談原狀土樣質(zhì)量的影響因素與對(duì)策

談原狀土樣質(zhì)量的影響因素與對(duì)策摘要：原狀土樣測(cè)試是建筑工程地基勘探的重要內(nèi)容，原狀土應(yīng)盡量保持原樣，才能真實(shí)反映土層的物理力學(xué)指標(biāo)。本文就原狀土樣質(zhì)量的影響因素與保證措施進(jìn)行了論述，包括：取土器、鉆進(jìn)方法、取樣操作以及土樣的封裝、運(yùn)輸與保存等內(nèi)容。建筑工程地基勘察對(duì)原狀土樣質(zhì)量的基本要求是：保持土樣的原始狀態(tài)，或土樣受擾動(dòng)程度在允許范圍之內(nèi)。實(shí)際上，要獲得完全不受擾動(dòng)的土樣是不可能的，因?yàn)樵谧匀粻顟B(tài)下，土體中任一質(zhì)點(diǎn)的內(nèi)應(yīng)力都是平衡的，如將土樣從土體中取出，會(huì)因消除了土樣周圍土體的壓力，應(yīng)力條件發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)質(zhì)點(diǎn)間粘聚力的破壞，土體的原結(jié)構(gòu)必然改變。使原狀土樣受到破壞和擾動(dòng)的因素是復(fù)雜而多樣的，如：取土器、成孔質(zhì)量、采樣方法等等。為促使原狀土樣盡量保持原狀，應(yīng)采取必要措施以減少土樣遭受擾動(dòng)和破壞的程度。一、影響原狀土樣質(zhì)量的因素㈠取土器的影響取土器是原狀土樣質(zhì)量的主要影響因素之一。取土器的技術(shù)性能要滿足保證原狀土樣質(zhì)量的要求：一是達(dá)到所取土樣不掉落，且對(duì)土試樣擾動(dòng)最小；二是進(jìn)入土層較順利，摩擦阻力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且便于加工制作。為防止土樣脫落和盡量減少對(duì)土樣的擾動(dòng)，取土器技術(shù)性能設(shè)計(jì)要考慮土樣所受的多種壓力，包括鉆孔中的大氣壓力、水柱壓力、內(nèi)壁摩擦力和筒內(nèi)產(chǎn)生的壓密力，取土?xí)r土試樣下端所受的真空吸力、本身的粘聚力和自重等。另外還應(yīng)考慮取土器有足夠的強(qiáng)度。為了實(shí)現(xiàn)上述要求，在確定取土器有關(guān)技術(shù)參數(shù)時(shí)就須考慮有最適宜的直徑、厚度及長(zhǎng)度；在不同土類中壓入或擊入深度；取土器結(jié)構(gòu)對(duì)土樣結(jié)構(gòu)擾動(dòng)的影響等。在《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—94）中對(duì)取土器的技術(shù)參數(shù)已作了規(guī)定，其標(biāo)準(zhǔn)如表1，在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行。表1取土器的技術(shù)參數(shù)取土器參數(shù)厚壁取土器薄壁取土器敝口自由活塞水壓固定活塞固定活塞面積比（Dw－D2e）×100（%）/D2e13～20≤10＞10＜13內(nèi)間隙比（Ds－De）×100（%）/De0.5～1.5500.5～1.00外間隙比（Dw－Dt）×100（%）/Dt0～2.00刃口角度α（°°）＜105～10長(zhǎng)度L（mm）400，5000對(duì)砂土：（5～～10）De對(duì)粘性土：（110～15）De外徑Dt（mm）75～89，110875，100襯管整園或半合管，塑塑料、酚醛醛層壓紙或或鍍鋅鐵皮皮制成無(wú)襯管，束節(jié)式式取土器襯襯管同左注：⑴取土器取樣管及襯管內(nèi)壁必須光滑圓整，內(nèi)壁加工光潔度應(yīng)達(dá)▽5~▽6；⑵在特殊情況下取土器直徑可增大至150~250mm；⑶表中符號(hào)：De——取土器刃口內(nèi)徑，D——取樣管內(nèi)徑（加襯管時(shí)為襯管內(nèi)徑），Dt——取樣管外徑，D——取土器管靴外徑，對(duì)薄壁管D=Dt㈡采樣方法的影響采樣方法亦是影響原狀土樣質(zhì)量的主要因素。