巖土工程勘察試驗檢測工藝流程及其影響因素分析

王逸丹

（浙江省工程勘察設計院集團有限公司，浙江 寧波 315012）

0 引言

土工試驗是巖土勘察的重要組成部分，僅通過現場勘察所得到的信息有限，還需要結合室內土工試驗結果，對樣本進行定性、定量分析，以便向業主、設計方、施工方提交更多具有參考價值的勘察結果。以下就從工程實際出發，著重探討了巖土工程勘察土工試驗的工藝流程以及相關影響因素，具體內容如下。

1 工程概述

以本文參與的寧波市軌道交通8 號線一線工程KC8103 標段巖土勘察為例，線起自江北，經過洪大路、江北大道等區域，一路向南跨姚江后進入海曙。再跨奉化江進入長豐區域，再往東到達鄞州云龍。本工程為當地軌道交通的第8 條線路，是東南至西北方向重要的市區線。

2 巖土試驗檢測工藝流程

2.1 取樣

（1）在本工程所在范圍先對土樣的品質進行檢測，然后對土樣的品質進行合理的分級，在進行試樣的品質分級的時候，對不同品級的土體各取若干份樣本，可以按照以下幾種方式來進行分級：觀察外觀、測定回收率、進行X 射線的檢測以及實驗室測試等。

（2）嚴格按照樣品制備的相關規定，開展科學、規范的樣品制備工作。在實驗室樣本制備時，使用環刀對一定的試樣進行切割收集，若在此過程中使用不當，則會導致土樣等級降低，因此，在制作時要注意：①在環刀的內壁上涂抹凡士林，避免環刀對試樣的磨損破壞，防止環刀對取樣的干擾。②垂直豎直下壓環刀，可以很好地抑制和減小由于環刀偏壓而引起的一面土體的壓實變化和縫隙變化，從而導致試樣容重、壓縮容量受到干擾[1]。③在下壓環刀時，邊下壓邊切削，能有效地抑制環刀外壁上與試樣間的摩擦力，從而避免對試樣造成壓密的影響。④在使用環形刀具進行壓入后，需要將試樣的上端和底端切削平整，然后用鋼絲鋸將松軟的土體進行平整處理，以防止對軟弱土層受到干擾，然后再用切土搗將其他土樣平整切削處理。

（3）要做好采樣的記錄工作，在制作過程中，要對試樣的色澤、屬性、狀態以及軟硬情況等都要有一個完整的認識，這樣才能更好地進行后續的試驗工作，得到符合工程實際情況的信息數據。本工程就按照上述辦法共采集了22 份土壤，范圍從地下深度2.6～62.9m，根據樣本的土壤性質歸納整理，共涉及：淤泥質黏土2 份，粉質黏土8 份，淤泥質粉質黏土2 份，粉砂5 份，黏土3份，中砂及粗砂2 份。

2.2 試樣檢驗

在進行樣本測試的時候，要按照規范的操作流程、嚴禁的工作態度進行各步驟操作，以證測試數據的準確性和有效性，為工程項目設計與施工提供可靠參考。

2.2.1 巖土試驗

巖土試驗主要有測量巖體應力、巖體強度、巖體原位，以及開展巖體變形試驗和巖塊試驗。在實驗室中需要測試巖塊包括點荷載強度、直剪強度、三軸壓縮、單軸壓縮、抗崩解性、膨脹性、塊體密度、顆粒密度、含水量等內容。而在這些測試當中，最重要的就是單軸壓縮測試，也就是試樣在承受一個方向的壓力作用下，直至斷裂為止，單位面積所受到最大壓應力。本工程22 份巖土樣品經過壓縮試驗，壓縮系數a1-2 在0.14MPa～0.81MPa，可見工程所在區域以中壓縮性土和高壓縮性土為主。

