提高土工試驗(yàn)成果準(zhǔn)確性的研究與探討

曹輝亮

摘要:分析土工試驗(yàn)成果在工程地質(zhì)勘察中的重要意義,尋找從野外取樣到室內(nèi)試驗(yàn)各環(huán)節(jié)中影響試驗(yàn)最終成果準(zhǔn)確性的原因,并提出預(yù)防措施,從而為建筑工程設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確、可信的土工試驗(yàn)成果報(bào)告。

關(guān)鍵詞:野外取樣 土工試驗(yàn) 綜合分析

0 引言

室內(nèi)土工試驗(yàn)的過(guò)程,就是試驗(yàn)人員按規(guī)范現(xiàn)程、試驗(yàn)委托要求,使用儀器設(shè)備對(duì)土樣進(jìn)行測(cè)試,以得到土體的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的一組有序的活動(dòng)。其最終試驗(yàn)成果以供工程設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)使用,是巖土工程勘察的重要工作內(nèi)容。而在實(shí)際情況下,土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)往往受土樣自身的不均勻性,取樣、運(yùn)輸過(guò)程中的擾動(dòng),測(cè)試人員水平、測(cè)試環(huán)境、儀器設(shè)備精度、采用的方法手段等因素的影響,使土試樣的測(cè)試結(jié)果與土體實(shí)際性狀之間存在不同程度的差別,且這種差別很難完全通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)準(zhǔn)確檢驗(yàn),其可能的問(wèn)題有時(shí)在后續(xù)的施工中才能暴露。因此,分析影響土工試驗(yàn)成果準(zhǔn)確性的原因及尋找預(yù)防措施有著十分重要的意義。

1 野外取樣

1.1 野外鉆探取樣環(huán)節(jié) 影響取樣質(zhì)量的因素很多,除取土器結(jié)構(gòu)和取土方法等因素外,鉆孔的垂直度、取土?xí)r孔底的清潔程度、取樣器切入土層的速度等都會(huì)影響取樣質(zhì)量。

鉆孔傾斜會(huì)使土樣受擠壓擾動(dòng)。由于傾斜孔取出的土樣也是傾斜的,所測(cè)試的指標(biāo)用于計(jì)算會(huì)產(chǎn)生誤差,所以取樣時(shí)要保持鉆孔垂直。如取樣時(shí),孔內(nèi)沒(méi)清除殘余土?xí)斐赏翗邮軘D壓擾動(dòng),并誤作原狀樣取土,這樣試驗(yàn)得出的壓縮系數(shù)a增大,壓縮模量Es變小等,得出的結(jié)果無(wú)法應(yīng)用。規(guī)范要求到達(dá)取樣深度前1m時(shí),宜采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),并清孔。如取土器切入土層的速度較慢,土樣的側(cè)向膨脹也會(huì)使土樣與取土器內(nèi)摩擦而產(chǎn)生擾動(dòng),提高取土器進(jìn)入土層的速度是獲得良好土樣,保證采取原狀土樣質(zhì)量的關(guān)鍵。另外,規(guī)程要求取樣采用重錘少擊法,并且嚴(yán)格控制取土進(jìn)尺深度與取樣器內(nèi)取土段相一致,錘擊次數(shù)過(guò)多,取樣器里的土樣會(huì)受力變硬,試驗(yàn)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)a變小,Es變大,孔隙比e0變小等。

1.2 土樣的保管與運(yùn)輸 野外取的土樣因?yàn)橹T多因素不能立即送到試驗(yàn)室做試驗(yàn),這樣就必須放在野外好好保管,保存處的溫度與濕度要適當(dāng),避免風(fēng)吹、日曬、防凍,要將樣盒封嚴(yán)。野外存放天數(shù)不宜超過(guò)3周,運(yùn)送途中盡量輕拿輕放,防震,以免土樣開(kāi)裂。存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng),土樣變硬,含水率w變小,所確定的承載力比原來(lái)要大。土樣開(kāi)裂、振動(dòng),就成了擾動(dòng)樣,無(wú)法反映土的真實(shí)性。

2 室內(nèi)土工試驗(yàn)

土工試驗(yàn)的主要依據(jù)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50123-1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》,還有國(guó)家水利部的SL237-1999《土工試驗(yàn)規(guī)程》以及交通部的JTG E40-2007《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》。作為土工測(cè)試人員,國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程就是從業(yè)的技術(shù)規(guī)范和守則,是從事各項(xiàng)試驗(yàn)操作的根本依據(jù)。不按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)操作,試驗(yàn)成果的準(zhǔn)確性將無(wú)從談起,因此堅(jiān)決杜絕違反國(guó)標(biāo)或規(guī)程的操作。

