巖土工程勘察土工試驗問題及改善措施探究

何興

（云南省地質礦產勘查開發局中心實驗室，昆明 650000）

1 引言

土工試驗是巖土工程勘察的主體活動，完善土工試驗可提高試驗數據的準確性，提升各類工程建設的施工質量。但受多種因素影響，巖土工程土工試驗中仍存在較多問題，使土工試驗數據不完整、不準確且不具有代表性，對此，相關人員應基于土工試驗流程，全方位地改善巖土工程土工試驗方案，解決試驗活動中的現存問題。

2 工程概述

某巖土工程項目，其勘察內容是對某建筑項目的一期工程進行現場勘察，本次勘測的目的是擬建部分功能性建筑物，地基允許變形0.002 m。具體的建筑物、構筑物主要參數如下：建筑層數6層，建筑總面積1 283 m2，整體結構為混凝土框架結構，基礎形式為樁基，基礎埋設3 m。為使項目順利開工，需要在前期進行巖土工程勘察，并通過土工試驗獲取完整的參考數據以完善施工方案。

3 巖土工程中土工試驗的價值分析

巖土工程是建筑工程建設中的基礎性工作，是通過專業化、規范化的地質勘測、現場勘查技術手段，提前對建筑項目施工范圍內的地質條件、水文環境、巖土工程特點進行勘測，然后根據獲取的數據信息編制巖土工程勘察報告。隨著新時期各類工程項目所處環境的逐漸復雜化，巖土工程勘測不再局限于自然條件的勘測，還需通過土工試驗了解巖土工程性質，獲取更詳細、完整的地質信息[1]。設計人員可基于土工試驗結果優化工程項目施工設計和整體設計，確保工程建設整體質量，因此，土工試驗是巖土工程勘察的關鍵步驟，是編制巖土工程勘察報告的基礎工作，只有保證土工試驗數據的準確性，才能使試驗中的各類指標具有代表性，測定出參考價值更高的土工參數，為相關工程項目提供更科學的數據支持。

4 巖土工程勘察中的常見土工試驗問題

4.1 取樣問題

取樣是巖土工程勘察中土工試驗的重要環節，但通過對以往土工試驗的分析可知，土工試驗取樣時仍存在部分問題：（1）檢測人員在獲取、運輸、存儲試驗樣品時整體操作不規范，導致巖土工程中土工試驗樣品受損，容易出現土樣潮濕、土樣風干的情況，導致送到試驗室的土樣和現場土樣狀態不符。（2）部分采樣現場環境惡劣，或受限于采樣成本控制，部分取樣人員沒按規范取樣，篩選出的樣品數據缺乏代表性，使該數據無法正確反饋出施工現場的土質信息。這些情況都將最終導致土工試驗報告成果和現場土質信息不符。

4.2 含水量測試問題

含水量測試屬于土工試驗中土體常規測試內容，也是整個土工試驗中對后續各項試驗影響最大的一步。由于巖土工程中，土體中含水量的變化會使土體本身的力學性質產生改變，繼而影響各類建設項目的基地穩定性，所以，在工程建設前期，需在巖土工程的土工試驗中測試土體含水量，但在實際測試活動中容易因區域內土層不均而使含水量測試結果不準確，影響土工試驗結果的參考價值[2]。

4.3 試驗設施問題

巖土工程勘察中需要利用各類土工儀器、勘察設備進行實時勘測，設備精度、儀器的整體性能均會影響土工試驗結果。現階段，市場上可用于巖土工程土工試驗的設備儀器不斷增加，功能設計的創新程度持續提高，但在選購土工試驗儀器、設備時，部分人員為節約材料成本選擇一些價格低的儀器設備，或在使用各類設備時忽視了對設備的維護管理、更新工作，從而導致土工試驗因硬件問題而出現較多質量隱患[3]。

