上海地區巖土工程勘察室內土工試驗問題及處理

黃暉

（上海市地礦工程勘察（集團）有限公司，上海200072）

1 引言

眾所周知，工程勘察工作對于工程建設具有非常重要的意義，一方面，它可以為工程設計提供必要的巖土參數，保證工程安全；另一方面，根據勘察成果，充分利用巖土體自身穩定性及承載力，采取針對性的設計，可以避免工程浪費，使工程具有更好的經濟性。在巖土工程勘察中，具有核心地位的就是巖土物理力學參數，而巖土的物理力學參數，除現場測試及工程經驗外，主要通過室內土工試驗取得。如果土工試驗的成果不能客觀地反映巖土的物理力學性質，則可能對工程的安全性、經濟性造成極大的影響。

勘察工作是巖土工程施工建設和施工設計的核心，巖土工程的施工質量和設計質量受勘察數據的直接影響，而勘察數據靠準確的土工試驗數據支撐。分析土工試驗時，要高度重視試驗過程中的重點注意事項，防止整個工程建設出現原則性的失誤，確保巖土工程的施工質量滿足設計標準。

2 巖土工程勘察概述

隨著國家對建筑質量要求的不斷提高，試驗技術的發展為建筑質量的提高創造了有利條件，為滿足人們日益提高的質量要求奠定了堅實的基礎。巖土工程勘察試驗工作是保證施工質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條件，分析地質環境，對施工區域的地質環境進行專業評價，以便采取正確的施工措施。

近年來，由于建設項目數量的快速增長，勘察工作也越來越多。由于隱藏在項目之外的勘察工作的特點和參與調查的大量新手工程師對勘察工作不到位和不詳細，或者項目完結后系統自動填充內容不準確生成錯誤的勘測報告，給工程設計和施工帶來了巨大影響，不僅會使項目遭受重大經濟損失，而且容易導致安全事故。因此，全面掌握巖土工程勘察工作的內容，明確當前巖土工程勘察和巖土試驗中存在的問題，積極采取相應的處理措施已成為改進巖土工程勘察工作的重中之重。只有這樣，才能真正服務于建設項目的具體要求，為工程建設提供可靠的依據。

3 土工試驗數據不準確的原因分析

3.1 取樣

室內土工試驗的所有土樣都是在室外鉆探得到。影響土樣質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、鉆孔對土樣的擾動以及鉆孔的垂直度、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和緩沖作用的影響，加之土樣自身重力的影響，容易發生脫水與脫節問題。

在取土的過程中，若鉆孔孔底清理不干凈，有些土渣會殘留在里面，這時，若依然按照原狀土樣開展相關試驗工作，會增大測試土樣的壓縮系數，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，直接取樣不符合規范要求。對黏性土進行取樣，會使其力學指標降低；對砂土進行取樣，受超鉆和壓鉆的影響，會使土樣的密度增大、含水率降低、孔隙比偏小、強度指標增大；對淺層的砂土進行取樣，會使黏粒含量偏高，直接影響對場地液化趨勢的判別，對工程設計帶來巨大的不利影響。

使用雙套巖心管取樣器時，必須同時配備同心內管，由頂部用滾軸連于外管。外管轉動時，內管不動，沖洗的液體須流經于內外管間，不可擾動巖芯。若需要對巖芯做試驗，須于內管內置可劈開的薄管。巖芯管內應放置巖芯夾，防止軟弱或破裂易脆的巖心溜出。

3.2 室內試驗

室內試驗環境、儀器設備和人員是否規范操作也會影響土樣的土工試驗結果。目前的儀器設備都是比較精密的電子設備，從客觀的角度分析，試驗儀器的精度、使用環境以及對儀器的操作要求都會影響測試結果，當這些微小的誤差累計后，就會造成最終的試驗數據失真。所以，試驗環境一定要滿足儀器設備對試驗的環境要求。電子設備使用前，必須提前30 min進行預熱，并檢查各傳感器的靈敏度和完好性。試驗結束后，必須清潔儀器，試驗人員裝樣后嚴禁戴著手套進行電子設備的操作，嚴格按照操作步驟進行試驗。

4 提高土工試驗數據準確性應該注意的問題

室內土工試驗都是在制樣基礎上進行，具有代表性的、合格的制樣才能得出后續試驗的準確數據。制樣過程中，應細心觀察土樣的情況，包括顏色、氣味以及土樣是否均勻，有無裂縫等，并且應做好記錄，要做到3個一致：留樣與試樣一致、試樣與定名一致、定名與留樣一致。

采用環刀法時，需注意以下事項：

1）環刀壁與試樣中間不要有縫隙，試樣的試塊要大于環刀，用力要均勻，如果用力不均勻，會產生空隙，導致試驗得出的土樣天然密度偏小；

2）如果與環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齊；

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

使用刮土刀刮土時，刃口和環刀長時間使用會出現磨損問題，使試驗孔隙比和密度偏小，這就會使土樣自身的物理性能指標出現偏差，此時要更換刮土刀或環刀，保證試驗質量達到規范要求。所有的制樣工作要確保小心、仔細，最好不要給土樣帶來擾動，且不宜采用真空飽和法，試驗過程中，盡量使土樣保持原有的狀態。

