張蓮香，張會(huì)芹，孟繁琪，張勤玲

(1.河南省漯河市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南漯河462000;2.河南省漯河市水利局，河南漯河462000;3.河南省漯河市水利工程處，河南 漯河462000;4.河南省漯河市農(nóng)水技術(shù)推廣中心，河南 漯河462000)

原狀土(即不擾動(dòng)土)是指土的原位應(yīng)力狀態(tài)雖已改變，但土的結(jié)構(gòu)、密度和含水量變化很小，沒(méi)有物理成分及化學(xué)成分的改變，能夠滿足室內(nèi)試驗(yàn)各項(xiàng)要求，能用近似測(cè)定土的原位強(qiáng)度、固結(jié)、滲透以及其他物理性質(zhì)指標(biāo)的土樣。《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021-2001)2009年版，把土試樣質(zhì)量劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ共四個(gè)等級(jí)，并規(guī)定了各級(jí)土試樣能夠進(jìn)行的試驗(yàn)內(nèi)容。同時(shí)標(biāo)注:除地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)的工程外，在工程技術(shù)要求允許的情況下可用Ⅱ級(jí)土樣代替Ⅰ級(jí)土樣進(jìn)行強(qiáng)度和固結(jié)試驗(yàn)，但宜先對(duì)土試樣受擾動(dòng)程度作抽樣鑒定，判定用于試驗(yàn)的適宜性，并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)使用試驗(yàn)成果。因此在一定程度上，Ⅰ、Ⅱ級(jí)土試樣相當(dāng)于“原狀土樣”。

1 原狀土樣

原狀土取樣是巖土工程勘察中的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，也是巖土工程勘察工作中的一項(xiàng)薄弱環(huán)節(jié)。作為最能真實(shí)反映地基土物理力學(xué)性能的原狀土，其準(zhǔn)確性尤為重要，其質(zhì)量的優(yōu)劣，嚴(yán)重影響到基礎(chǔ)資料的質(zhì)量。若原狀土試樣受到擾動(dòng)，質(zhì)量低劣，造成土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真，就不可能正確反映地基土層的真實(shí)性狀，既可能導(dǎo)致對(duì)地基的估計(jì)過(guò)高，使工程設(shè)計(jì)趨于危險(xiǎn);更多的是導(dǎo)致對(duì)土質(zhì)的評(píng)價(jià)降低，無(wú)形中浪費(fèi)大量寶貴的建設(shè)資金。因此采取高質(zhì)量的原狀土試樣成為勘察工作的首要任務(wù)。

2 提高原狀土樣質(zhì)量的措施

從取樣方式上分，原狀土取樣主要有鉆孔取樣、探井(槽)取樣。探井(槽)取樣由于受取樣深度和地下水位影響(即使地下水位以上，也不宜超過(guò)20 m)，不常采用。而實(shí)際工作中，最常采用的取樣方式是鉆孔取樣，該方式是巖土工程勘探取樣方式中應(yīng)用最為廣泛的一種，也是深部地層取樣的唯一可行的方法。

從諸多實(shí)踐來(lái)看，鉆孔取樣質(zhì)量的優(yōu)劣，不僅取決于采用什么樣的取土器、而且取決于取樣全過(guò)程的各項(xiàng)操作是否細(xì)心、得當(dāng)。總結(jié)起來(lái)，影響原狀土質(zhì)量的主要因素為:機(jī)具及操作(包括鉆孔、清孔、選擇取土器、取樣操作、土試樣的封裝、貯存、運(yùn)輸?shù)?。因此要想取得高質(zhì)量的土試樣，必須對(duì)取樣的全過(guò)程進(jìn)行有效的工序質(zhì)量控制。盡可能使采取的土樣能夠真實(shí)反映巖土層的天然結(jié)構(gòu)、密度和濕度狀態(tài)。排除成果中人為的不定因素，減少土樣的擾動(dòng)，從而提高土工試驗(yàn)資料的準(zhǔn)確性和可靠性，使資料的交流成為可能。筆者現(xiàn)就最常用的貫入式取土器取樣進(jìn)行探析提高原狀土質(zhì)量的措施。

