不斷提升[3]。

6.2 土工試驗(yàn)儀器設(shè)備的管理

6.2.1 采購(gòu)儀器設(shè)備

儀器設(shè)備對(duì)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性由直接影響，因此，土工試驗(yàn)室應(yīng)科學(xué)配備試驗(yàn)儀器設(shè)備。選擇儀器設(shè)備時(shí)，要全面考慮儀器設(shè)備的使用范圍、測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，防止在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)較大的偏差。試驗(yàn)儀器設(shè)備供應(yīng)商要具有國(guó)家規(guī)定的資質(zhì)，還要具有制造計(jì)量器具許可證，生產(chǎn)的儀器設(shè)備應(yīng)具備出廠檢驗(yàn)合格證。新采購(gòu)的測(cè)量?jī)x器設(shè)備，要經(jīng)市場(chǎng)監(jiān)督管理部門(mén)授權(quán)的計(jì)量檢定部門(mén)檢驗(yàn)合格后方能使用。

6.2.2 維護(hù)保養(yǎng)儀器設(shè)備

土工儀器的日常維護(hù)和保養(yǎng)非常重要，要安排專人管理儀器設(shè)備，定期開(kāi)展儀器設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)工作，同時(shí)做好相關(guān)信息的記錄，使儀器設(shè)備始終保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。要確保測(cè)試密度的環(huán)刀和測(cè)試含水量的鋁盒的質(zhì)量，定期安排專人檢查環(huán)刀的刃口是否出現(xiàn)變形，量筒內(nèi)徑、液塑限儀及圓錐儀的磨損情況等，所有的檢查結(jié)論要詳細(xì)登記，為后續(xù)工作開(kāi)展做好充分的準(zhǔn)備。

7 結(jié)語(yǔ)

巖土工程勘察重要環(huán)節(jié)之一為土工試驗(yàn)，土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量對(duì)工程勘察報(bào)告有直接影響，因此，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程要做到嚴(yán)謹(jǐn)，任何一個(gè)小的細(xì)節(jié)問(wèn)題都會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)論。所以，巖土工程勘察室內(nèi)土工試驗(yàn)人員要嚴(yán)格按照國(guó)家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，提高專業(yè)技術(shù)水平，及時(shí)更新設(shè)備，建立完善的實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證制度，從而確保土工試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)、可靠。