2.1 試樣的制備 室內(nèi)土工試驗(yàn)第一步要做的工作就是土樣的制備即開(kāi)土,也是極為重要的一步。由于在國(guó)標(biāo)及規(guī)程中對(duì)土樣的制備有詳細(xì)的規(guī)定,在此,筆者憑借自己多年工作中的經(jīng)驗(yàn)和觀察僅指出兩個(gè)在開(kāi)土過(guò)程中重點(diǎn)應(yīng)予以考慮的環(huán)節(jié)。首先,打開(kāi)一筒土樣,應(yīng)取整個(gè)土樣最有代表性的部分,注意其均勻性,環(huán)刀應(yīng)垂直下壓。其次,在開(kāi)土?xí)r除了描述土樣的顏色、礦物成分、軟硬程度、塑性狀態(tài)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等之外,同時(shí)還應(yīng)憑經(jīng)驗(yàn)對(duì)土樣的物理、力學(xué)指標(biāo)值做一個(gè)估算,并做好記錄,這有利于后期數(shù)據(jù)整理時(shí)進(jìn)行對(duì)比和綜合分析處理,得出更真實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù),也有助于測(cè)試人員經(jīng)驗(yàn)的積累。

2.2 土的物理試驗(yàn)

2.2.1 在土的物理試驗(yàn)中,比重、密度、含水率是三個(gè)最基本物性指標(biāo)。用它們可以換算土的干密度、孔隙比、孔隙度、飽和度等指標(biāo)。這三項(xiàng)指標(biāo)的正確與否,不僅影響其他指標(biāo)的變化,而且還影響土的一系列力學(xué)指標(biāo)。因此準(zhǔn)確測(cè)定這三項(xiàng)指標(biāo)有著重要的意義。其中,土的含水率是最不穩(wěn)定的。所以對(duì)進(jìn)行含水率試驗(yàn)的土樣制備也應(yīng)該選取具有代表性的土,采用四分法原則取高出各個(gè)環(huán)刀試塊的土體15~30g,取土速度要快,及時(shí)裝入兩個(gè)鋁盒內(nèi)避免水分的流失,以準(zhǔn)確測(cè)出這一指標(biāo)。對(duì)于同一個(gè)土樣來(lái)說(shuō),土的密度指標(biāo)比較穩(wěn)定和易于準(zhǔn)確測(cè)定。

2.2.2 土的液限與塑限。在實(shí)際操作中,有的使用自動(dòng)液、塑限聯(lián)合測(cè)定儀,有的使用錐式液限儀,塑限用搓條法,這樣就難免因?yàn)槭址ú灰恢?同一指標(biāo)試驗(yàn)人不同,得出的結(jié)果就不盡相同。測(cè)定土的液、塑限時(shí)取標(biāo)準(zhǔn)樣的問(wèn)題,國(guó)標(biāo)上規(guī)定土要過(guò)0.5mm的篩,才能進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)際操作中,有些土用肉眼可見(jiàn)較多砂粒、礫石,則最好能采用篩分法確定砂粒含量,如果砂粒含量已達(dá)到砂土的標(biāo)準(zhǔn),就不必再做液、塑限試驗(yàn),反之則做液、塑限試驗(yàn)來(lái)確定土的名稱(chēng)。

2.2.3 土的物理指標(biāo)間是相互關(guān)聯(lián)的。因此,在測(cè)得這些指標(biāo)后,應(yīng)對(duì)其進(jìn)行綜合分析,進(jìn)而對(duì)這些指標(biāo)的準(zhǔn)確性進(jìn)行判別。比如在有些成果中會(huì)出現(xiàn)飽和度Sr>100%的現(xiàn)象,這就說(shuō)明在某些試驗(yàn)數(shù)據(jù)中,存在誤差或者錯(cuò)誤,需要根據(jù)開(kāi)土記錄進(jìn)行調(diào)整,必要時(shí)要重做試驗(yàn)。有時(shí)處在堅(jiān)硬狀態(tài)的土,測(cè)試結(jié)果卻出現(xiàn)液性指數(shù)IL>1,流塑狀態(tài),這時(shí)要對(duì)含水率、液、塑限的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。通過(guò)物性指標(biāo)間關(guān)系的統(tǒng)一分析,可使試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度進(jìn)一步提高。

