土工試驗中各單項試驗注意要點及優化對策

陳惠格 （閩南地質大隊，福建 漳州 363000）

1 引言

社會經濟的快速發展推動了各個領域的提升，建筑領域就是其中之一。影響建筑質量的因素較多，土工試驗就是其中之一，需要確保測試方法以及工藝滿足國家標準規定。土工試驗是最為重要的巖土工程勘察內容，如果土工試驗準確性較低，會造成巖土工程勘察質量較差，直接影響建筑工程質量。所以需要對土工試驗中各個單項試驗給予足夠重視，加強其要點的分析，通過優化措施提升試驗的準確性，這對于進一步推動建筑工程發展具有非常現實的意義。

2 土工試驗中各單項試驗要點分析

2.1 試驗土樣選擇以及制備

土工試驗中最基礎的部分就是試驗土樣的選擇，要確保所選土樣具有代表性，可以體現出土層所具有的物理力學特性。在土樣選擇以及制備時一定要特別注意如下幾方面：

第一，在通過環刀削試塊時一定要確保垂直用力的均勻性，要確保試驗土樣和環刀內壁的緊密性。若是發生角度的傾斜就容易產生間隙，會影響到土樣的天然密度指標（會有所降低），影響到結果的準確性；

第二，若是環刀內側土樣中存在雜質（例如砂粒、雜草等），一定要避免將其一同削掉或者按壓到土樣內部中去，正確的做法是將雜質清理干凈，并在凹陷位置填補有效土樣；

第三，要最大程度地降低對土樣的擾動，尤其是對于較為敏感的土樣來說更是要減少刮削的次數，防止土樣發生變化。

2.2 土樣含水量試驗

所謂的土樣含水量主要就是指將土樣烘到恒量情況時所失去的水質量和達到恒量后干土質量之間的比值。含水量是最為基礎也是最為重要的土樣指標，也是其他相應指標（例如土樣干密度、孔隙、飽和度等）計算的基礎。從目前來看，雖然測定土樣含水量的方法較多，但是具有較高精度且方法簡單的方法較少，烘干法是目前應用最多的方法之一，更多應用在粘性土、有機質土、砂性土等方面的測試。雖然含水量的試驗相對簡單，但也具有較高的質量要求，因為試驗結果貫穿在整個土樣試驗過程當中，因此需要嚴格控制含水量試驗。需要勘察人員嚴格控制取樣、運輸、保存的各個環節，要選取典型土樣進行有效封存，可以利用兩個及以上同時運行的平行試驗方式來進行試驗，之后取試驗結果平均值作為含水量指標。

2.3 土樣密度試驗

密度是土樣最為重要的物理學指標之一，在土樣密度指標基礎上能夠得到土樣干密度、孔隙比等相應指標。對于建筑工程來說，通過土樣密度能夠計算出土層壓力、地基壓縮沉降指數、土地穩定性能等等。土樣密度試驗時需要特別注意的內容包括：

第一，土樣密度試驗需要在取樣之后立即實施，避免因為試驗延遲而發生結果偏差問題；

第二，確保所用環刀刀口的平整性以及鋒利性，如果刮刀上存在裂紋或者不平整的問題都會直接影響密度測試結果，會造成土樣密度、飽和度的增加以及孔隙比的下降。雖然影響到土樣密度的因素較多，但是只要在取樣時給予充分關注，降低人為破壞就可以獲得準確率較高的土樣密度。

2.4 土樣顆粒分析試驗

可以通過表1所示的方法進行土樣顆粒試驗。

表1 土樣顆粒大小及級配方法

可以通過孔徑有所差異的標準篩對土樣進行分離，按照粒徑的不同進行分組，之后稱量計算得到各粒組的相對含量，從而明確土樣中的粒度成分，以便為工程建設選料提供參考依據。土樣篩分試驗過程中要特別關注如下幾方面問題。

第一，確保所選樣品的典型性，要能夠代表整個土樣情況；

第二，可以通過四分法實施分料；

第三，試驗時一定要特別關注質量損失情況，各細篩上及底盤內土質量總和與篩前所取2mm篩下試樣質量之差不得大于1%；各粗篩上及2mm篩下的土質量總和與試樣質量之差不得大于1%。