2.1 取土器的選擇及檢查

1)貫入式取土器按壁厚可分為薄壁取土器和厚壁敞口取土器兩種規(guī)格。薄壁取土器按結(jié)構(gòu)形式又可分固定活塞式、水壓固定活塞式、自由活塞式和敞口式四個(gè)規(guī)格。

采取土試樣時(shí)應(yīng)根據(jù)不同土質(zhì)及所要求的土樣等級(jí)選擇適當(dāng)?shù)娜⊥疗?。薄壁取土器因?qū)ν翆訑_動(dòng)小、可以采?、窦?jí)和Ⅱ級(jí)土試樣，厚壁取土器因?qū)ν翆訑_動(dòng)較大，只能采?、蚣?jí)土試樣。因此勘探取樣時(shí)能選用薄壁取土器的，優(yōu)先選用薄壁取土器。

2)取樣前應(yīng)對(duì)使用的取土器進(jìn)行仔細(xì)檢查，并應(yīng)符合下列有關(guān)要求:(1)取土器幾何尺寸及形狀的檢查:①刃口是否卷折、殘缺，其累計(jì)長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)周長(zhǎng)的3%;刃口內(nèi)徑的偏差應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)值的0～1.0%之內(nèi);②對(duì)取樣管應(yīng)量測(cè)其上、中、下三個(gè)截面的外徑，每個(gè)截面量測(cè)三個(gè)方向，最大與最小值之差不能超過(guò)1.5 mm;③清除取樣管內(nèi)壁的銹斑或粘附土塊，以保持內(nèi)壁的光滑。(2)取土器零部件功能的檢查:①各類活塞取土器活塞桿的鎖定裝置應(yīng)保持清潔，功能正常，活塞松緊適度，密封有效;②敞口取土器頭部逆止閥應(yīng)保持清潔，順向排水排氣孔暢通，逆向封閉有效。

凡零部件功能失效或有缺陷者，必須修復(fù)或更換后才能投入使用。

3)取樣管(薄壁管或襯管)內(nèi)壁與土樣之間的摩擦也易引起土樣的擾動(dòng)，減輕的辦法是:提高內(nèi)壁光潔度，在其內(nèi)壁涂以潤(rùn)滑劑，如硅油或臘克，但不可采用機(jī)油之類作潤(rùn)滑劑，以免土樣受污染。

4)使用帶襯管的取土器采取Ⅰ級(jí)土試樣時(shí)，應(yīng)采用形狀規(guī)整、耐腐蝕的塑料或酚醛層壓紙襯管。采?、蚣?jí)土試樣時(shí)，可使用鍍鋅鐵皮襯管，要求形狀圓整，縫口平接，盒蓋配合適當(dāng);重復(fù)使用時(shí)應(yīng)先整形，裝入取樣管內(nèi)時(shí)必須與管壁貼合良好。

嚴(yán)禁使用刃口卷折、殘缺、取樣管壓扁、內(nèi)壁銹蝕、襯管卷折或搭接不平的取土器。

2.2 鉆機(jī)就位

采取土試樣的鉆孔，鉆機(jī)安裝必須牢固，以保持鉆進(jìn)平穩(wěn)，防止鉆具回轉(zhuǎn)時(shí)抖動(dòng)。抖動(dòng)一方面破壞孔壁，一方面擾動(dòng)土樣，因此保證鉆進(jìn)的平穩(wěn)至關(guān)重要，同時(shí)鉆具應(yīng)有良好的垂直度和同心度，以保證鉆進(jìn)時(shí)鉆孔垂直?？梢圆扇〖咏又貤U的有效措施增加鉆進(jìn)平穩(wěn)性。

