岩土工程勘察土工试验问题及改善措施探究

何兴

（云南省地质矿产勘查开发局中心实验室，昆明 650000）

1 引言

土工试验是岩土工程勘察的主体活动，完善土工试验可提高试验数据的准确性，提升各类工程建设的施工质量。但受多种因素影响，岩土工程土工试验中仍存在较多问题，使土工试验数据不完整、不准确且不具有代表性，对此，相关人员应基于土工试验流程，全方位地改善岩土工程土工试验方案，解决试验活动中的现存问题。

2 工程概述

某岩土工程项目，其勘察内容是对某建筑项目的一期工程进行现场勘察，本次勘测的目的是拟建部分功能性建筑物，地基允许变形0.002 m。具体的建筑物、构筑物主要参数如下：建筑层数6层，建筑总面积1 283 m2，整体结构为混凝土框架结构，基础形式为桩基，基础埋设3 m。为使项目顺利开工，需要在前期进行岩土工程勘察，并通过土工试验获取完整的参考数据以完善施工方案。

3 岩土工程中土工试验的价值分析

岩土工程是建筑工程建设中的基础性工作，是通过专业化、规范化的地质勘测、现场勘查技术手段，提前对建筑项目施工范围内的地质条件、水文环境、岩土工程特点进行勘测，然后根据获取的数据信息编制岩土工程勘察报告。随着新时期各类工程项目所处环境的逐渐复杂化，岩土工程勘测不再局限于自然条件的勘测，还需通过土工试验了解岩土工程性质，获取更详细、完整的地质信息[1]。设计人员可基于土工试验结果优化工程项目施工设计和整体设计，确保工程建设整体质量，因此，土工试验是岩土工程勘察的关键步骤，是编制岩土工程勘察报告的基础工作，只有保证土工试验数据的准确性，才能使试验中的各类指标具有代表性，测定出参考价值更高的土工参数，为相关工程项目提供更科学的数据支持。

4 岩土工程勘察中的常见土工试验问题

4.1 取样问题

取样是岩土工程勘察中土工试验的重要环节，但通过对以往土工试验的分析可知，土工试验取样时仍存在部分问题：（1）检测人员在获取、运输、存储试验样品时整体操作不规范，导致岩土工程中土工试验样品受损，容易出现土样潮湿、土样风干的情况，导致送到试验室的土样和现场土样状态不符。（2）部分采样现场环境恶劣，或受限于采样成本控制，部分取样人员没按规范取样，筛选出的样品数据缺乏代表性，使该数据无法正确反馈出施工现场的土质信息。这些情况都将最终导致土工试验报告成果和现场土质信息不符。

4.2 含水量测试问题

含水量测试属于土工试验中土体常规测试内容，也是整个土工试验中对后续各项试验影响最大的一步。由于岩土工程中，土体中含水量的变化会使土体本身的力学性质产生改变，继而影响各类建设项目的基地稳定性，所以，在工程建设前期，需在岩土工程的土工试验中测试土体含水量，但在实际测试活动中容易因区域内土层不均而使含水量测试结果不准确，影响土工试验结果的参考价值[2]。

4.3 试验设施问题

岩土工程勘察中需要利用各类土工仪器、勘察设备进行实时勘测，设备精度、仪器的整体性能均会影响土工试验结果。现阶段，市场上可用于岩土工程土工试验的设备仪器不断增加，功能设计的创新程度持续提高，但在选购土工试验仪器、设备时，部分人员为节约材料成本选择一些价格低的仪器设备，或在使用各类设备时忽视了对设备的维护管理、更新工作，从而导致土工试验因硬件问题而出现较多质量隐患[3]。

4.4 土工试验重视程度问题

岩土工程实践中，部分单位的实验人员缺乏对土木工程的重视，没有了解到该类试验的价值，所以，在土工试验中存在操作不规范、敷衍了事的情况。比如，部分试验人员在勘测施工现场的环境系数时，会存在随意使用纳凉设施、取暖设备的行为，直接影响了测试结果的真实性；由于人们对土工试验缺乏重视，选聘的实验人员专业技能水平不高，无法满足新时期岩土工程勘察、规范进行土工试验的具体技术要求。

5 基于岩土工程勘察的土工试验改善措施

5.1 规范土工试验取样制样

5.1.1 取样

岩土工程勘察期间，土工试验的基础活动在于取样，只有规范土工试验取样流程，才能通过样品分析反映施工现场的地质信息、环境参数、土质情况，因此，在土工试验取样工作中，还应明确岩土工程的取样要求[4]。（1）合理选择取土器。取土器是采集土壤样品的主要工具，其规格大小、功能设计均会影响样品采集质量，所以，试验人员应提前分析现场的土质，选择恰当的取土器。（2）取样过程中注意严格约束试验人员的钻探行为，预防土体坍塌、钻孔缩颈等问题。正式采样时，应提前将钻孔清理干净，并检查取土器的各项参数，检查无误后使用取土器取样。（3）样品运输、采集时外部的冲击会使样品受到破坏，影响试验数据的准确性，因此，运输样品时应减少颠簸，灵活使用土样筒或其他存储装置，使样品保持原样，并及时密封存储装置，贴上标签，记录样品的取样时间、取样深度、实际标号等信息。

