浅谈控制取样方法确保花岗岩残积土室内测试参数的可靠性

摘要：土工实验为工程设计提供依据，其测试参数的可靠性对工程安全和资源的有效利用具有重要的影响作用。广东地区广泛分布的花岗岩残积土存在着取样难、测试结果可靠性低等特点。文章阐述了取样方法影响室内测试参数的准确性的原因，介绍了控制钻机取样的方法，从取样方法角度对实验室质量管理体系建设进行了补充。

关键词：取样方法；土工实验；花岗岩残积土；测试参数

中图分类号：TU449 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）10-0087-02

1 概述

土工试验是岩土工程勘察工作中的一个重要组成部分，通过土工实验测试可以取得土和岩石的物理力学性质指标，以供设计计算使用。岩土体具有不均匀的特点，不同的建筑场地内岩土体特性变化大，加之取样、运输过程中的扰动以及试验仪器和操作方法的差异，还有试验人员的素质不同，使得土工试验中测试的结果存在一定程度的失真，影响工程设计的准确性。广东地区花岗岩残积土分布广泛，其特点是风化不均匀、厚度变化大、易于扰动、难取样、施工难度大等。更重要的是广州地铁、深圳地铁中隧道车站的绝大部分底板都处在花岗岩残积土中，所以以花岗岩残积土为样品研究确保实验数据的准确性的操作和管理方法具有较强的实用性和典型性。

本次实验依托于广州市轨道交通二十一号线工程暹岗站岩土工程勘察项目，该站位于萝岗区科丰路北端以及水西路与开创大道交叉路口，沿科丰路呈南北走向。根据区域地质资料及野外地质钻探，场区内均为第四系松散层覆盖，下伏基岩主要为三叠系侵入花岗岩。三叠系花岗岩（T33ηγ）：岩性主要为黑云母二长花岗岩，新鲜岩石呈青灰色，花岗结构，块状构造，岩质致密坚硬。

本次试验针对的花岗岩残积土特征土层为：可塑状砂质黏性土：呈灰褐色，可塑，黏粒为主，主要成分为高岭土、石英砂，土质较粗糙，黏性不强，土芯浸水易崩解、溃散。硬塑状砂质黏性土：灰褐色，硬塑，主要由粉黏粒组成，含少量风化残留石英颗粒，黏性差，岩芯呈土柱状，手搓易散，遇水软化崩解。全风化花岗岩：棕黄色，岩石完全风化，解体呈土状，原岩结构完全破坏，岩石结构强度基本消失，岩芯呈土柱状，遇水易软化、崩解，风化程度不均匀，偶夹强风化或中风化岩块，岩块手可折断。

2 取土因素是影响测试参数可靠性的重要因素

土样因素是影响土工试验数据可靠性的主要因素，土样因素取决于土体本身的复杂性，即使同一区域的同种性质的土体，可能由于其含水率的不同或者粘粒含量的个体差异，导致其物理力学性质不同。而室内土工试验的土样由野外钻探取样获得，影响取样质量的因素主要有四个：钻孔的垂直度、钻孔对土样的扰动、取土时钻孔孔底的清洁度和取样器切入岩土层的速度。钻孔倾斜取土样时会使土样偏心受压，样品在刃口侧向受压的影响下取出，所测得的数据用来计算便会产生误差；土样被取出前会受到钻具的提拉停顿而造成的缓冲作用和振动造成扰动，使土样因为自重作用产生脱节与脱水而产生误差；取土时如果钻孔孔底不清洁，残余土未被清除则会使土样受到挤压，此时如果仍作为原状土样来试验，则会使测得的压缩系数增大，压缩模量变小；取样器切入土样的速度过慢，则会使土样与取土器两者之间产生的摩擦力增大（由于土体侧向膨胀导致），进而对原状土样产生较大扰动，数据失真。此外，在取样过程中，勘查设备和取样器具也会不同程度地影响到所取原状土的质量。

3 控制取样方法确保测试参数可靠性的应对方法

（1）严格按照国家标准《岩土工程勘察规范（2009版）》（GB50021-2001）第9.4.2节中关于不同等级土试样的取样工具和方法的要求，选择合理的取土工具。

