室内土工试验常见问题与试验数据准确性的探讨

1、室内土工试验常见问题与试验数据准确性的探讨?114?2010年8月ldingMa眦2010年第4期第36卷总第156期室内土工试验常见问题与试验数据准确性的探讨谢泛舟(湖南省地质矿产勘查开发局四一六队,湖南株洲412003)摘要:室内土工试验是岩土工程勘察工作中的重要组成部分,笔者通过多次实践,在参照相关理论的基础上,阐述了室内岩土试验常见的问题,针对存在的问题提出一些看法,并从样品制备,试验操作过程,试验数据的处理介绍了提高室内土工试验准确性的措施,以期能对试验人员合理操作并测得正确的参数具有指导意义.关键词:室内土工试验;指标;操作步骤;分析中图分类号:TU41文献标识码:B文章编号:16

2、724011(2010)o40l14020前言室内土工试验是岩土工程勘察工作中的重要组成部分,其目的主要是土工试验人员使用标准的仪器遵照标准的试验操作方法,根据建设工程的要求对地基土的试样,进行各种试验项目的测试,提供可靠的物理,力学性指标参数.它们是供工程设计人员作建(构)筑物基础设计或选材的依据.由于岩土本身的不均匀性,取样,运输过程中的扰动,以及试验设备和操作方法的差异,试验人员的素质不同,使得室内土工试验中测试的结果存在一定的问题.其准确性在一定程度上影响工程设计的准确性.因此,分析室内土工试验中存在的问题及对试验数据准确性的影响有着十分重要的意义.1制样中应注意的问题对土样,先用削土

3、刀将其圆柱土样的两端面削平,用眼观察用手按捏,描述土样的颜色,矿物成分,软硬程度,塑性状态,结构构造,查看与送样单是否相符,同时对所切土样的物理力学指标值凭经验作一个估计值,并记录.对岩样,在切样过程中也要对其颜色,矿物成分,结构构造,风化程度,岩石名称进行详细的描述,并凭经验对岩石强度进行估计.对岩土样物理力学性质的描述和估计,有利于后期数据整理时进行对比,得出符合工程实际的试验数据,同时也有助于试验人员积累经验.2土的物理性试验应注意的问题及对试验数据准确性的影响土的物理性质表明土的密实程度和含水状态,反映土的物质组成和结构特征.在含水量,密度,比重三个物理指标中,含水量是最容易变化的,不

4、同的土有不同的含水量;由于各种因素,如土层的不均匀,取样不标准,土样在运输和存放期间保护不当而失水等等,都会影响结果的准确度.土的密度虽然也是一个变化的值,不同的土样密度值不同,但对于某一个土样来说,它的值较稳定,一般要作平行测定,如果平行测定值相差较大,主要原因是土质不均匀造成的,或是环刀变形,刮刀磨损呈凹形.因此,在试验过程中经常检查环刀,刮土刀是否符合质量要求.土的物理性试验各项指标之间是互相关联的,当试验指标出来以后,应对这些指标进行分析,从而对指标的准确性进行判断.如有些结果中出现饱和度超过100%的现象,就说明在天然含水量,天然密度,土粒比重的测试中存在问题,应根据开土记录综合考虑

5、,可从含水量,密度中选择反映土实际情况的指标.,比重的大小决定于土的矿物成分,当粘土矿物成分较多时,比重值较大;一般砂土为2.652.69,粉土为2.702.71,粉质粘土为2.722.73,粘土为2.742.76;土粒的比重变化较小,同一地区同一类型的土基本相同.但是,当土中含有有机质时,土的比重可降到2.40以下,此时应改用中性液体测定,如煤油,汽油等,并采用抽气法排气.土的液限,塑限分别是细粒土处于可塑状态的上限和下限含水量,目前对土的液限,塑限的测定,规程上规定土要过0.5mm筛,才能进行试验,但在实际操作中,有一些土用眼睛观察含有较多砂粒,一旦过0.5mm筛后做试验,测出的塑性指数可

6、能很大,不能反映土的实际情况.因此,对于这种土应先采用筛分法确定砂粒含量,如果砂粒含量已达到确定该土为砂土的标准,就应该按砂土的要求来进行定名和测试其有关指标.3土的力学性试验应注意的问题及对试验数据准确性的影响土的固结试验是测定土体在压力作用下产生变形的过程.通过计算求得的各项压缩指标,可用来分析判别土的压缩特性和天然土层的固结状态,借以计算建筑物或构筑物的沉降量,作为设计的计算数据.为了准确提供压缩指标,首先要控制好土样的验收和管理工作.注意观察试样是否扰动.在试验过程中,要严格按国家标准进行操作,出现问题要及时解决.如在开土的过程中,感到土是较软的或测出的液性指数较大,而测出的压缩模量较

7、大,说明实验操作有误,或记录有误,或是仪器有较长时间没有校正,致使仪器变形量过大等,要检查各个环节.如在开土时感到土较硬而测出的压缩模量较小,则可能是所取土样中已存在扰动结构面或已进水.土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力,是土的重要力学性质指标之一.在计算承载力,评价地基稳定性以及计算挡土墙的土的压力时,都要用到土的抗剪强度指标,因此正确地测定土的抗剪强度在工程上具有重要意义.抗剪强度的试验方法有多种,在试验室内常用的有直接剪切试验,三轴压缩试验和无测限抗压试验.室内测出的结果有时和理论上的数据相差很大.如抗剪强度试验测出粘聚力C值有时会出现负值的现象,主要原因是所取的一组试样的性质相

