巖土工程勘察土工試驗存在的常見問題及對策

陳飛

（浙江省工程勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315012）

0 引言

巖土工程勘察土工試驗是勘察的核心環(huán)節(jié)，只有嚴(yán)格控制巖土工程勘察質(zhì)量才能保障勘察設(shè)計的合理性，因此，土工試驗是巖土工程勘察的重要環(huán)節(jié)，就目前我國巖土工程勘察土工試驗現(xiàn)狀而言，雖然融入了很多新技術(shù)、新設(shè)備，使得土工試驗技術(shù)已經(jīng)得到了很大程度上的提升，但是依然存在很多問題亟待解決，需采取有針對性的方法和對策，才能最大限度上保障土工試驗的準(zhǔn)確性?；诖?，開展巖土工程勘察土工試驗存在的常見問題及對策的分析研究就顯得尤為必要。

1 土工試驗的內(nèi)容

巖土工程勘察土工試驗是測定巖土體參數(shù)的重要方法之一，其內(nèi)容主要涉及巖土的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、水理性質(zhì)等眾多方面。首先，土工試驗的重要性不言而喻，它對整個工程的質(zhì)量有著直接的影響。在實際操作中，巖土工程勘察土工試驗通常包括取樣試驗和原位試驗兩大類。取樣試驗一般在實驗室內(nèi)進(jìn)行，主要包括測定巖、土結(jié)構(gòu)和成分的指標(biāo)，如巖石的密度、吸水率和飽和吸水率等；土的粒度級配、天然含水率、密度、液限和塑限、脹縮性指標(biāo)、崩解性指標(biāo)、毛管水上升高度等。同時，還會進(jìn)行滲透性指標(biāo)的測定，以及變形性能和強(qiáng)度指標(biāo)的測試，如巖石的各種模量以及土的壓縮系數(shù)和變形模量；巖石的單軸抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度以及巖、土的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力等。另一方面，原位試驗則是在巖、土體上直接進(jìn)行的。通過這類試驗，可以更加真實地反映巖土體在現(xiàn)場的實際狀態(tài)。總的來說，巖土工程勘察的目標(biāo)就是正確反映場地的工程地質(zhì)條件及巖土體性態(tài)的影響，為工程設(shè)計、施工提供技術(shù)論證和評價，以解決巖土工程問題。因此，巖土工程勘察中的土工試驗內(nèi)容是非常豐富和關(guān)鍵的，需要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 巖土工程勘察土工試驗存在的常見問題

2.1 取樣方面的問題

我國擁有960 萬km2的國土面積，各地區(qū)的地理環(huán)境、地質(zhì)水文條件差異明顯，生態(tài)背景不同，土樣所呈現(xiàn)出的特點也不相同。而巖土成分對建筑工程造成的影響非常大。這就要求在巖土工程勘察土工試驗中必須保障取樣工作的有效性、有代表性、準(zhǔn)確性。在實際取樣操作中，若未嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定選擇取樣的范圍和取樣操作，或者是儀器設(shè)備選擇不當(dāng)，工作態(tài)度不端正，都會影響到最終巖土工程勘察土工試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，無法為項目勘察提供有針對性的數(shù)據(jù)支持，必然會影響到工程項目勘察的總體效果[1]。比如：某巖土工程勘察土工試驗中，現(xiàn)場取樣人員只對深度范圍在4～5m 的土層進(jìn)行取樣，判斷該土樣為粉土，但經(jīng)巖土工程勘察土工試驗結(jié)果顯示為粉質(zhì)黏土，由于取樣操作不規(guī)范，致使取樣時非土樣的松散大顆粒在提鉆時掉落到取土器下方，被現(xiàn)場采樣人員誤認(rèn)為是樣土進(jìn)行觀察，從而引起了觀察結(jié)果和土工試驗結(jié)果不一致的情況。

2.2 試驗方法方面的問題

巖土工程勘察工作在工程項目建設(shè)中具有極其重要的地位，是不可或缺的一環(huán)。在進(jìn)行巖土工程勘察工作時，必須具備長遠(yuǎn)的眼光，確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和代表性。然而，在實際的土工試驗中，普遍存在方法較為單一的問題，許多工程將其僅視為一個程序性的過程。這導(dǎo)致一些試驗人員往往只關(guān)注眼前的問題，按部就班地執(zhí)行試驗，而沒有根據(jù)工程的實際情況制定合理的試驗方案[2]。這種做法使得試驗結(jié)果較為片面，缺乏代表性。更為嚴(yán)重的是，有些土工試驗人員過于依賴以往的經(jīng)驗，直接得出結(jié)論，這給工程項目帶來了極大的安全隱患。