2.5 土樣的固結試驗

此試驗的目的在于測定土樣軸向排水和側限情況下變形情況和壓力值，并且也可以確定土樣相關參數的關系，例如土樣變形情況和時間的關系、土樣孔隙比和壓力的關系，以便計算土的壓縮系數、壓縮指數、回彈指數，壓縮模量、固結系數及原狀土的先期固結壓力等。在進行土樣固結試驗時，為了保證所得壓縮指標的可靠性，先要確保土樣得到有效保存。要對土樣受到的擾動進行仔細觀察，防止刮削時造成土樣擠壓。若是在開土過程中所測得的液性指數比較大，并且具有較大的壓縮模量，那么就表明試驗存在失誤或者讀數問題。除此之外，也可能是由于試驗設備長期運行導致較大變形所造成的。若是在開土過程中所測土樣較硬，并且具有較小的壓縮模量，那么表明土樣存在一定擾動或者浸水的問題。

2.6 土樣的直接剪切試驗

此試驗的注意要點主要包括：

第一，試驗中盡可能采用性質較為均勻、軟硬程度相似的土樣來進行。若是發生樣品不均勻的問題，那么先要根據軟硬程度實施土樣分類并排序；

第二，若是按照軟軟-硬硬的方式實施剪切試驗，那么會造成土樣內摩擦角數值偏大的問題，所以需要采取較低的載荷順序進行加壓試驗，要對剪切過程時間長短進行有效控制（30s之內），從而有效提升試驗結果的準確性。

3 提升土工試驗準確性的相應對策

3.1 加強土樣制備過程中的有效控制

在土樣開樣前要進行仔細的記錄，特別是要仔細觀察土樣的顏色情況。另外，最主要的是要對土樣結構性質、狀態和成分實施有效測定。在開樣之前需要對土樣物理學性質以及相關指標進行預先評估，在開樣時以此為參照選出具有代表性的土體。可以通過環刀實施取樣，取樣時要確保垂直用力的均勻性，最大程度上降低人為因素引發的土樣孔隙率較大問題，并且要盡快完成取樣。取樣時盡可能貼近環刀部分，從而降低水分流失，提升土樣含水量計算結果準確性。

3.2 提升試驗所用儀器設備的準確性

土工試驗中需要用到相應的試驗儀器設備，想要提升土工試驗準確性，提升試驗所用儀器設備的準確性是必不可少的條件。先進的儀器設備能夠提升試驗的準確性，所以要投入相應的資金購買先進的儀器設備，包括三軸儀、非飽和土試驗儀器、巖石流變儀等等。要對試驗所用儀器設備實施定期維護保養，對于特殊設備（例如天平、百分表等）要定期進行標定，確保其滿足國家鑒定標準。另外，在刮土刀應用一定時間后要對其進行及時更新，避免因為存在裂痕以及缺口對試驗結果造成影響。同時也要定期檢查環刀刀口的平整性以及銹蝕性等問題，有必要的情況下對其進行更換。

3.3 增強試驗人員的教育培訓

土工試驗過程中需要定期進行試驗人員的教育培訓，可以通過外聘專家的方式實施現場教學，從而更形象的掌握試驗要點以及難點。另外，也可以實施室內人員的交流學習，委派專業能力較強的人員進行授課，同時現場進行試驗，明確試驗的難點以及關鍵點，共同分析試驗結果，明確是否存在偏差以及原因所在。改進之后再次進行試驗，直到試驗結果在允許偏差范圍內。

4 土工試驗案例成果分析

福建某公路路基工程施工，整條公路長度約113.5km，公路所在區域內包括碎石土、砂土等等，對于此公路路基實施土工試驗分析。本次試驗在試驗區內部取原狀土試驗實施物理力學性質試驗，所涉及到的試驗內容主要包括：顆粒特性指標顆粒組成、含水量試驗、密度以及比重的測定、土層滲透性指標滲透系數、土層變形特性、固結系數、抗剪強度指標直剪試驗、三軸剪切試驗等等。所得試驗部分結果如表2所示。

表2 土工試驗分析結果

所得各項參數都符合工程建設可行性論證要求，為公路工程的進一步安全性開發提供了定量依據。

5 結語

總的來說，土工試驗是建筑設計施工過程中的重要保障，所以需要分析土工試驗中各單項試驗的關鍵點，采取相應對策提升土工試驗的準確性，從而提升土工試驗的準確性，為建筑行業的發展做出貢獻。