2.3 鉆進(jìn)操作

采取原狀土樣的鉆孔，孔徑應(yīng)比使用的取土器外徑大一個(gè)徑級(jí)。

鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)力求做到減輕對(duì)預(yù)計(jì)取樣處土層的擾動(dòng)，根據(jù)土層特點(diǎn)和地下水位使用合適的鉆進(jìn)方法。其具體方法及操作如下:

1)選擇符合土層特點(diǎn)的有效鉆進(jìn)方法。鉆進(jìn)方式有回轉(zhuǎn)、沖擊、振動(dòng)、沖洗四種?；剞D(zhuǎn)鉆進(jìn)是通過(guò)鉆桿將旋轉(zhuǎn)力矩傳遞至孔底鉆頭，同時(shí)施加一定的軸向壓力實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)。該鉆進(jìn)方式具有鉆進(jìn)平穩(wěn)，且對(duì)土層擾動(dòng)小的特性，應(yīng)用較為普遍，因此取樣勘探時(shí)，為保證鑒別的可靠性和取樣質(zhì)量，優(yōu)先采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式。而后三種鉆進(jìn)方式對(duì)土層的擾動(dòng)較大，不易采得高質(zhì)量的土樣，一般不宜采用。若受其它因素影響，不能采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，而必須選用其它鉆進(jìn)方式時(shí)，應(yīng)在預(yù)計(jì)取樣位置1 m以上改用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

2)在地下水位以上鉆進(jìn)，應(yīng)采用干法鉆進(jìn)，不得注水或使用沖洗液。

3)在地下水位以下鉆進(jìn)，應(yīng)保持孔內(nèi)水頭壓力等于或稍大于孔周地下水壓，避免產(chǎn)生孔底管涌，鉆進(jìn)宜采用中空的螺紋鉆頭、提土器或巖芯鉆頭。提鉆時(shí)應(yīng)能通過(guò)鉆頭向孔底通氣通水，避免孔底土層由于負(fù)壓、管涌而受到擾動(dòng)破壞。在軟粘性土及飽和粉土、粉細(xì)砂層中尤其應(yīng)該注意這一點(diǎn)。

4)在飽和軟粘性土、粉土和砂土中鉆進(jìn)，孔壁易產(chǎn)生塌坍或縮徑，從而影響取土試樣的質(zhì)量，為減少土層的擾動(dòng)，宜采用泥漿護(hù)壁。采用套管應(yīng)先鉆進(jìn)后跟進(jìn)套管，且注意減輕旋入套管時(shí)管靴對(duì)土層的擾動(dòng)，套管的下設(shè)深度與取樣位置之間應(yīng)保留三倍管徑以上的距離。不得向未鉆過(guò)的土層中強(qiáng)行擊入套管。為避免孔底土隆起受擾，應(yīng)始終保持套管內(nèi)的水頭高度等于或稍高于地下水位。

5)升降鉆具時(shí)盡可能做到均勻平穩(wěn)，避免對(duì)孔壁產(chǎn)生碰撞破壞造成落土，從而增加孔底殘留浮土厚度，以此導(dǎo)致孔壁受到擾動(dòng)破壞。

2.4 取樣操作

為保證在采取土試樣過(guò)程中盡可能避免土試樣震動(dòng)或壓縮，使土試樣始終保持天然狀態(tài)。采取土試樣的操作要點(diǎn)如下:

1)清孔:采用回轉(zhuǎn)方式鉆進(jìn)到達(dá)預(yù)計(jì)取樣位置后，要采用適當(dāng)?shù)那蹇坠ぞ咦屑?xì)清除孔底殘留浮土，孔底殘留浮土厚度不能大于取土器廢土段長(zhǎng)度(活塞取土器除外)。采用敞口取土器取樣時(shí)，孔底殘留浮土的厚度不得超過(guò)5 cm。

