巖土工程勘察土工試驗(yàn)問題及改善措施探究

何興

（云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局中心實(shí)驗(yàn)室，昆明 650000）

1 引言

土工試驗(yàn)是巖土工程勘察的主體活動，完善土工試驗(yàn)可提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提升各類工程建設(shè)的施工質(zhì)量。但受多種因素影響，巖土工程土工試驗(yàn)中仍存在較多問題，使土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)不完整、不準(zhǔn)確且不具有代表性，對此，相關(guān)人員應(yīng)基于土工試驗(yàn)流程，全方位地改善巖土工程土工試驗(yàn)方案，解決試驗(yàn)活動中的現(xiàn)存問題。

2 工程概述

某巖土工程項(xiàng)目，其勘察內(nèi)容是對某建筑項(xiàng)目的一期工程進(jìn)行現(xiàn)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(gòu)筑物主要參數(shù)如下：建筑層數(shù)6層，建筑總面積1 283 m2，整體結(jié)構(gòu)為混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為樁基，基礎(chǔ)埋設(shè)3 m。為使項(xiàng)目順利開工，需要在前期進(jìn)行巖土工程勘察，并通過土工試驗(yàn)獲取完整的參考數(shù)據(jù)以完善施工方案。

3 巖土工程中土工試驗(yàn)的價值分析

巖土工程是建筑工程建設(shè)中的基礎(chǔ)性工作，是通過專業(yè)化、規(guī)范化的地質(zhì)勘測、現(xiàn)場勘查技術(shù)手段，提前對建筑項(xiàng)目施工范圍內(nèi)的地質(zhì)條件、水文環(huán)境、巖土工程特點(diǎn)進(jìn)行勘測，然后根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)信息編制巖土工程勘察報告。隨著新時期各類工程項(xiàng)目所處環(huán)境的逐漸復(fù)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(yàn)了解巖土工程性質(zhì)，獲取更詳細(xì)、完整的地質(zhì)信息[1]。設(shè)計人員可基于土工試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化工程項(xiàng)目施工設(shè)計和整體設(shè)計，確保工程建設(shè)整體質(zhì)量，因此，土工試驗(yàn)是巖土工程勘察的關(guān)鍵步驟，是編制巖土工程勘察報告的基礎(chǔ)工作，只有保證土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，才能使試驗(yàn)中的各類指標(biāo)具有代表性，測定出參考價值更高的土工參數(shù)，為相關(guān)工程項(xiàng)目提供更科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

4 巖土工程勘察中的常見土工試驗(yàn)問題

4.1 取樣問題

取樣是巖土工程勘察中土工試驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)，但通過對以往土工試驗(yàn)的分析可知，土工試驗(yàn)取樣時仍存在部分問題：（1）檢測人員在獲取、運(yùn)輸、存儲試驗(yàn)樣品時整體操作不規(guī)范，導(dǎo)致巖土工程中土工試驗(yàn)樣品受損，容易出現(xiàn)土樣潮濕、土樣風(fēng)干的情況，導(dǎo)致送到試驗(yàn)室的土樣和現(xiàn)場土樣狀態(tài)不符。（2）部分采樣現(xiàn)場環(huán)境惡劣，或受限于采樣成本控制，部分取樣人員沒按規(guī)范取樣，篩選出的樣品數(shù)據(jù)缺乏代表性，使該數(shù)據(jù)無法正確反饋出施工現(xiàn)場的土質(zhì)信息。這些情況都將最終導(dǎo)致土工試驗(yàn)報告成果和現(xiàn)場土質(zhì)信息不符。

4.2 含水量測試問題

含水量測試屬于土工試驗(yàn)中土體常規(guī)測試內(nèi)容，也是整個土工試驗(yàn)中對后續(xù)各項(xiàng)試驗(yàn)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(xué)性質(zhì)產(chǎn)生改變，繼而影響各類建設(shè)項(xiàng)目的基地穩(wěn)定性，所以，在工程建設(shè)前期，需在巖土工程的土工試驗(yàn)中測試土體含水量，但在實(shí)際測試活動中容易因區(qū)域內(nèi)土層不均而使含水量測試結(jié)果不準(zhǔn)確，影響土工試驗(yàn)結(jié)果的參考價值[2]。

