土的物理性質(zhì)指標(biāo)和力學(xué)性能指標(biāo)反映了土的工程性質(zhì)和特征, 它們具有重要的實(shí)用價(jià)值。在土木工程中, 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工、地基加固和處理等方面非常重要。為保障建筑物結(jié)構(gòu)安全則需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)進(jìn)行測(cè)試, 以掌握工程土真實(shí)的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì). 土工試驗(yàn)為此提供了有的效測(cè)試手段, 而測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確程度直接影響著工程質(zhì)量和使用安全。通過長期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行的土工試驗(yàn)在實(shí)際操作過程中存在一些問題, 這樣才能不斷改進(jìn)和完善測(cè)試手段, 為工程設(shè)計(jì)及施工提供可靠的依據(jù).

1、 試驗(yàn)依據(jù)

目前在土木工程中, 現(xiàn)行土工試驗(yàn)的主要依據(jù)有水利部頒布的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗(yàn)規(guī)程(S L 23 7- 19 9) 》和國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、建設(shè)部聯(lián)合頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(G D T 5 0 12于19 9) 》。以下分別簡(jiǎn)稱為《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》。在土工試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》中一些試驗(yàn)的控制方法和標(biāo)準(zhǔn)比較模糊, 有時(shí)難以把握和操作。本文就含水率試驗(yàn)、液塑限試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn)三個(gè)試驗(yàn)為例加以說明。

2 、試驗(yàn)中的問題

2.1 含水率試驗(yàn)

含水率是土濕度的重要物理性質(zhì)指標(biāo), 也是工程土施工質(zhì)量控制依據(jù)之一。《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》中室內(nèi)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法是烘干法?！兑?guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定: 試樣保持溫度10 5 ℃ 一110 ℃ 的烘箱中烘到恒量時(shí)所失去的水質(zhì)量和達(dá)到恒量后干土質(zhì)量的比值。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩者在具體要求上存在著不定性和差別。首先, 要求烘干至恒量的概念比較模糊, 操作時(shí)也比較難以把握。通過長時(shí)間的摸索和試驗(yàn)積累, 認(rèn)為恒量應(yīng)當(dāng)是一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)值, 即試樣烘干前后兩次稱量差值小于0. 01 9 (精度要求) 為恒量。另外在《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》中, 對(duì)粘土、粉土、砂土的烘干至恒重是通過保證烘干時(shí)間來控制的, 而土在含有機(jī)質(zhì)時(shí), 《標(biāo)準(zhǔn)》要求有機(jī)質(zhì)含量大于5 % , 應(yīng)控制溫度在“ ℃ 一70 ℃ 的恒溫下烘至恒量;《規(guī)程》則要求有機(jī)質(zhì)含量大于10 % , 應(yīng)控制溫度在“℃ 一70 ℃ 的恒溫下烘至恒量. 從以上看出:

(l) 土含有機(jī)質(zhì)較小時(shí)保證烘干時(shí)間, 僅僅是一種間接的控制方法。更為合理的方法是: 在烘干時(shí)間做出一定要求的同時(shí), 附加烘干前后兩次稱量差值的精度要求來進(jìn)一步控制, 以便操作人員根據(jù)土的具體性狀, 通過恒量的精度要求, 在試驗(yàn)中靈活地確定烘干時(shí)間。這樣可根據(jù)土的具體情況, 即保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性, 又節(jié)省時(shí)間。

(2 ) 在有機(jī)質(zhì)含量較大時(shí), 《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》在有機(jī)質(zhì)劃分時(shí)有矛盾之處, 一個(gè)1 0 % , 另一個(gè)為5 % 。另外對(duì)于恒量的要求, 既沒限定烘干時(shí)間, 也沒明確恒量的精度要求。因此兩者應(yīng)做到統(tǒng)一和明確, 以便操作人員的把握, 避免試驗(yàn)中的糾紛。

《規(guī)程》采用酒精塑料排水板規(guī)格型號(hào)燃燒法測(cè)試細(xì)粒土含水率是一種快速測(cè)定的方法。表1是對(duì)烘干法和酒精燃燒法測(cè)試含水率任意抽取的兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

從表1 中可以看出: 對(duì)于粘性土烘干法和酒精燃燒法的平行差值均滿足要求, 但酒精燃燒法因操作時(shí)間短、結(jié)果準(zhǔn)確更有利于試驗(yàn)。而烘干法則需要較長時(shí)間進(jìn)行烘干,不然就會(huì)引起較大誤差。對(duì)于粗粒土(較松散的顆粒) 烘干法和酒精燃燒法的精度相差不大, 但烘干法時(shí)間較長, 試驗(yàn)前還要做好試樣的準(zhǔn)備工作。但應(yīng)明確有機(jī)質(zhì)含量超過5 % 時(shí), 酒精燃燒法在燃燒過程中, 有機(jī)質(zhì)會(huì)出現(xiàn)氧化, 往往會(huì)出現(xiàn)較大誤差。因此這時(shí)僅能作為一種快速測(cè)定的參考數(shù)據(jù)。

2.2 液塑限試驗(yàn)