2.3 野外編錄方面存在的問題

地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多變性使得土工試驗在巖土工程勘測中具有極其重要和現(xiàn)實的意義。土工試驗是研究土的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和工程性質(zhì)的重要手段，通過室內(nèi)土工試驗與野外勘測相結(jié)合，可以更深入、更清晰地了解施工地區(qū)的地質(zhì)情況。室內(nèi)土工試驗可以模擬不同條件下的土體行為，從而為野外勘測提供重要的參考依據(jù)。在室內(nèi)試驗中，可以控制土體的應(yīng)力、應(yīng)變和時間等參數(shù)，觀察土體的變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性等特性，從而為野外勘測提供重要的數(shù)據(jù)支持。野外勘測可以提供更真實、更全面的地質(zhì)信息，在野外勘測中，可以直接觀察施工地區(qū)的地質(zhì)情況，了解土體的分布、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等信息。同時，還可以通過鉆探、原位測試和取樣等手段獲取更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為室內(nèi)試驗提供重要的補(bǔ)充[3]。然而，當(dāng)前我國野外勘測存在的主要問題在于人員過多且成員之間缺乏合作。在野外勘測中，由于人員過多，導(dǎo)致勘測工作難以統(tǒng)一協(xié)調(diào)，進(jìn)而影響勘測結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性。此外，成員之間缺乏合作也會導(dǎo)致信息溝通不暢，影響勘測效率和質(zhì)量。

2.4 設(shè)備方面的問題

雖然我國在巖土工程勘察土工試驗方面有較為長遠(yuǎn)的研究歷史，總結(jié)了大量經(jīng)驗和教訓(xùn)，但與此同時也出現(xiàn)土工試驗設(shè)備儀器老化嚴(yán)重的問題。雖然這些老舊的設(shè)備也可以滿足大部分巖土工程施工建設(shè)基本需求，但會降低巖土工程勘察土工試驗的效率、質(zhì)量。雖然我國有老化設(shè)備及時更新?lián)Q代的規(guī)定，但也有一些企業(yè)和單位，依然在使用老化的土工試驗設(shè)備儀器，此種問題的存在，不但會影響到巖土工程勘察土工試驗的準(zhǔn)確性，而且不利于保障試驗人員的安全性[4]。

3 解決巖土工程勘察土工試驗存在問題的對策

3.1 取樣問題的解決對策

巖土工程勘察中土工試驗的取樣操作是一個非常重要的環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響到后續(xù)的試驗結(jié)果和工程設(shè)計的合理性。為解決巖土工程勘察土工試驗存在隨機(jī)取樣，或者取樣缺乏代表性的問題，可從以下方面同時入手。

（1）確定取樣點的位置和數(shù)量。根據(jù)勘察方案和設(shè)計要求，確定取樣點的位置和數(shù)量，并按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行布置。

（2）準(zhǔn)備取樣工具和設(shè)備。根據(jù)試驗要求，準(zhǔn)備相應(yīng)的取樣工具和設(shè)備，如取樣器、鉆頭、鉆桿、泥漿等。

（3）做好現(xiàn)場勘察和記錄。在取樣前，需要進(jìn)行現(xiàn)場勘察和記錄，包括地形地貌、地層分布、地下水情況等，以便更準(zhǔn)確地確定取樣點的位置和深度。

（4）規(guī)范取樣操作。根據(jù)規(guī)范要求，采用適當(dāng)?shù)娜臃椒ê凸ぞ哌M(jìn)行取樣操作，如鉆孔取樣、挖坑取樣、振動棒取樣等。在取樣過程中，要注意避免對土壤造成擾動和破壞，保障取樣的代表性和準(zhǔn)確性。

（5）處理和保存樣品。取樣完成后，要及時對樣品進(jìn)行處理和保存，如清洗、分類、稱重、標(biāo)記等，以保障樣品的質(zhì)量和可追溯性。

3.2 試驗方法問題的解決對策

針對巖土工程勘察土工試驗中存在試驗方法較為單一，難以準(zhǔn)確獲得土樣理化性質(zhì)的問題，需積極引進(jìn)更加先進(jìn)的試驗方法，并采用兩種或者是兩種以上試驗方法相結(jié)合的土工試驗方法。巖土工程勘察的土工試驗是獲取地下土層信息的重要環(huán)節(jié)，其主要目標(biāo)是提供土的物理性質(zhì)指標(biāo)和力學(xué)性能指標(biāo)，為土層分層提供依據(jù)。為提升土工試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，可采用取樣試驗+原位試驗相互結(jié)合的方法。

取樣試驗可以測定巖石和土壤的各種物理和力學(xué)性質(zhì)。通過取樣試驗測定巖石的密度和吸水率。這些數(shù)據(jù)對于了解巖石的物理性質(zhì)和工程應(yīng)用非常重要。除了巖石外，還可對土進(jìn)行粒度級配和天然含水率的測定。粒度級配是指土中不同粒徑顆粒的分布情況，而天然含水率則反映了土的濕度。這些數(shù)據(jù)對于評估土壤的工程性質(zhì)和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