4.3 試驗(yàn)設(shè)施問題

巖土工程勘察中需要利用各類土工儀器、勘察設(shè)備進(jìn)行實(shí)時勘測，設(shè)備精度、儀器的整體性能均會影響土工試驗(yàn)結(jié)果?，F(xiàn)階段，市場上可用于巖土工程土工試驗(yàn)的設(shè)備儀器不斷增加，功能設(shè)計的創(chuàng)新程度持續(xù)提高，但在選購?fù)凉ぴ囼?yàn)儀器、設(shè)備時，部分人員為節(jié)約材料成本選擇一些價格低的儀器設(shè)備，或在使用各類設(shè)備時忽視了對設(shè)備的維護(hù)管理、更新工作，從而導(dǎo)致土工試驗(yàn)因硬件問題而出現(xiàn)較多質(zhì)量隱患[3]。

4.4 土工試驗(yàn)重視程度問題

巖土工程實(shí)踐中，部分單位的實(shí)驗(yàn)人員缺乏對土木工程的重視，沒有了解到該類試驗(yàn)的價值，所以，在土工試驗(yàn)中存在操作不規(guī)范、敷衍了事的情況。比如，部分試驗(yàn)人員在勘測施工現(xiàn)場的環(huán)境系數(shù)時，會存在隨意使用納涼設(shè)施、取暖設(shè)備的行為，直接影響了測試結(jié)果的真實(shí)性；由于人們對土工試驗(yàn)缺乏重視，選聘的實(shí)驗(yàn)人員專業(yè)技能水平不高，無法滿足新時期巖土工程勘察、規(guī)范進(jìn)行土工試驗(yàn)的具體技術(shù)要求。

5 基于巖土工程勘察的土工試驗(yàn)改善措施

5.1 規(guī)范土工試驗(yàn)取樣制樣

5.1.1 取樣

巖土工程勘察期間，土工試驗(yàn)的基礎(chǔ)活動在于取樣，只有規(guī)范土工試驗(yàn)取樣流程，才能通過樣品分析反映施工現(xiàn)場的地質(zhì)信息、環(huán)境參數(shù)、土質(zhì)情況，因此，在土工試驗(yàn)取樣工作中，還應(yīng)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(guī)格大小、功能設(shè)計均會影響樣品采集質(zhì)量，所以，試驗(yàn)人員應(yīng)提前分析現(xiàn)場的土質(zhì)，選擇恰當(dāng)?shù)娜⊥疗鳌＃?）取樣過程中注意嚴(yán)格約束試驗(yàn)人員的鉆探行為，預(yù)防土體坍塌、鉆孔縮頸等問題。正式采樣時，應(yīng)提前將鉆孔清理干凈，并檢查取土器的各項(xiàng)參數(shù)，檢查無誤后使用取土器取樣。（3）樣品運(yùn)輸、采集時外部的沖擊會使樣品受到破壞，影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此，運(yùn)輸樣品時應(yīng)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(biāo)簽，記錄樣品的取樣時間、取樣深度、實(shí)際標(biāo)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(biāo)簽處應(yīng)用箭頭標(biāo)識，試驗(yàn)人員可使用刀片輕輕割開密封區(qū)域，取出樣品，并清理樣品內(nèi)的雜物，如泥漿、浮土。然后選出樣品中具有代表性質(zhì)的土體，分析其是否均勻，并記錄土體軟硬程度、結(jié)構(gòu)、顏色等物理學(xué)性質(zhì)。（2）初步描述樣品后，對比分析所采集的樣品數(shù)據(jù)，計算平均值，總結(jié)可用于工程建設(shè)的巖土工程勘察值。（3）記錄樣品顏色、名稱、含水率、結(jié)構(gòu)、內(nèi)含雜物等信息時，還應(yīng)用實(shí)驗(yàn)標(biāo)簽標(biāo)明土樣筒內(nèi)的取土位置，且選取的土樣應(yīng)能夠反映該類土質(zhì)的實(shí)際情況。比如，打開土樣筒時，應(yīng)觀察、分析土質(zhì)狀態(tài)，若試驗(yàn)顯示土質(zhì)是流塑狀態(tài)，但標(biāo)簽上的描述與實(shí)際不符時，試驗(yàn)人員需要再次復(fù)核樣品的含水率指標(biāo)，及時糾正樣品描述信息；必要時，試驗(yàn)人員應(yīng)重新取樣、制樣品，反復(fù)測試土質(zhì)，分析其狀態(tài)，更可靠地記錄試驗(yàn)結(jié)果。