目前實(shí)驗(yàn)室中多采用數(shù)顯液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)定土的液塑限值。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):

(l ) 《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)調(diào)拌均勻的土樣填入試樣杯中, 但密實(shí)的方式?jīng)]有具體的說明。密實(shí)方式的不同, 測(cè)試結(jié)果有明顯的不同。

(2 ) 同一杯試樣測(cè)定時(shí)需要幾個(gè)測(cè)點(diǎn)的問題?！兑?guī)程》中, 在圓錐下沉深度與含水率關(guān)系圖中顯示只有三個(gè)測(cè)點(diǎn), 《標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定應(yīng)不少于三個(gè)測(cè)點(diǎn)。試驗(yàn)表明: 多個(gè)測(cè)點(diǎn)與三個(gè)測(cè)點(diǎn), 以及測(cè)點(diǎn)布置方式不同, 測(cè)試數(shù)據(jù)相差較大。

（3) 土樣在制各過程中, 是同一試樣不同含水量采用多次加水調(diào)勻測(cè)試, 還是土樣分成三份, 分別放入三個(gè)盛土皿中加入不同數(shù)量的水調(diào)勻測(cè)試。《標(biāo)準(zhǔn)》采用前者,《規(guī)程》采用后者。付) 數(shù)據(jù)處理中《標(biāo)準(zhǔn)》和《規(guī)程》均是在圓錐下沉深度與含水率關(guān)系圖在召線上查的下沉深度分別為17 m m 和2 : n m 時(shí), 所對(duì)應(yīng)的含水率分別為液限和塑限, 這種方法精度較低, 因?yàn)橄鲁辽疃葹? . n m 處查的相應(yīng)兩個(gè)含水率的差值) 2 % 時(shí), 要補(bǔ)做的實(shí)驗(yàn)量較大。表2 為液塑限不同方式下的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。

從表2 中可以看出: 不同的密實(shí)方式、不同的測(cè)點(diǎn)、不同的調(diào)勻試樣方法, 其結(jié)果存在差異。1 不同的密實(shí)方式, 密實(shí)均勻度和密實(shí)度差異, 導(dǎo)致圓錐下沉深度不同。o 三測(cè)點(diǎn)距杯圓心均勻布置下沉深度差異小, 多測(cè)點(diǎn)布置引起相鄰測(cè)點(diǎn)間由于杯內(nèi)土密擠使試樣密實(shí)度增大,下沉深度降低。

? 同一試樣采用三次加水調(diào)勻測(cè)試與土樣分三份分別加水調(diào)勻測(cè)試相比, 前者易于把三次下沉深度差距拉大,提高試驗(yàn)精度。

2. 3 擊實(shí)試驗(yàn)

擊實(shí)試驗(yàn)是確定土力學(xué)性能的重要試驗(yàn)之一, 主要存在以下問題。

根據(jù)《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》給出的擊實(shí)操作方法, 在操作時(shí)發(fā)現(xiàn): 粘性土和部分的粉土可以擊實(shí)成型, 而粗粒土則較難擊實(shí)成型。盡管有些文獻(xiàn)對(duì)低含水量細(xì)粒土的成型方法, 以及影響粗粒土的擊實(shí)的因素進(jìn)行了探討, 但沒有給出操作的過程, 而且由于不是《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定, 還不能在具體試驗(yàn)中運(yùn)用。

擊實(shí)排水板資料試驗(yàn)的余土高度應(yīng)小于6 m m , 否則應(yīng)補(bǔ)做試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)操作中發(fā)現(xiàn), 在最佳含水量前所用試樣重量隨含水量增加, 最佳含水量后試樣重量隨含水量減少, 接近最佳含水量時(shí)試樣重量按《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》要求稱量才能滿足要求, 否則每一含水量擊實(shí)余土高度不是大于6 m m , 就是低于筒頂高度。因此《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》的要求非常嚴(yán)格, 操作中有時(shí)難以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》方法繪制擊實(shí)曲線時(shí), 一方面曲線線形差異大, 另一方面根據(jù)擊實(shí)曲線獲取最大干密度和最佳含水率的誤差較大, 特別是擊實(shí)曲線不能給出峰值時(shí), 補(bǔ)做試驗(yàn)量較大。

3 、結(jié)論

通過以上三個(gè)典型的土工試驗(yàn)真空裝置可看出:現(xiàn)行的《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》修訂時(shí)要考慮到試驗(yàn)操作方法的準(zhǔn)確性和統(tǒng)一性, 要使試驗(yàn)的可操作適宜, 使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性, 減少人為誤差。補(bǔ)充和完善《規(guī)程》和《標(biāo)準(zhǔn)》中沒有涉及到的試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理方法, 使其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)展。例如增加有關(guān)粗粒土( 粗砂、中砂、碎石、礫石等)的試驗(yàn)內(nèi)容等。

由于我國地域遼闊, 土質(zhì)多種多樣, 均勻程度差, 沉管灌注樁處理導(dǎo)致土工試驗(yàn)離散度較大。因此應(yīng)通過對(duì)試驗(yàn)中各步驟和平行式樣精度限定, 以縮小試驗(yàn)結(jié)果的離散度。