原位試驗是一種在巖土體原位置進(jìn)行的試驗，它能夠保持天然結(jié)構(gòu)、含水量和應(yīng)力狀態(tài)，從而真實反映工程特性。這種試驗方法在巖土工程中具有非常重要的意義，因為它能夠提供更加準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)，幫助勘察更好地了解巖土體的性質(zhì)和行為。原位試驗?zāi)軌虮３謳r土體的天然結(jié)構(gòu)。在巖土工程中，工程師需要了解巖土體的性質(zhì)和行為，以便更好地設(shè)計、施工和維護(hù)工程。原位試驗?zāi)軌蛱峁└訙?zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)，幫助勘察更好地了解巖土體的性質(zhì)和行為，從而為工程設(shè)計和施工提供更加可靠的基礎(chǔ)。原位試驗中堆載平臺系統(tǒng)的設(shè)備布置如圖1 所示。

圖1 原位試驗中堆載平臺系統(tǒng)的設(shè)備布置

兩種土工試驗相互結(jié)合的方法，可避免單一方法存在的確定，實現(xiàn)現(xiàn)場和實驗室的聯(lián)合檢測，從而最大限度上降低客觀因素對土工試驗準(zhǔn)確性造成的影響。但需要注意的是無論是取樣試驗還是原位試驗，都需嚴(yán)格監(jiān)督取樣過程和測試操作，以保障其測量成果的精確度和真實性。同時，《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123—2019）是當(dāng)前國家標(biāo)準(zhǔn)，自2019 年10 月1 日起實施，所有相關(guān)工作人員需要遵照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。

3.3 野外編錄問題的解決對策

針對目前土工試驗中存在的人員過多且各成員之間缺乏有效合作、難以統(tǒng)一協(xié)調(diào)的問題，需要采取一系列措施來提升人員之間的合作和溝通，建立起科學(xué)有效的信息共享機(jī)制。

首先，需要對土工試驗人員進(jìn)行集中培訓(xùn)，以提升相互之間的協(xié)作互助能力。通過培訓(xùn)，可以讓試驗人員更加熟悉彼此的工作流程和技能，從而更好地進(jìn)行協(xié)作。同時，培訓(xùn)還可以提高試驗人員的專業(yè)素養(yǎng)和技能水平，使他們能夠更好地應(yīng)對各種復(fù)雜的土工試驗問題。

其次，需要建立起科學(xué)有效的信息共享機(jī)制。在土工試驗中，信息的傳遞和共享是非常重要的[5]。通過建立信息共享機(jī)制，可以讓試驗人員更加方便地獲取和使用各種信息和資源，從而提高工作效率和質(zhì)量。同時，信息共享機(jī)制還可以促進(jìn)各成員之間的交流和合作，避免出現(xiàn)重復(fù)工作和資源浪費的情況。

最后，還需要加強(qiáng)人員之間的合作和溝通。在土工試驗中，各成員之間的合作和溝通是非常重要的。通過加強(qiáng)合作和溝通，我們可以更好地協(xié)調(diào)工作流程和資源分配，避免出現(xiàn)各種問題和矛盾。同時，合作和溝通還可以促進(jìn)團(tuán)隊凝聚力和工作效率的提升，為土工試驗的順利進(jìn)行提供有力的保障。

3.4 設(shè)備問題的解決對策

針對目前土工試驗中存在設(shè)備老化嚴(yán)重的問題，需要在加強(qiáng)創(chuàng)新試驗技術(shù)的基礎(chǔ)上，加大資金投入力度，盡量摒棄傳統(tǒng)粗放、笨重的試驗設(shè)備，引進(jìn)更加先進(jìn)、科學(xué)、自動化能力強(qiáng)土工試驗設(shè)備，如萬能試驗機(jī)、巖石彈性波速儀和裂紋擴(kuò)展試驗儀、三軸儀等，其中三軸儀目前巖土工程勘察土工試驗中應(yīng)用的主要設(shè)備之一，可用于土樣的變形和強(qiáng)度試驗、可控排水條件試驗、完整的描述試樣受力和變形破壞的全過程、進(jìn)行不同應(yīng)力路徑試驗等，三軸儀計量性能要求如表1 所示。

表1 三軸儀計量性能要求

為充分發(fā)揮出先進(jìn)土工試驗設(shè)備的作用和價值，相關(guān)人員必須重視設(shè)備的后期維護(hù)和管理工作，建立健全的監(jiān)控系統(tǒng)，并加強(qiáng)對操作人員的操作過程和監(jiān)管，確保其嚴(yán)格按照設(shè)備使用要求進(jìn)行操作[6]。同時，在試驗過程中，應(yīng)建立一套完整的管理制度，對于實驗室中的儀器故障或電腦數(shù)據(jù)出錯等情況，應(yīng)及時上報相關(guān)部門。只有確保各試驗設(shè)備能夠科學(xué)、準(zhǔn)確地運用，才能有效保障實驗操作的安全性和高效性。

4 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合理論實踐，分析了巖土工程勘察土工試驗存在的常見問題及對策，分析結(jié)果表明，由于我國巖土工程勘察技術(shù)還存在很多不足之處，因此在土工試驗中還存在一些問題，這些問題嚴(yán)重影響了巖土工程勘察的工作質(zhì)量，因此在巖土工程勘察中需要加強(qiáng)對土工試驗工作的重視程度，采取有效措施對土工試驗中存在的問題進(jìn)行解決，從而提高土工試驗質(zhì)量，為巖土工程勘察工作提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。