2)下放:取土器應(yīng)平穩(wěn)下放，以免戳壞孔壁使孔底殘留浮土增厚，不得沖擊孔底，以免引起取樣土層擾動(dòng);取土器下放后，應(yīng)核對(duì)孔深與鉆具長(zhǎng)度是否一致，當(dāng)發(fā)現(xiàn)殘留浮土厚度超過(guò)規(guī)定時(shí)，應(yīng)提起取土器重新清孔。在鉆孔易縮易塌，清孔達(dá)不到要求時(shí)，宜采用活塞取土器而不用敞口取土器。

3)壓入:取土器的壓入是取樣操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，嚴(yán)禁過(guò)量壓入。采取Ⅰ級(jí)土試樣，應(yīng)采用快速靜力連續(xù)壓入法;采?、蚣?jí)土試樣，可使用間慢速靜力連續(xù)壓入法、重錘少擊法和下?lián)舴ā?/p>

在壓入固定活塞取土器時(shí)，為避免活塞向下移動(dòng)，應(yīng)將活塞桿牢固地與鉆架連接起來(lái)。在貫入過(guò)程中監(jiān)視活塞桿的位移變化時(shí)，可在活塞桿上設(shè)定相對(duì)于地面固定點(diǎn)的標(biāo)志，測(cè)計(jì)其高差?；钊麠U位移量不得超過(guò)總貫入深度的1%。

如果取樣土質(zhì)過(guò)硬，靜壓壓入困難，可考慮改用回轉(zhuǎn)取土器進(jìn)行土試樣采取。

4)提取:提升取土器之前，為切斷土樣與孔底土的聯(lián)系和減少掉土的可能，可以將取土器回轉(zhuǎn)2～3圈或者稍加靜置之后再提升。此處回轉(zhuǎn)的作用在于扭斷土樣;靜置的目的在于增加土樣與容器壁之間的摩擦力，以便提升時(shí)拉斷土樣，減少逃土的可能性。提升取土器時(shí)應(yīng)做到均勻平穩(wěn)，避免磕碰，保證土試樣不受擾動(dòng)。切勿徒然升降(鉆桿加接時(shí)尤應(yīng)注意)或碰撞孔壁，以免土樣失落。

2.5 土試樣的取出、檢驗(yàn)、封裝、貯存和運(yùn)輸

1)取出:取土器提出鉆孔后，小心地將土試樣連同襯管卸下，取出土試樣，取出過(guò)程應(yīng)符合下列要求:⑴以螺釘連接德薄壁管，卸下螺釘即可取下取樣管;⑵對(duì)絲扣連接的取樣管，應(yīng)采用鏈鉗、自由鉗或?qū)Ｓ冒馐中堕_(kāi)，不得使用管鉗之類易于使土試樣受擠壓或使土樣管受損的工具;⑶采用外管非半合管的帶襯管取土器時(shí)，應(yīng)使用推土器將襯管與土樣從外管推出，并事先將推土端土試樣削至略低于襯管邊緣，防止推土?xí)r土試樣受壓;⑷對(duì)各種活塞式取土器，卸下取樣管之前應(yīng)打開(kāi)活塞氣孔消除真空。

土試樣的取出應(yīng)有受過(guò)訓(xùn)練的專門(mén)人員操作，取出時(shí)間不宜超過(guò)10 min。

2)檢驗(yàn):對(duì)鉆孔中采取的Ⅰ級(jí)土試樣應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定取樣回收率，取樣回收率大于1.0或小于0.95時(shí)，應(yīng)檢查尺寸量測(cè)是否有誤，土樣是否受壓，根據(jù)情況決定土試樣廢棄或降低級(jí)別使用。

