土工试验中常见问题及对策

浅谈土工试验中常见的问题及对策摘要岩土勘察的一项重要内容就是土工试验，土工试验也是地质工作的非常重要的部分。从某种意义上来说，土工试验的结果不仅影响着工程的勘察效果，还为土体的地质性质与变形机理提供了力学等方面的指标。因此，在岩土工程中，展开对土工试验的探讨是非常有必要的。

关键词土工试验问题对策

在实际的岩土勘察工程中，每一个施工现场的地质情况都是不一样的，即使是在相同的地方，土质也会有所变化。在进行工程设计时，一定要对工程所在地的土质进行仔细的测试，因为土本身的特性，在进行取样等活动时的扰动，以及试验所采用的设备、方法和人员的差异，都会使试验结果出现一些偏差，进而导致工程设计的准确性降低，对工程的安全性和稳定性造成不利影响。所以，一定要严格按照有关程序和要求进行土工试验，对出现的问题妥善处理，并对测试的手段和方法不断地进行完善，从而提高施工的安全性和经济效益。在土木工程中,工程设计、监理施工质量和控制工程安全都需要对现场的土质进行测试。测试结果的准确与否直接影响工程质量和安全使用。笔者通过大量的试验研究发现土工试验中存在的一些问题须认真对待,不断改进和完善测试手段,为工程设计及施工提供可靠的依据。

一试验依据

在土木工程中,土工试验的依据主要有1999年水利部发布的中

华人民共和国行业标准《土工试验规程(sl237—1999)》(南京水利科学研究院主编)和1999年国家质量技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布中华人民共和国国家标准《土工试验方法标准(gb/t50123—1999)》,为叙述方便,以下简称《规程》和《标准》。在工程实际的应用中,发现《规程》和《标准》中一些试验的控制方法和标准是模糊的、定性的。对同一试验,同样试验设备,同样试样,同样的方法标准,不同的试验人员取得试验结果存在较大误差。

二试验存在的常见问题

土工试验的内容较多,下面仅就常用的含水率试验、液塑限试验、击实试验为例具体说明。

(1)含水率试验:含水率是土的基本物性指标之一,也是工程施工质量控制的依据。《规程》和《标准》中首推的方法是烘干法,《规程》定义是:试样保持温度105℃~110℃的烘箱中烘到恒量时所失去的水质量和达到恒量后干土质量的比值;《标准》是试样在保持105℃~110℃的烘箱中烘到恒量。通过大量试验发现

1)烘至恒量,这是一个模糊概念,也是比较难操作的。笔者认为恒量是个准确的值,也就是烘干试样前后两次称量差值小于

0·01g(精度要求)为恒量;

2)《规程》和《标准》给出的试样较多的是细粒土,但对粗粒土含水率测试则没有说明。通过大量试验,发现酒精燃烧法对粗粒土是一种较好的测试含水率方法。表1是笔者对细粒土、粗粒土进行烘干法和酒精燃烧法的试验结果任意抽取两组数据。

从表中看出对于粘性土,烘干法和酒精燃烧法平行差满足要求,但酒精燃烧法更合适,时间短、结果准确,烘干法需长时间烘烤,否则引起较大误差;对于粗粒土(较松散的颗粒),烘干法和酒精燃烧法的精度相差不大,但烘干法时间较长,不经济。

(2)液塑限试验:目前液塑限试验用的较多的是数显液塑限联合测定仪。在实验中发现:

1)《规程》和《标准》对调拌均匀的土样怎样密实地填入试样杯中,也就是说密实的方式没有具体的说明,但密实方式不同测试结果有明显的不同;

2)同一杯试样测定需要几个测点,《规程》在圆锥下沉深度与含水率关系图中显示只有3个测点,《标准》则给出应不少于3点,但试验表明多个测点与3个测点以及测点布置方式不同,测试数据相差较大;

3)土样在制备过程,是同一试样不同含水量采用多次加水调匀测试还是土样分成3份,分别放入3个盛土皿中加入不同数量的水调匀测试,《规程》采用的是后者,《标准》采用的是前者; 4)数据处理中《标准》和《规程》均是在圆锥下沉深度与含水率关系图在b线上查的下沉深度分别为17mm和2mm所对应的含水率分别为液限和塑限,这种方法精度较低,补做实验量大,因为下沉深度为2mm处查的相应两个含水率的差值大于等于2%时,要补做试验,一些文献详细说明了关于液塑限试验数据处理的方法。表2为液塑限不同方式下试验结果。

从表2中看出不同的密实方式,不同的测点,不同调匀试样结果差异,分析如下:第一,不同的密实方式,密实均匀度和密实度差异,导致圆锥下沉深度不同;第二,三测点距杯圆心均匀布置下沉深度差异小;多测点布置引起相邻测点间由于杯内土密挤使试样密实度增大,下沉深度降低;第三,用文献[1]的方法三测点测试精度高,不补做试验。第四,同一试样采用三次加水调匀测试与土样分三份分别加水调匀测试相比,前者易于把三次下沉深度差距拉大,提高试验精度。

(3)击实试验:对土木工程而言,压实质量的好坏体现在击实试验的最大干密度和最佳含水量上,击实试验是确定土的力学性能的重要试验之一。

1)《规程》和《标准》规定粒径小于5mm为轻型击实,粒径小于20mm为重型击实;一些文献将粒径小于5mm分为轻型击实,同时给出对于水库、堤防填土等工程也常用轻型击实,粒径小于20mm分为重型击实,同时给出对于高速公路填土和机场跑道等工程也常用重型击实外,还有不少文献如此分法;

2)根据《规程》和《标准》给出的击实操作方法,粘性土和部分的粉土可以击实成型外,粗粒土较难击实成型,且含水率低于笔者试验的最佳含水率6个百分点的粘性土也不能成型,相关文献提出低含水量细粒土可成型的方法,具体探讨了影响粗粒土的击实的因素,但操作过程没有给出;

3)击实试验的余土高度应小于6mm,否则补做试验。实验操作中

发现,在最佳含水量前所用试样重量随含水量增加,最佳含水量后

试样重量随含水量减少,接近最佳含水量时试样重量按《规程》和《标准》要求称量才可,否则每一含水量击实余土高度不是大于6mm,就是低于筒顶高度,相关文献给出±3cm之间的余土高度较好。

4)根据《规程》和《标准》方法绘制击实曲线,一是曲线线形差异大,二根据曲线取值误差较大，有的文献对击实曲线及数据处理做了详细阐述。关于影响击实试验成果的其他因素,在一些文献中都不同程度地做了说明。

三结论

针对土工试验中存在的一些问题,提出以下建议:

1)现行的《规程》和《标准》修订时要考虑到试验操作方法的准确、统一,适宜操作,是试验结果具有可比性,减少人为误差;

2)对于《规程》《标准》中没给出粗粒土(粗砂、中砂、碎石、砾石等)有关的试验内容、实验方法及数据处理方法补充完善起来;

3)现行的《规程》和《标准》修订时听取一线的科研人员建议,加强试验的可操作性,强大后备系统。

参考文献

[1]刘文彬,韩志型.提高液塑限试验成果精度的另一种解法.四川建筑, 2005, (5).

[2]袁聚云.土工试验原理.上海:同济大学出版社, 2003.

[3]张志权.提高击实试验结果准确性的探讨.岩土工程界, 2004,(5).