5.2 優(yōu)化含水量測試方法

土工試驗(yàn)中含水量測試尤為重要，試驗(yàn)人員應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場內(nèi)不同土質(zhì)的分布情況逐一測試土體內(nèi)的含水量，準(zhǔn)確匯總巖土工程勘察信息。試驗(yàn)人員應(yīng)先結(jié)合相關(guān)資料、現(xiàn)場基礎(chǔ)勘測整理土質(zhì)信息，分析巖土工程施工現(xiàn)場的土層結(jié)構(gòu)，然后獲取土樣，進(jìn)行含水率測試。在此期間，試驗(yàn)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(nèi)的含水量測試工作提供參考信息；測試淤泥質(zhì)土體的含水量時，需提前將樣品放入烘箱內(nèi)，烘箱內(nèi)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(nèi)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(yàn)人員應(yīng)注意土體含水量測試的誤差，嚴(yán)格控制測試過程中的烘箱溫度，以此確保土工試驗(yàn)中含水量測試結(jié)果的可靠性。

5.3 定期更換維護(hù)試驗(yàn)設(shè)施

為減少設(shè)備對巖土工程勘察中土工試驗(yàn)結(jié)果的不利影響，相關(guān)單位還應(yīng)定期更換、維護(hù)試驗(yàn)設(shè)施，包括土工試驗(yàn)儀器、測試設(shè)備、試驗(yàn)設(shè)備等。（1）結(jié)合土工試驗(yàn)需求，科學(xué)、合理地選擇設(shè)備儀器，保證其規(guī)格、功能參數(shù)與土工試驗(yàn)的匹配度。（2）為延長設(shè)備使用期限，還應(yīng)定期地組織專業(yè)人員維修、保養(yǎng)土工試驗(yàn)設(shè)施、設(shè)備。相關(guān)單位可編制試驗(yàn)設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)制度促使人員重視各類設(shè)施、儀器的保養(yǎng)與維修工作，加強(qiáng)對各類試驗(yàn)設(shè)備的管理，并詳細(xì)記錄試驗(yàn)設(shè)備的保養(yǎng)次數(shù)、維修方案、維修次數(shù)、更換頻率等。（3）隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的提升，各類巖土工程勘察相關(guān)的土工試驗(yàn)儀器增多，且可用設(shè)備的功能逐漸增多，因此，為提升土工試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，還應(yīng)引進(jìn)各類先進(jìn)的儀器設(shè)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(jī)、土樣真空飽和裝置、實(shí)驗(yàn)室磁力攪拌器等，從而用更先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器優(yōu)化土工試驗(yàn)方案，測試出更可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

5.4 推進(jìn)試驗(yàn)人員管理培訓(xùn)