我們?cè)趯?shí)踐中體會(huì)到：⑴上擊法較下?lián)舴▽?duì)土樣擾動(dòng)較大。⑵重錘少擊法對(duì)土樣的擾動(dòng)較小，尤以一次擊入最好。輕錘多擊法對(duì)土樣擾動(dòng)則較大。⑶快速壓入法對(duì)土樣擾動(dòng)很??；慢速壓入法對(duì)土樣有一定程度的擾動(dòng)，但擾動(dòng)的程度比輕錘多擊法要輕。⑷回轉(zhuǎn)法采用回轉(zhuǎn)式單動(dòng)雙管取土器，內(nèi)管稍長(zhǎng)于外管，取土的內(nèi)管是壓入土層取樣，外管回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，削切的廢土靠沖洗液帶出孔口。這種方法可有效減小土樣擾動(dòng)程度，提高原狀土樣質(zhì)量。㈢其它因素的影響鉆探方法、成孔質(zhì)量、取樣過程中的各種操作方法以及土樣的封樣、運(yùn)輸和保存等等，也對(duì)原狀土樣質(zhì)量產(chǎn)生個(gè)別影響，在此不做細(xì)述。二、保證原狀土樣質(zhì)量的措施不同的勘察工程對(duì)土試樣測(cè)試項(xiàng)目的要求不同，不同的測(cè)試目的對(duì)土試樣質(zhì)量要求也不同。我們首先應(yīng)該明確試樣的質(zhì)量等級(jí)，然后采用對(duì)應(yīng)的取樣工藝。GB50021-94規(guī)范對(duì)土試樣質(zhì)量劃分了四個(gè)等級(jí)。㈠合理選擇取土器和取樣方法。要根據(jù)土試樣的質(zhì)量要求、地層特點(diǎn)和設(shè)備條件，選擇合適的取土器和取樣方法。GB50021-94規(guī)范提供的選擇取樣工具和取樣方法見表2，這是我們實(shí)際工作的重要依據(jù)。表2不同等級(jí)土試樣要求的取樣工具和方法土試樣質(zhì)量等級(jí)取樣工具或方法法適用用土類粘性性土粉土砂土礫砂、碎石土、軟軟巖流塑軟塑可塑硬塑堅(jiān)硬粉砂細(xì)砂中砂粗砂薄壁取土器固定活塞水壓固定定活塞++++++++++----++++--------Ⅰ自由活塞敞口-++++++----++++--------回轉(zhuǎn)取取土器單動(dòng)三重管雙動(dòng)三重管--+-++-++++++++-++-++--++-++-++深井（槽）中刻刻取塊狀土土樣++++++++++++++++++++++表2不同等級(jí)土試樣要求的取樣工具和方法（續(xù)）Ⅱ薄壁取土器水壓固定活塞自由活塞敞口口++++++++++++++++------++++++------------回轉(zhuǎn)取土器單動(dòng)三重管雙動(dòng)三重管--+-++-++++++++-++-++--++-++-++厚壁敞口取土器器++++++++++++++-Ⅲ厚壁敞口取土器器標(biāo)準(zhǔn)貫入器螺紋鉆頭巖芯鉆頭+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++-+++++-+++++-+++++-+---+Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)貫入器螺紋鉆頭巖芯鉆頭+++++++++++++++++++++++++++++++++++++-++++-++++-++++-++--++注：①++適用，+部分適用，-不適用；②采取砂土試樣應(yīng)有防止試樣失落的補(bǔ)充措施；③有經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可用束節(jié)式取土器代替薄壁取土器。