3)封裝:土試樣應(yīng)按規(guī)范規(guī)定的方法進(jìn)行封裝。其方法如下:⑴將上下兩端各去掉約20 mm，加上一塊與土樣截面面積相當(dāng)?shù)牟煌杆畧A片，再澆灌蠟液，至與容器端齊平，待蠟液凝固后扣上膠皮或塑料保護(hù)帽;⑵用配合適當(dāng)?shù)暮猩w將兩端蓋嚴(yán)(蓋上時(shí)既不能加壓敲擊，也不能漏縫松脫)后，將取土筒上所有接縫用紗布條蠟封或用粘膠帶封口。此處封裝土樣用的蠟應(yīng)是微晶蠟，也可采用微晶蠟和石蠟各半的混合劑(純石蠟質(zhì)脆易裂，會(huì)使密封失效)。⑶取土筒不滿的式樣及土與筒壁之間的縫隙，應(yīng)以接近原土濕度的擾動(dòng)土填充后再行封裝。

4)貯存:土試樣密封完好后，在裝箱之前，應(yīng)存放于陰涼潮濕地點(diǎn)，或挖淺坑掩埋，蓋以濕土。到達(dá)試驗(yàn)單位后應(yīng)貯存在有專人負(fù)責(zé)的專門(mén)存放土試樣的樣品間，樣品間應(yīng)嚴(yán)格控制環(huán)境條件，按時(shí)進(jìn)行環(huán)境條件記錄，使環(huán)境條件得以維持。

5)運(yùn)輸:土試樣運(yùn)輸時(shí)，必須裝入專門(mén)制作的土樣箱，裝箱時(shí)土試樣之間和土試樣與土樣箱的空隙，應(yīng)以柔軟緩沖材料填實(shí)，避免在運(yùn)輸過(guò)程中受震、受凍以及雨水淋濕損壞。土樣箱應(yīng)編號(hào)，并標(biāo)有“小心輕放”、“請(qǐng)勿倒置”及“上”、“下”等字樣。運(yùn)輸時(shí)有專人護(hù)送，從取樣至到達(dá)試驗(yàn)單位所用時(shí)間不宜太長(zhǎng)。運(yùn)輸過(guò)程中宜采用平穩(wěn)而少顛簸的車(chē)輛運(yùn)輸，應(yīng)盡可能使土試樣不受擾動(dòng)，如條件不允許時(shí)，則應(yīng)加厚土樣箱及土樣箱之間的襯墊。對(duì)易于振動(dòng)液化和水分離析的土試樣應(yīng)盡量避免長(zhǎng)途運(yùn)輸，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)就近進(jìn)行試驗(yàn)。

土試樣采取之后至開(kāi)土試驗(yàn)之間的貯存時(shí)間不宜超過(guò)兩周。由于在此期間土試樣受自然或人為因素影響極易受到擾動(dòng)，且貯存期間的擾動(dòng)對(duì)土試樣的影響很大，而又往往被人們忽視。據(jù)有關(guān)研究表明，在此期間的擾動(dòng)可能更甚于取樣過(guò)程中的擾動(dòng)，因此應(yīng)盡可能縮短土樣貯存時(shí)間

3 結(jié)語(yǔ)

并不是所有情況下都能得到原狀土，如砂層，即使采用特殊的取樣技術(shù)也難以取出很理想的原狀土試樣，因此取樣時(shí)應(yīng)根據(jù)土層特點(diǎn)，操作水平和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)選用適當(dāng)?shù)娜⊥凉ぞ吆筒僮鞣椒ǎM可能避免取樣過(guò)程中的各種擾動(dòng)因素，從而達(dá)到提高原狀土質(zhì)量的目的。

［1］巖土工程勘察規(guī)范.GB50021-2001(2009版).

［2］原狀土取樣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).JGJ89-92.

［3］工程鉆探(巖土工程勘察職工教育叢書(shū)).

［4］工程勘察實(shí)驗(yàn)員培訓(xùn)教程(河南省工程勘察設(shè)計(jì)行業(yè)協(xié)會(huì)編制).