土的強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、初始應力狀態、應力力度和試驗中的排水條件等因素，所以，準確測定土的強度指標極為困難。目前，直接固結快剪是最常用的測定土樣抗剪強度的試驗方法，通常需要3～4個試樣在不同豎向壓力下進行，第1級垂直壓力宜接近土的自重壓力，第4級垂直壓力宜接近土的自重壓力與附加壓力之和。跳點是試驗報告中最常發生的問題，解決此問題首先要保證3～4個試樣是同一土性，它們之間的密度差＜0.05 g/cm3。然后進行排列，最接近平均密度的2塊試樣分別對應第1和第4級壓力。直剪儀剪切過程中存在試樣有效面積減小，主應力方向改變，剪切面上剪應力分布不均勻以及預定剪切面未必是試樣最弱面等缺點。所以，在平時要對直剪儀用標準砂進行同步性調試，還要及時更換剪切盒底部的透水板[1]。

巖土的熱物性試驗由于受含水率和密度的影響較大，故在測定熱物性參數時，應同時測定其物理性質，在使用平面熱源瞬態法時，試樣必須與室溫保持一致，防止產生溫漂，影響試驗數據。由于目前檢驗檢定機構沒有對于此類儀器的有效校準方法，故對于數據的有效性要有驗證記錄。

5 試驗資料整理

土的物理性質與力學試驗是存在緊密聯系的。土的物理性質直接決定土的力學性質，土的整體強度會伴隨周圍環境改變發生相應的變化，由于土體具有結構性的特點，因此，對外界的干擾十分敏感。在外界壓力作用下土體產生變形現象主要是土粒集合體、水以及孔隙中的空氣相互移動導致的結果。土體在受到外力作用后，其主要的力學性質與土的物質成分以及結構特點等有密切的關系，土在壓縮后的形狀也和土壤的成分以及構造等有一定的相關性。

得出室內土工試驗結果后，即可根據各個數據指標之間的關聯性對檢測結果進行分析，通過查看留樣并結合經驗，將其中與實際不符的數據以及不符合規律的各項參數進行返工或調整，以提高試驗數據的準確率。得出試驗結果后，每層土選取代表土樣，根據反演指標與實測指標對比分析、相互驗證，從而判斷土工試驗數據的可靠性與準確性[2]。

分析和整理所得數據時，要確保試驗數據的實用性和可靠性滿足設計要求。在數據整理過程中，一旦發現存在明顯異常的數據，要立即采取措施予以處理，分析數據異常出現的原因，仔細檢查相關試驗環節，通過補充試驗的方法提升試驗結論的準確性，使存在問題的數據得到及時的更正。

6 室內土工試驗工作建議

6.1 嚴格管理試驗人員

土工試驗室中的所有工作人員都要經過專業的巖土工程專業知識培訓，試驗人員要具有嫻熟的試驗技術操作能力，在上崗前要經過崗前培訓，崗前培訓考試合格的人員持證才能上崗。工作中，要提高試驗人員的業務水平，定期組織試驗人員集中學習最新的技術標準和規范，針對不同的試驗項目開展專項操作培訓，使試驗人員的專業技術水平和操作能力不斷提升[3]。

6.2 土工試驗儀器設備的管理

6.2.1 采購儀器設備

儀器設備對土工試驗數據的準確性由直接影響，因此，土工試驗室應科學配備試驗儀器設備。選擇儀器設備時，要全面考慮儀器設備的使用范圍、測量數據的穩定性和準確性，防止在試驗過程中出現較大的偏差。試驗儀器設備供應商要具有國家規定的資質，還要具有制造計量器具許可證，生產的儀器設備應具備出廠檢驗合格證。新采購的測量儀器設備，要經市場監督管理部門授權的計量檢定部門檢驗合格后方能使用。

6.2.2 維護保養儀器設備

土工儀器的日常維護和保養非常重要，要安排專人管理儀器設備，定期開展儀器設備維護和保養工作，同時做好相關信息的記錄，使儀器設備始終保持良好的運行狀態。要確保測試密度的環刀和測試含水量的鋁盒的質量，定期安排專人檢查環刀的刃口是否出現變形，量筒內徑、液塑限儀及圓錐儀的磨損情況等，所有的檢查結論要詳細登記，為后續工作開展做好充分的準備。

7 結語

巖土工程勘察重要環節之一為土工試驗，土工試驗數據的質量對工程勘察報告有直接影響，因此，整個試驗過程要做到嚴謹，任何一個小的細節問題都會影響試驗結論。所以，巖土工程勘察室內土工試驗人員要嚴格按照國家的有關標準進行各項試驗，提高專業技術水平，及時更新設備，建立完善的實驗室認證制度，從而確保土工試驗結果真實、可靠。