2.2.2 物理性質檢測

巖土物理性質可以幫助了解工程巖土特征，具有很大的使用價值。土工試驗物理性質檢測內容如圖1所示。

圖1 土工試驗物理性質檢測內容

在這些檢測內容中，除了土壤的含水率、比重和土的密度等這些常見的物理性質指標可以直接在實驗室中測得，其余指標則需要通過試驗觀察以及相關公式進行計算。以顆粒比重為例，這是實驗室土工試驗的一項重要內容[2]。顆粒比重分析是對土地定性不可或缺的重要參考數據，根據相關規定如果粒徑大于0.075mm，且塑性指數≤10 的土不超過50%，則為粉土。個別單位沒有參考顆粒比重，而僅按塑性指數≤10 來定性土樣為粉土，這是非常不科學的，粉砂有時也可測定出同樣類型的塑性指數，所以僅按塑性指數劃分粉土必然會造成一些誤判。顆粒比重試驗工作需要借助斯托克斯公式，公式如下。

式中：d——試驗顆粒的粒徑，cm；η——水動力學粘滯系數，取10-6kPa/ms；ρw——4℃下的純水密度，g/cm3；L——單位時間里土壤顆粒的沉降深度，cm；t——沉降所需時間，s；g——土壤中的重力加速度，cm/s；Gs——土壤顆粒的比重；Gwt——在T℃狀態下水分的比重。

以本工程為例，選擇其中7 組樣本試驗數據，均采用斯托克斯公式計算，可以看出本工程所在工程區域地下的18.6～62.9m 存在大量的細粒徑粉砂。寧波市軌道交通8 號線一線工程KC8103 標段土樣顆粒分析大小如表1 所示。

表1 寧波市軌道交通8 號線一線工程KC8103 標段土樣顆粒分析大小

2.2.3 物理狀態檢測

當前常用的物理狀態檢測指標有相對密度、液性、塑性、塑限以及液限等，而在這些參數中，由于含水量的不同，細顆粒土的存在形態也會發生變化，若塑限含水率高，則意味著土壤中存在著大量的膠體顆粒，同時也意味著土壤中可能存在著高度活躍的膠體顆粒和蒙脫石。對于本工程來說，為更加清楚地了解出土體的物理狀態，分別對縮限、塑限、液限等相關指標進行檢測。其中的液限是指土體的可塑性狀態下的含水率的最大值，塑限則是土體可塑狀態下含水率的最小值[3]。如果含水率比縮限要小，那水分蒸發后，土體的體積就不會變小。土體從黏性流態到可塑性態，再到半固態，其形態和特性都是逐漸改變，肉眼難以判斷，所以二者之間的明確界限需要通過數據來判斷。本工程在測定液限含水率采用的是圓錐儀法，對于塑限含水率的測定采用的是搓條法，對土樣的液限與塑限含水率采用的是聯合法檢測。根據本工程的檢測結果來看，液限平均在38%左右，塑限平均在22%左右，說明工程所在區域土壤含水率在22%以下時，土體呈半固態，當含水率在22%～38%，土壤就會變得如同橡皮泥一樣。當含水率超過38%，那么土體會因為水量過多，產生自由水，土體會呈流動的狀態。一般來說塑限和液限都高的土體，工程性質更好，但本工程的塑限比較低，對工程不利，需要加固處理。

3 影響巖土工程勘察試驗檢測質量的因素及改進對策

在巖土勘察試驗中，實驗室的試驗工作占據了相當大的比重，但實驗室土工試驗工作涉及的影響因素較多，如果不加以注意，就很可能影響試驗結果質量，為工程帶來準確性差的試驗結果。因此為有效地確保巖土工程勘察試驗工作的境地，將相關影響因素的負面影響降至最低，就需要明確可影響試驗檢測質量的相關因素，并采取有效的應對措施進行改進，本工程在開展土工試驗工作之前，就分析了相關影響因素，并制定了改進對策，具體包括以下方面。