4.4 土工試驗重視程度問題

巖土工程實踐中，部分單位的實驗人員缺乏對土木工程的重視，沒有了解到該類試驗的價值，所以，在土工試驗中存在操作不規范、敷衍了事的情況。比如，部分試驗人員在勘測施工現場的環境系數時，會存在隨意使用納涼設施、取暖設備的行為，直接影響了測試結果的真實性；由于人們對土工試驗缺乏重視，選聘的實驗人員專業技能水平不高，無法滿足新時期巖土工程勘察、規范進行土工試驗的具體技術要求。

5 基于巖土工程勘察的土工試驗改善措施

5.1 規范土工試驗取樣制樣

5.1.1 取樣

巖土工程勘察期間，土工試驗的基礎活動在于取樣，只有規范土工試驗取樣流程，才能通過樣品分析反映施工現場的地質信息、環境參數、土質情況，因此，在土工試驗取樣工作中，還應明確巖土工程的取樣要求[4]。（1）合理選擇取土器。取土器是采集土壤樣品的主要工具，其規格大小、功能設計均會影響樣品采集質量，所以，試驗人員應提前分析現場的土質，選擇恰當的取土器。（2）取樣過程中注意嚴格約束試驗人員的鉆探行為，預防土體坍塌、鉆孔縮頸等問題。正式采樣時，應提前將鉆孔清理干凈，并檢查取土器的各項參數，檢查無誤后使用取土器取樣。（3）樣品運輸、采集時外部的沖擊會使樣品受到破壞，影響試驗數據的準確性，因此，運輸樣品時應減少顛簸，靈活使用土樣筒或其他存儲裝置，使樣品保持原樣，并及時密封存儲裝置，貼上標簽，記錄樣品的取樣時間、取樣深度、實際標號等信息。

5.1.2 制樣

制樣過程為：（1）按照土體自然下沉的方向放置采集到的樣品，樣品標簽處應用箭頭標識，試驗人員可使用刀片輕輕割開密封區域，取出樣品，并清理樣品內的雜物，如泥漿、浮土。然后選出樣品中具有代表性質的土體，分析其是否均勻，并記錄土體軟硬程度、結構、顏色等物理學性質。（2）初步描述樣品后，對比分析所采集的樣品數據，計算平均值，總結可用于工程建設的巖土工程勘察值。（3）記錄樣品顏色、名稱、含水率、結構、內含雜物等信息時，還應用實驗標簽標明土樣筒內的取土位置，且選取的土樣應能夠反映該類土質的實際情況。比如，打開土樣筒時，應觀察、分析土質狀態，若試驗顯示土質是流塑狀態，但標簽上的描述與實際不符時，試驗人員需要再次復核樣品的含水率指標，及時糾正樣品描述信息；必要時，試驗人員應重新取樣、制樣品，反復測試土質，分析其狀態，更可靠地記錄試驗結果。

5.2 優化含水量測試方法

土工試驗中含水量測試尤為重要，試驗人員應根據施工現場內不同土質的分布情況逐一測試土體內的含水量，準確匯總巖土工程勘察信息。試驗人員應先結合相關資料、現場基礎勘測整理土質信息，分析巖土工程施工現場的土層結構，然后獲取土樣，進行含水率測試。在此期間，試驗人員可豎向、橫向切取部分樣品，清晰地記錄土層分布情況，為土層內的含水量測試工作提供參考信息；測試淤泥質土體的含水量時，需提前將樣品放入烘箱內，烘箱內部溫度不超過60℃，烘干至樣品恒重，烘干過程中要觀察樣品內水分子的分解情況，計算土體的含水量；在含水量測試過程中，試驗人員應注意土體含水量測試的誤差，嚴格控制測試過程中的烘箱溫度，以此確保土工試驗中含水量測試結果的可靠性。