5.1.2 制样

制样过程为：（1）按照土体自然下沉的方向放置采集到的样品，样品标签处应用箭头标识，试验人员可使用刀片轻轻割开密封区域，取出样品，并清理样品内的杂物，如泥浆、浮土。然后选出样品中具有代表性质的土体，分析其是否均匀，并记录土体软硬程度、结构、颜色等物理学性质。（2）初步描述样品后，对比分析所采集的样品数据，计算平均值，总结可用于工程建设的岩土工程勘察值。（3）记录样品颜色、名称、含水率、结构、内含杂物等信息时，还应用实验标签标明土样筒内的取土位置，且选取的土样应能够反映该类土质的实际情况。比如，打开土样筒时，应观察、分析土质状态，若试验显示土质是流塑状态，但标签上的描述与实际不符时，试验人员需要再次复核样品的含水率指标，及时纠正样品描述信息；必要时，试验人员应重新取样、制样品，反复测试土质，分析其状态，更可靠地记录试验结果。

5.2 优化含水量测试方法

土工试验中含水量测试尤为重要，试验人员应根据施工现场内不同土质的分布情况逐一测试土体内的含水量，准确汇总岩土工程勘察信息。试验人员应先结合相关资料、现场基础勘测整理土质信息，分析岩土工程施工现场的土层结构，然后获取土样，进行含水率测试。在此期间，试验人员可竖向、横向切取部分样品，清晰地记录土层分布情况，为土层内的含水量测试工作提供参考信息；测试淤泥质土体的含水量时，需提前将样品放入烘箱内，烘箱内部温度不超过60℃，烘干至样品恒重，烘干过程中要观察样品内水分子的分解情况，计算土体的含水量；在含水量测试过程中，试验人员应注意土体含水量测试的误差，严格控制测试过程中的烘箱温度，以此确保土工试验中含水量测试结果的可靠性。

5.3 定期更换维护试验设施

为减少设备对岩土工程勘察中土工试验结果的不利影响，相关单位还应定期更换、维护试验设施，包括土工试验仪器、测试设备、试验设备等。（1）结合土工试验需求，科学、合理地选择设备仪器，保证其规格、功能参数与土工试验的匹配度。（2）为延长设备使用期限，还应定期地组织专业人员维修、保养土工试验设施、设备。相关单位可编制试验设备维修养护制度促使人员重视各类设施、仪器的保养与维修工作，加强对各类试验设备的管理，并详细记录试验设备的保养次数、维修方案、维修次数、更换频率等。（3）随着社会经济水平的提升，各类岩土工程勘察相关的土工试验仪器增多，且可用设备的功能逐渐增多，因此，为提升土工试验结果的准确度，还应引进各类先进的仪器设备，如便携式十字板剪切仪、微型十字板剪切仪、便携式背包岩石取芯机、土样真空饱和装置、实验室磁力搅拌器等，从而用更先进的实验仪器优化土工试验方案，测试出更可靠的试验数据。

5.4 推进试验人员管理培训

试验人员作为岩土工程勘察中土工试验的主体，其基本认知、专业能力、综合素质均会影响土工试验结果，所以，为加强岩土工程勘察的质量管理，还应推进土工试验人员管理培训：（1）深入分析岩土工程土工试验内容、试验步骤总结试验活动所需的专业能力，然后对现有的试验人员展开专业培训，使其学习土工试验技能、专业知识，熟练地使用各类试验仪器。（2）用系统的培训活动使试验人员理解土工试验中含水率、土体测试方法的基本原理，掌握各种先进的试验方法、取样方法，规范约束自身行为意识，同时正确认识土工试验的重要性，了解该试验活动对岩土工程勘察的具体作用。（3）加强试验人员职业道德教育，使其用负责任的态度对待土工试验中的各项工作，有序地按照相关规定完成试验任务。

5.5 科学分析土质抗剪强度

土质抗剪强度是土工试验的核心指标之一。岩土工程勘察中，相关人员可利用土工试验中的剪切试验检测现场内土体的抗剪强度，分析各类土质抵抗破坏的能力，帮助相关人员更为科学地评价工程地基的稳定性，估算其承载力。

剪切试验中，土体、土质的抗剪强度多由内摩擦角φ、黏聚力c计算得到，具体试验原理是1776年提出的“库仑定律”，其中，普通砂土抗剪强度的计算公式为：τf=σtanφ，黏性土抗剪强度的计算公式为：τf=σtanφ+c（σ为土体剪切滑动面上的法向总应力）。但实际剪切试验中，理论值与实验结果中的测试值会有明显的差异，比如，根据实验理论，砂土中的c值应为0时，实际测量值会大于0，由此可见，测试土质抗剪强度时，对于黏土土质来说，其c值不能更可靠地反映其黏聚力。c值、φ值属于剪切试验中抗剪强度指标的一部分，实验过程中土层结构、物质成分、取样时的垂直压力、剪切速率均会影响土体的抗剪强度。

因此，在岩土工程勘察中，剪切试验活动还应综合分析土体力学指标，完整地进行土工试验。具体来说，土体的压缩模量同样关系着土体的抗剪强度：土质压缩性高，其压缩模量则会明显减少，代表土体抗剪强度小，所以，在土工试验中分析土体抗剪强度时，可根据二者之间的作用关系、基本规律，判断剪切实验中抗剪强度估算的可靠性。此外，土体的含水量指标与土体抗剪强度息息相关，含水率越大的土体，其抗剪强度会明显减小，反之，土体中天然含水率越小，土体抗剪强度、稳定性越高。

6 结语

综上所述，岩土工程勘察是我国各类工程建设的基础工作，能够为工程建设提供完整的参考数据，使其能够针对性地修正施工方案。土工试验作为岩土工程勘察信息的主要来源，其试验结果的准确性关系着岩土工程勘察的整体质量，因此，还应进一步规范土工试验流程，设置标准化的取样、设备采买、人才培养程序，从而用更可靠、真实的土工试验数据夯实各类工程建设的数据基础，实现安全建设、高质量竣工的基本目标。