試驗(yàn)人員作為巖土工程勘察中土工試驗(yàn)的主體，其基本認(rèn)知、專業(yè)能力、綜合素質(zhì)均會影響土工試驗(yàn)結(jié)果，所以，為加強(qiáng)巖土工程勘察的質(zhì)量管理，還應(yīng)推進(jìn)土工試驗(yàn)人員管理培訓(xùn)：（1）深入分析巖土工程土工試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)步驟總結(jié)試驗(yàn)活動所需的專業(yè)能力，然后對現(xiàn)有的試驗(yàn)人員展開專業(yè)培訓(xùn)，使其學(xué)習(xí)土工試驗(yàn)技能、專業(yè)知識，熟練地使用各類試驗(yàn)儀器。（2）用系統(tǒng)的培訓(xùn)活動使試驗(yàn)人員理解土工試驗(yàn)中含水率、土體測試方法的基本原理，掌握各種先進(jìn)的試驗(yàn)方法、取樣方法，規(guī)范約束自身行為意識，同時正確認(rèn)識土工試驗(yàn)的重要性，了解該試驗(yàn)活動對巖土工程勘察的具體作用。（3）加強(qiáng)試驗(yàn)人員職業(yè)道德教育，使其用負(fù)責(zé)任的態(tài)度對待土工試驗(yàn)中的各項(xiàng)工作，有序地按照相關(guān)規(guī)定完成試驗(yàn)任務(wù)。

5.5 科學(xué)分析土質(zhì)抗剪強(qiáng)度

土質(zhì)抗剪強(qiáng)度是土工試驗(yàn)的核心指標(biāo)之一。巖土工程勘察中，相關(guān)人員可利用土工試驗(yàn)中的剪切試驗(yàn)檢測現(xiàn)場內(nèi)土體的抗剪強(qiáng)度，分析各類土質(zhì)抵抗破壞的能力，幫助相關(guān)人員更為科學(xué)地評價工程地基的穩(wěn)定性，估算其承載力。

剪切試驗(yàn)中，土體、土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度多由內(nèi)摩擦角φ、黏聚力c計算得到，具體試驗(yàn)原理是1776年提出的“庫侖定律”，其中，普通砂土抗剪強(qiáng)度的計算公式為：τf=σtanφ，黏性土抗剪強(qiáng)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(yīng)力）。但實(shí)際剪切試驗(yàn)中，理論值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的測試值會有明顯的差異，比如，根據(jù)實(shí)驗(yàn)理論，砂土中的c值應(yīng)為0時，實(shí)際測量值會大于0，由此可見，測試土質(zhì)抗剪強(qiáng)度時，對于黏土土質(zhì)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(yàn)中抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的一部分，實(shí)驗(yàn)過程中土層結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分、取樣時的垂直壓力、剪切速率均會影響土體的抗剪強(qiáng)度。

因此，在巖土工程勘察中，剪切試驗(yàn)活動還應(yīng)綜合分析土體力學(xué)指標(biāo)，完整地進(jìn)行土工試驗(yàn)。具體來說，土體的壓縮模量同樣關(guān)系著土體的抗剪強(qiáng)度：土質(zhì)壓縮性高，其壓縮模量則會明顯減少，代表土體抗剪強(qiáng)度小，所以，在土工試驗(yàn)中分析土體抗剪強(qiáng)度時，可根據(jù)二者之間的作用關(guān)系、基本規(guī)律，判斷剪切實(shí)驗(yàn)中抗剪強(qiáng)度估算的可靠性。此外，土體的含水量指標(biāo)與土體抗剪強(qiáng)度息息相關(guān)，含水率越大的土體，其抗剪強(qiáng)度會明顯減小，反之，土體中天然含水率越小，土體抗剪強(qiáng)度、穩(wěn)定性越高。

6 結(jié)語

綜上所述，巖土工程勘察是我國各類工程建設(shè)的基礎(chǔ)工作，能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)提供完整的參考數(shù)據(jù)，使其能夠針對性地修正施工方案。土工試驗(yàn)作為巖土工程勘察信息的主要來源，其試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性關(guān)系著巖土工程勘察的整體質(zhì)量，因此，還應(yīng)進(jìn)一步規(guī)范土工試驗(yàn)流程，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化的取樣、設(shè)備采買、人才培養(yǎng)程序，從而用更可靠、真實(shí)的土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)夯實(shí)各類工程建設(shè)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)安全建設(shè)、高質(zhì)量竣工的基本目標(biāo)。