3.1 設備影響因素及其對策

（1）影響因素。當前，我國加大了工程建設力度，巖土勘察行業也迎來了發展的黃金期，各地巖土勘察單位的業務也不斷增多，這就需要各類檢測設備來作為技術支持。但從實際情況來看，一些巖土勘察單位的檢測設備存在一定短缺，導致難以勝任日益繁重的巖土勘察試驗檢測工作。另外，還有設備的維護維修問題[4]。在開展巖土勘察試驗工作的時候，因為工作強度大，加上人為因素的疏忽和資金的短缺，導致了設備的損耗越來越大，沒有及時維護維修，導致了大量的設備的質量嚴重下降，難以滿足測試需求，這些檢測設備方面的問題，對巖土工程勘察試驗檢測工作質量造成了顯著的影響。

（2）改進對策。優良的試驗儀器設備是試驗結果準確可靠的基本保障，所以要強化試驗裝置的更新和定期維護。在本巖土勘察試驗工作開展之前，先全面檢查了本單位儀器設備是否能夠滿足檢驗工作需要，開展了設備維護維修工作，對于儀器零件需要更換的地方，及時去采購。此外，本單位還制定了定期維護的工作制度，在采購新設備、新配件的時候，也加強驗收工作，日常定期維修檢查，對于破損得比較厲害的儀器部件，及時盡快地進行替換，確保測試的品質。

3.2 工作制度方面的影響因素及其對策

（1）影響因素。規范的工作制度是指導巖土勘察試驗檢測工作成功進行的一個重要工作指導，但一些巖土勘察單位的工作制度不完整、針對性不強，甚至直接存在工作制度缺失，這些問題都會對實際的勘測工作產生直接的影響，使得在開展巖土勘察試驗工作時缺少可參考的工作規范，導致工作混亂[5]。當前，巖土勘察行業的競爭日趨白熱化，部分單位由于缺少規范的工作制度進行工作指引，也為了減少勘察費用，在工作中比較隨意，出現隨意不規范、勘察深度不足、勘察點位布局不盡合理等各類問題，導致勘察質量顯著下降，檢測精度很難得到保障。另外，調查報告中也有不完備的地方，當前，一些勘察單位的測試結果主要簡單的試驗數據陳列，缺少針對性的意見，使得業主、設計方與施工方在看到勘察結果后，也看不出所以然，不知道如何下手，不能給工程設計、施工單位以明確的工作指導。

（2）改進對策。針對以上問題，本工程在勘察試驗之前，進一步完善了單位的工作規范制度，明確了巖土勘察試驗工作的規范操作流程，對于一些重點環節，均以制度化的形式強制要求相關人員按規定執行，并安排監督人員進行監督巖土勘察試驗工作是否按照規范流程執行。對于試驗結果在羅列各項試驗數據的同時，還應當要求給出建設性的意見，對設計方和施工方更加明確的工作指導。

3.3 人員影響因素及其對策

（1）影響因素。巖土勘察試驗工作是一個專業性很強的工作，需要參與人員具備專業的知識和技能，但從實際情況來看，一些巖土勘察單位的人員綜合素質參差不齊，單位的培訓力度不足，缺乏足夠的后備力量，尤其是在承接多個巖土勘察項目后，這一缺陷帶來的影響就會十分明顯，一些應急補缺的人員其能力可能就會達不到要求，導致巖土勘察檢測試驗結果的準確率、可靠性難以有效保障。

（2）對策。本項目在上崗前精心挑選具備巖土勘察試驗工作相關知識和技能的專業型人才，并在崗前開展專題強化培訓，確保負責重要試驗崗位的人員其職業素養可以達到項目要求。此外，為增加后備力量，要求一些工作經驗不足的人員也參與進項目中，但不負責重要崗位，主要是承擔一些基礎的協助、核對等工作，但可以通過這種方式增強其工作經驗，增加單位的人才儲備，以備應對今后更多的巖土勘察試驗工作任務。

4 結語

綜上，案例工程按照上述規范流程開展巖土勘察試驗檢測工作，并針對可影響試驗工作質量的相關因素制定優化對策，最終圓滿完成了勘察試驗檢測工作，為業主、設計方、施工方提供了可靠的工程巖土地質勘察數據資料。總之，巖土勘察試驗工作的專業性強，需要按照規范的流程開展相關工作，并強化質量控制，規避可能影響試驗結果的相關因素，為工程項目建設提供強有力的支撐。