5.3 定期更換維護試驗設施

為減少設備對巖土工程勘察中土工試驗結果的不利影響，相關單位還應定期更換、維護試驗設施，包括土工試驗儀器、測試設備、試驗設備等。（1）結合土工試驗需求，科學、合理地選擇設備儀器，保證其規格、功能參數與土工試驗的匹配度。（2）為延長設備使用期限，還應定期地組織專業人員維修、保養土工試驗設施、設備。相關單位可編制試驗設備維修養護制度促使人員重視各類設施、儀器的保養與維修工作，加強對各類試驗設備的管理，并詳細記錄試驗設備的保養次數、維修方案、維修次數、更換頻率等。（3）隨著社會經濟水平的提升，各類巖土工程勘察相關的土工試驗儀器增多，且可用設備的功能逐漸增多，因此，為提升土工試驗結果的準確度，還應引進各類先進的儀器設備，如便攜式十字板剪切儀、微型十字板剪切儀、便攜式背包巖石取芯機、土樣真空飽和裝置、實驗室磁力攪拌器等，從而用更先進的實驗儀器優化土工試驗方案，測試出更可靠的試驗數據。

5.4 推進試驗人員管理培訓

試驗人員作為巖土工程勘察中土工試驗的主體，其基本認知、專業能力、綜合素質均會影響土工試驗結果，所以，為加強巖土工程勘察的質量管理，還應推進土工試驗人員管理培訓：（1）深入分析巖土工程土工試驗內容、試驗步驟總結試驗活動所需的專業能力，然后對現有的試驗人員展開專業培訓，使其學習土工試驗技能、專業知識，熟練地使用各類試驗儀器。（2）用系統的培訓活動使試驗人員理解土工試驗中含水率、土體測試方法的基本原理，掌握各種先進的試驗方法、取樣方法，規范約束自身行為意識，同時正確認識土工試驗的重要性，了解該試驗活動對巖土工程勘察的具體作用。（3）加強試驗人員職業道德教育，使其用負責任的態度對待土工試驗中的各項工作，有序地按照相關規定完成試驗任務。

5.5 科學分析土質抗剪強度

土質抗剪強度是土工試驗的核心指標之一。巖土工程勘察中，相關人員可利用土工試驗中的剪切試驗檢測現場內土體的抗剪強度，分析各類土質抵抗破壞的能力，幫助相關人員更為科學地評價工程地基的穩定性，估算其承載力。

剪切試驗中，土體、土質的抗剪強度多由內摩擦角φ、黏聚力c計算得到，具體試驗原理是1776年提出的“庫侖定律”，其中，普通砂土抗剪強度的計算公式為：τf=σtanφ，黏性土抗剪強度的計算公式為：τf=σtanφ+c（σ為土體剪切滑動面上的法向總應力）。但實際剪切試驗中，理論值與實驗結果中的測試值會有明顯的差異，比如，根據實驗理論，砂土中的c值應為0時，實際測量值會大于0，由此可見，測試土質抗剪強度時，對于黏土土質來說，其c值不能更可靠地反映其黏聚力。c值、φ值屬于剪切試驗中抗剪強度指標的一部分，實驗過程中土層結構、物質成分、取樣時的垂直壓力、剪切速率均會影響土體的抗剪強度。

因此，在巖土工程勘察中，剪切試驗活動還應綜合分析土體力學指標，完整地進行土工試驗。具體來說，土體的壓縮模量同樣關系著土體的抗剪強度：土質壓縮性高，其壓縮模量則會明顯減少，代表土體抗剪強度小，所以，在土工試驗中分析土體抗剪強度時，可根據二者之間的作用關系、基本規律，判斷剪切實驗中抗剪強度估算的可靠性。此外，土體的含水量指標與土體抗剪強度息息相關，含水率越大的土體，其抗剪強度會明顯減小，反之，土體中天然含水率越小，土體抗剪強度、穩定性越高。

6 結語

綜上所述，巖土工程勘察是我國各類工程建設的基礎工作，能夠為工程建設提供完整的參考數據，使其能夠針對性地修正施工方案。土工試驗作為巖土工程勘察信息的主要來源，其試驗結果的準確性關系著巖土工程勘察的整體質量，因此，還應進一步規范土工試驗流程，設置標準化的取樣、設備采買、人才培養程序，從而用更可靠、真實的土工試驗數據夯實各類工程建設的數據基礎，實現安全建設、高質量竣工的基本目標。