2.3 土的力學(xué)試驗(yàn) 土的力學(xué)試驗(yàn)主要有固結(jié)試驗(yàn)和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。其測(cè)定的力學(xué)性指標(biāo)如粘聚力、內(nèi)摩擦角、壓縮模量和滲透系數(shù)等等,用于計(jì)算土體強(qiáng)度、變形、滲透及穩(wěn)定性,是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、深基坑邊坡支護(hù)等設(shè)計(jì)中很重要的參數(shù)值,直接影響設(shè)計(jì)的可靠、合理及工程的安全和造價(jià)。

2.3.1 土的固結(jié)試驗(yàn)是測(cè)定土體在壓力作用下產(chǎn)生變形的過(guò)程。首先要抓好土樣的取樣、驗(yàn)收和管理工作,注意觀察試樣是否擾動(dòng)。在試驗(yàn)過(guò)程中,要嚴(yán)格按國(guó)標(biāo)或規(guī)程進(jìn)行操作,消除各種不利因素。一旦出現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)解決。如果在開(kāi)土記錄中寫(xiě)到土質(zhì)均勻,測(cè)出的含水率較低,液性指數(shù)IL<0.25的硬塑土,而測(cè)出的壓縮系數(shù)卻偏大,壓縮模量偏小。這說(shuō)明試驗(yàn)操作中有錯(cuò)誤或誤差,要及時(shí)查找原因,包括讀數(shù)記錄及儀器設(shè)備方面等原因。如果查不出原因,應(yīng)通知野外技術(shù)人員進(jìn)行補(bǔ)樣。土工試驗(yàn)裝置(固結(jié)儀、三軸剪力儀、天平、百分表、壓力表等)要按檢定周期進(jìn)行檢定或校準(zhǔn),并經(jīng)檢定或校準(zhǔn)合格后予以使用;對(duì)土工試驗(yàn)的計(jì)算軟件在初次使用前也應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn),必要時(shí)(計(jì)算數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí))再校驗(yàn),以確認(rèn)其滿(mǎn)足預(yù)期用途的能力。

2.3.2 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)是測(cè)定土體在外力作用下抵抗剪切破壞的極限能力。土的抗剪強(qiáng)度是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一,粘聚力c 和內(nèi)摩擦角φ是土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)?？辜魪?qiáng)度的試驗(yàn)方法主要有直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)。室內(nèi)抗剪試驗(yàn)測(cè)出 c 值有時(shí)出現(xiàn)異常情況,如c為負(fù)值,主要原因在于取標(biāo)準(zhǔn)樣時(shí),同一個(gè)土樣所取的四個(gè)試塊的性質(zhì)相差太大所致,故開(kāi)樣時(shí)盡量取同一種性質(zhì)的土進(jìn)行試驗(yàn)。另外,應(yīng)減少土樣在采取、運(yùn)輸、保管及安裝儀器等各環(huán)節(jié)中的擾動(dòng)。

2.3.3 土的固結(jié)試驗(yàn)成果和抗剪強(qiáng)度之間也有著一定的關(guān)系。一般情況下,土的壓縮性越高,壓縮模量越低,而它的抗剪強(qiáng)度則越小。利用這種關(guān)系可以直接判斷壓縮結(jié)果和抗剪結(jié)果是否準(zhǔn)確。

3 結(jié)語(yǔ)

土工試驗(yàn)是為工程地質(zhì)勘察提供有效地質(zhì)參數(shù)的手段之一,其測(cè)試成果直接影響工程質(zhì)量。成果報(bào)告是否可靠,除需對(duì)測(cè)試過(guò)程參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控外,還需通過(guò)數(shù)據(jù)分析和整理的方法對(duì)測(cè)試結(jié)果加以檢驗(yàn),即根據(jù)誤差分析或概率的概念,按三倍標(biāo)準(zhǔn)差作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)的舍棄標(biāo)準(zhǔn),然后重新計(jì)算整理。另外,檢測(cè)人員定期有針對(duì)性地進(jìn)行培訓(xùn),并經(jīng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)考試和操作技能考核,持證上崗,也是控制土工試驗(yàn)成果質(zhì)量不可忽略的一環(huán)節(jié)。

所以,加強(qiáng)測(cè)試人員的職業(yè)道德教育,提高專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平,對(duì)所測(cè)結(jié)果綜合分析,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)查找原因,及時(shí)采取補(bǔ)救措施,最終提交合理準(zhǔn)確的土工試驗(yàn)報(bào)告,是我們每個(gè)測(cè)試工作者必須做到的。

參考文獻(xiàn):

[1]GB/T 50123-1999.土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB/T 15406-94.土工儀器的基本參數(shù)及通用技術(shù)條件[S].

[3]GB/T 50021-2001.巖土工程勘察規(guī)范[S].

[4]JGJ 87—1992.建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].