㈡取土器使用前應(yīng)在其內(nèi)壁涂刷潤(rùn)滑劑。禁止使用取樣管壓扁、刃口殘缺或卷曲、內(nèi)壁銹蝕、襯管卷折或搭接不平的取土器。㈢取土器的設(shè)計(jì)和制造須符合規(guī)范中取土器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)圖紙要符合機(jī)械設(shè)計(jì)的科學(xué)要求。加工制造要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，作工應(yīng)精細(xì)。㈣保持原狀土樣必須選擇正確的鉆進(jìn)方法。要獲得保持原狀結(jié)構(gòu)的土樣，須保證孔底土樣不受不合理的鉆進(jìn)壓力或擾動(dòng)，這對(duì)結(jié)構(gòu)敏感的土層更為重要。一般來(lái)說(shuō)，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法比沖擊鉆進(jìn)法好。如：在粉土、濕陷性黃土中取樣應(yīng)采用回轉(zhuǎn)方法，并應(yīng)控制鉆進(jìn)回次進(jìn)尺，一般不超過1.0m；在臨取樣前的一回次進(jìn)尺應(yīng)更少，不宜超過0.30m。㈤鉆孔要保持垂直。鉆孔若傾斜，一方面下放取土器過程中，取土器會(huì)刮削孔壁而增多余土，而使土樣受擠壓擾動(dòng)；另一方面，在傾斜鉆孔中取出的土樣也是傾斜的，試驗(yàn)所得的物理力學(xué)性能指標(biāo)不符合實(shí)際情況。㈥保證鉆進(jìn)結(jié)構(gòu)的合理性。在軟土地層中，由于地層遇水膨脹性強(qiáng)，會(huì)造成鉆孔嚴(yán)重縮徑，致使下放取土器時(shí)刮削亂壁，增加了余土量，擾動(dòng)了土樣。所以，要求取土器與鉆孔孔徑有一個(gè)適宜的環(huán)狀間隙，使取土器順利下放。這個(gè)間隙宜大于20mm。㈦提高取土器切入土層速度。如果取土器切入土層的速度慢，土樣的側(cè)向膨脹會(huì)使其與取土器內(nèi)壁摩擦而產(chǎn)生擾動(dòng)；反之，若取土器切入土層的速度快，土樣不待膨脹已順利進(jìn)入取土器中，擾動(dòng)程度會(huì)有效減少。㈧必須執(zhí)行正確的操作方法。⑴在地下水位以上的土層鉆進(jìn)遇水易于浸濕而影響土試樣質(zhì)量，此時(shí)不允許向孔內(nèi)注水或使用沖洗液。⑵在地下水位以下的軟土、粉土及砂土中鉆進(jìn)時(shí)可以采用泥漿護(hù)壁。若采用套管，則要始終保持孔內(nèi)水位等于或銷高于地下水位，取樣位置至少要低于套管底部1m。⑶下放取土器之前應(yīng)仔細(xì)清孔，孔底殘留浮土厚度不得大于取土器上端廢土段長(zhǎng)度，下放取土器時(shí)禁止沖擊孔底。⑷如果采用沖擊、振沖鉆進(jìn)，至少要在預(yù)計(jì)取樣位置以上1m開始改用加旋方式鉆至取樣位置。⑸對(duì)粘性較強(qiáng)的土層，上提取土器之前可回轉(zhuǎn)3圈，使土樣從底端斷開，并應(yīng)增加環(huán)狀間隙，避免孔底形成真空吸力。⑹沖擊取土要有良好的導(dǎo)向裝置，避免錘擊時(shí)搖晃。⑺土樣的襯管要安放平整，保持整潔干凈。不得使用口徑較小的襯管。㈨切實(shí)做好土樣的封裝、運(yùn)輸和保存工作。⑴取出土樣后，要立即將襯管兩端蓋嚴(yán)。襯管未填滿時(shí)，可補(bǔ)填石蠟，以免土樣在襯管內(nèi)滑動(dòng)。然后用膠布密封接縫處，