（2）取样时要保持钻孔垂直，在取样前应调整钻机，用水平尺或吊线找平，避免因钻孔倾斜使土样受挤压扰动。

（3）到达取样目标深度前1m时，宜采用回转钻进，并清孔，避免孔内未清除的残余土造成土样受挤压扰动。

（4）提高取土器进入土层的速度，因为较快速的取土是获得良好土样，保证采取原状土样质量的关键。

（5）取样时采用重锤少击法，并且严格控制取土进尺深度与取样器内取土段相一致，锤击次数过多，取样器里的土样会受力变硬，试验结果会出现压缩系数变小、压缩模量变大、孔隙比变小等。如钻探中对土层采取超进尺钻探、加水钻探、测试结果会出现含水率变大、力学性指标强度变低等。

4 现场取样实验

本次实验采用现场钻机取样与勘察现场同地段开槽取样相对比的方法。具体开槽取样方法为：选择地层序列明显、花岗岩残积土层厚度大、分层明显的地段，与钻机取样保持同深度、同地层取样。将开槽取样所取得的土样与钻机取土样进行试验及数学统计，以开槽取样得出的结果作为试验数据准确性的判定标准。将两种数据进行对比分析，得出的结果为依据，评价本文提出取样问题应对方法在确保试验参数可靠性的作用。

4.1 取样情况

可塑状砂质黏性土，本次勘察在场地部分钻孔有揭露（MUZ3-XG-18、MUZ3-XG-19、MUZ3-XG-27、MUZ3-XG-28等4个钻孔），揭露层厚2.30～6.90m，平均4.95m，本层钻机法取土样4件，开槽取样8件。硬塑状砂质黏性土，本次勘察在场地部分钻孔有揭露（MUZ3-XG-01、MUZ3-XG-02、MUZ3-XG-03、MUZ3-XG-06等15个钻孔），揭露层厚1.20～17.60m，平均3.93m，本层钻机法取土样9件，开槽取样8件。全风化花岗岩，本次勘察在场地钻孔均有揭露，揭露层厚1.80～17.35m，平均9.50m，本层钻机法取土样56件，开槽取样8件。

4.2 数据对比

在土的物理试验中，含水率、密度、比重是三个最基本的物性指标，用它们可以计算土的干密度、孔隙比、孔隙度、饱和度等指标。这三项指标的正确与否，不仅影响其他指标的变化，而且还影响土的一系列力学指标，因此准确测定这三项指标有着重要的意义。同时因为含水率和天然密度是所有物理力学指标的换算基础，所以本次实验数据选择这两项指标进行对比分析，对比分析数据见表1：

4.3 结果评价

通过钻机取样与开槽取样的参数对比分析，两种方法所得出的实验数据数值是非常接近的，甚至两种方法中硬塑状砂质粘性土与全风化花岗岩的天然密度指标是完全相同的，这说明本次实验在控制取样方法确保花岗岩残积土室内测试参数可靠性的作用是明显的。

5 体会与应用

土工试验是工程设计、建设施工和保证工程质量的数据基础。土工试验的质量主要由两方面的因素所决定，即取样与室内试验。所以控制取样方法是保证土工试验数据准确的第一要务，也是土工试验各环节中管理最容易疏漏的部分，所以在工程勘察中必须加强对取样环节的管理，为土工试验取得准确结果奠定基础。

同时提高土工试验质量的关键还在于土样运输、土样密封保湿、试验设备的计量控制与操作方法、试验人员职业素质等等多个方面的因素，所以试验室应建立一整套的质量管理体系以确保试验结果的准确。

参考文献

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[2] 曾令浓，陈友栋.广州市轨道交通二十一号线工程暹岗站详细勘察阶段岩土工程勘察报告[R].广东有色工程勘察设计院，2012.

[3] 马利嘉，尚伯忠.工程勘察中的土工试验[J].工程与试验，2010，（11）.

[4] 刘鹏.室内土工试验数据准确性探讨[J].科学前沿，2011，（12）.

作者简介：王志鹏（1982-），男，广东有色工程勘察设计院助理工程师，岩土工程硕士，研究方向：岩土工程勘察及检测。

（责任编辑：周 琼）