8、差太大,自然不符合规律,故土样制作时需取有代表性的土样.土的压缩特性和抗剪强度有着一定的关系,利用这种关系,可直观判断压缩结果和抗剪结果是否正确.一般情况下,土的压缩性越高,压缩模量越低,而它的抗剪强度则越小,即压缩模量与抗剪强度指标正相关.当然,在有些情况下,要求做固结快剪,这种关系就不一定成立,(下转第ll6页)?116?2010年8月I.J材fc,lB"ff赢ri日l2010年第4期第36卷总第156期的情况下,后压的桩常常会对已压的桩产生挤压上抬,从而形成断桩和吊脚桩.对接桩质量较差的桩,桩下段嵌固紧密,摩阻力很大,土体在上抬过程中对上段桩的拉力作用使上桩段与下桩段分离导致断

9、桩.如没有接桩或接桩质量好,桩的摩阻力较小,土体在上抬过程将整根桩都抬起一段位移,桩底变空,形成吊脚桩j.由于桩在挤土作用下上浮导致桩的抗压承载力大大降低,处理此类桩的目的就是让桩复位,一般采用复压法就可以解决问题.3.2桩身倾斜桩身倾斜产生的原因可能有以下几点:施工场地不平整或承载力不够,静压桩机在沉桩过程中产生不均匀沉降;压桩或接桩时桩身不垂直,桩帽,桩身不在同一直线上;沉桩过程中遇到大块坚硬物体,把桩挤向一侧;采用预钻孔法时钻孔垂直偏差较大,沉桩过程中桩沿着钻孔倾斜方向发生偏移;桩布置过多过密,沉桩时群桩挤土效应显着.防治方法.场地要平整坚硬,使其达到静压桩施工要求;施工过程中要严格控制

10、好桩身垂直度,垂直度偏差不得超过桩长的0.5%,桩帽,桩身及送桩杆应在同一直线上,沉桩时宜设置经纬仪在两个方向上进行校准;当遇到障碍物时应及时排除后再进行沉桩,沉桩时发现偏差应及时纠正,必要时应把桩拔出重压;采用预钻孔法时,严格控制钻孔垂直度;制定合理的压桩顺序和控制措施,尽量减少群桩效应.3.3桩顶开裂对于较硬土质,静压桩在压不到设计标高的情况下可能进行反复复压,桩身横向产生很大应力,如果桩还是按常规配置箍筋,桩顶混凝土受拉开裂,产生垂直裂缝,为处理带来很大困难.故在压力较大情况下,对静压桩性能要求也应提高.另一种情况就是静压桩由软弱土层突然进入硬持力层,没有经过渡层时,桩机油压迅速升高,桩

11、身受到瞬间很大的冲击力也容易引起桩顶开裂】.所以压桩时应控制好沉桩速度和沉桩压力,尽量避免压力发生很大突变的情况.3.4单桩承载力达不到设计要求单桩承载力达不到设计要求,其原因比较复杂,一般可归纳为以下几点:厂家提供的管桩桩身质量有问题,如管桩混凝土强度等级不够等;接桩质量较差,造成桩身局部断裂,降低了桩身强度;沉桩过程中,桩身垂直偏差太大造成桩身倾斜,此时承载力就会明显减弱;挤土效应导致桩身上浮.预防与纠正措施.制桩时采取各种控制措施保证桩身质量;接桩时应严格按照要求进行,保证焊缝质量;沉桩施工过程中要严格控制好桩身垂直度;合理安排沉桩速度,制定有效的沉桩流水线路,减少沉桩挤土效应.4结束语

12、随着静压桩应用的不断普及和发展,静压桩施工中的质量控制问题也越来越得到重视.总结了静压桩在压桩前和压桩过程中的质量控制要点,对压桩时可能出现的质量事故进行分析,并提出处理意见,以供同行借鉴.ID:6058参考文献:1安海功.静压桩施工的环境效应及其控制技术D.郑州:郑州大学,2008.2李师尧.简谈静压桩的沉桩机理J.中国西部科技,2006.28(12):4O一42.3鹿群.成层地基中静压桩挤土效应及防治措施D.杭州:浙江大学,2007.4蒋建平,高广运.挤土桩施工的环境问题及其防治措施J.施工技术,2004,33(1):911.(上接第114页)需要按实际测出的强度情况判断.4土的物理,力学

13、性质指标的相关性土的物理性质和力学性质是紧密相关的.土的物理性质在很大程度上决定了它的力学性质,土的强度随外界环境的变化而变化,天然土体具有结构性,对扰动较为敏感,土在外力作用下的变形实质上是土粒集合体及水和气体相互作用与移动的结果.在受力条件相同的情况下,其力学性质主要取决于土的物质成分,结构和构造特点及密度与含水量等,其压缩曲线的形状与土样的成分,结构和构造以及密度与含水量等有关.当所有的试验指标出来后,根据指标之间的相关性对实测指标进行分析,对不符合规律和不符合实际情况的各项指标作适当调整或必要时应重新补充试验.如土粒比重Gs决定于土的矿物成分,当粘土矿物含量较多时,其值越大;而塑性指数Ip的大小与土中结合水的含量有关,粘土矿物越多,可能形成的结合水含量越高,Ip值就越大,即土中粘土矿物含量较多时,Gs和Ip值均较大,Ip与Gs正相关.土的塑性指数Ip与抗剪强度也有一定的相关性,对同一类土,Ip越小,内摩擦角值越大,即Ip与负相关.含水率对土的力学指标的影响最为明显,一般情况下,同一类土,含水率越大,压缩模量Es,内摩擦角,粘聚力C越小,反之亦然.5结语土工试验是为岩土工程勘察工作提供测试结果的有效手段之一,而测