基于岩土工程勘察中原状土样采取的探讨

基于岩土工程勘察中原状土样采取的探讨

刘雅洁

河北恒生永筑岩土工程有限公司，河北衡水053000

摘要：与地质勘察工程相比，岩土工程勘察任务不仅要正确反映场地和地基的工程地质条件，还应结合工程设计、施工条件进行技术论证和分析评价，并服务于工程建设。岩土工程勘察是基本建设的一个重要环节，原状土取样是岩土工程勘察中的一项基础工作。

关键词：岩土工程；工程勘察；原状土；取样

原状土取样是岩土工程勘察中的一项基础工作。作为最能真实反映地基土物理力学性能的原状土，其准确性尤为重要。其质量的优劣，严重影响到基础资料的质量。若原状土试样受到扰动，质量低劣，造成土工试验失真，就不可能正确反映地基土层的真实性状，既可能导致对地基的估计过高，使工程设计趋于危险；更多的是导致对土质的评价降低，无形中浪费大量宝贵的建设资金。因此，采取高质量的原状土试样是勘察工作的首要任务，也是重中之重。

从取样方式上分，原状土取样主要有钻孔取样、探井和探槽取样。探井和探槽取样由于勘探深度受地下水限制（即使地下水以上，也不宜超过20m），且开挖土方量大，土层易坍塌，施工难度较大，因此不常采用。而实际工作中，最常采用的方式是钻孔取样，该方式是岩石工程勘探取样方式中应用最为广泛的一种，也是深部地层取样的唯一可行的方法。

在实际工作中，钻孔取样质量的优劣，不仅取决于采用什么样的取土器、而且取决于取样全过程的各项操作是否细心、得当。总结起来，影响原状土质量的主要因素为：机具与操作（包括钻孔、清孔、选择取土器、取样操作、土试样的封装、贮存、运输等）。因此要想取得高质量的土试样，必须对取样的全过程进行有效的工序质量控制。尽可能使采取的土样能够真实反映岩土层的天然结构、密度和湿度状态。尽量排除成果中人为的不定因素，减少土样的扰动，从而提高土工试验资料的准确性和可靠。现就最长用的贯入式取土器取样进行分析：如何在实际施工中把握好原状土样的采取。

一、取土器

1、岩土工程勘察需采取保持原状结构的土试样。影响取样质量的因素很多，如：钻进方法、取样方法、土样的保管和运输等，但取土器的结构选用也是主要因素之一。

贯入取土器按壁厚可分为厚壁和薄壁两种（按结构形式可分为：敞口式、固定活塞式、水压固定活塞式、自由活塞式），取样时应根据不同土质及所要求的质量级别选择适当的取样工具和方法。由于厚壁取土器对土层扰动较大，不宜取到高质量的土样；而薄壁取土器（厚度仅为1.25~2.00mm），取样时具有对土层扰动小、取样质量高的特性。因此勘探取样时能选用薄壁取土器的，优先选用薄壁取土器。在钻孔易缩易塌，清孔达不到要求时，宜采用活塞取土器而不用敞口取土器。

2、使用前仔细检查取土器的性能、规格是否符合要求。其中主要检查包括：

（1）刃口是否卷折、残缺，其累计长度不应超过周长的3%；刃口内径的偏差应在标准值的0~1.0%之内；对取样管应量测其上、中、下三个截面的外径，每个截面量测三个方向，最大与最小值只差不能超过1.5mm；清除取样管内壁的锈斑或粘附土块，以保持内壁的光滑。

（2）各类活塞取土器活塞杆的锁定装置应保持清洁，功能正常，活塞松紧适度，密封有效；敞口取土器头部逆止阀应保持清洁，顺向排水排气孔畅通，逆向封闭有效。

（3）取土器（薄壁管或衬管）内壁与土样之间的摩擦也易引起土样的扰动，减轻的办法是：提高内壁光洁度；在其内壁涂以润滑剂（如硅油或石腊，不可采用机油之类作润滑剂，以免土样受污染）。

二、钻机

1、钻机安装必须牢固，以保持钻进平稳，防止钻具回转时抖动。抖动，一方面破坏孔壁，一方面扰动土样，因此保证钻进的平稳非常重要。钻具应有良好的垂直度，以保证钻进时钻孔垂直。

2、采用原状土样的钻孔，孔径应比使用的取土器外径大一径级。

三、钻进

钻进时应力求做到减轻对预计取样处土层的扰动，使用适合的钻进方法。具体操作方法如下：

1、选择符合土层特点的钻进方法。钻进方式由回转、冲击、振动、冲洗四种。常用的钻进方式为螺旋钻头（俗称麻花钻）回转钻进及冲击钻进（如锤击成孔）。螺旋钻适用于粘性土、粉土及砂土层，主要是通过钻杆将旋转力矩传递至孔底钻头，同时施加一定的轴向压力实现钻进。该钻进方式具有钻进平稳，且对土层扰动小的特性，应用较为普遍，因此取样勘探时，为保证鉴别的可靠性和取样质量，优先采用回转钻进方式。而后三种钻进方式对土层的扰动较大。不易采得高质量的土样，一般不宜采用。若受其它因素影响，不能采用回转钻进，而必须选用其它钻进方式时，应在预计取样位置1m以上改用回转钻进。

2、为了正确鉴别土的天然湿度，在地下水位以上，应采用干法钻进，不得注水或使用冲洗液。

3、在饱和软粘性土、粉土和砂土中钻进，孔壁易产生坍塌或缩径，从而影响取土试样的质量，为减少土层的扰动，常采用有效的护壁措施。其中常用的方法主要有：下套管护壁和泥浆护壁两种措施。

施工中，若采用下套管取样，极易形成管内外水头差，促使孔底土层隆起或管涌，从而对土层造成扰动，影响取样质量，而取不到原状土样。泥浆护壁与之相比简单可行，不仅能提高钻进效率降低成本，而且又有利于减轻对地层的扰动破环，能够有效保证钻探质量和取样质量。因此实际工作中，遇到该情况，凡能采用泥浆护壁的，尽可能采用泥浆护壁。若必须采用下套管护壁时，应注意减轻旋入套管时管靴对土层的扰动，且保持管内水位等于或稍高于地下水位，取样位置应低于套管底三倍孔径的距离。

4、在地下水位以下钻进，应保持孔内水头压力等于或稍大于孔

周地下水压，避免产生孔底管涌。钻进宜采用中空的螺旋钻头、提土器或岩芯钻头。提钻时应能通过钻头向孔底通气通水，避免孔底土层由于负压、管涌而受到扰动破环。在软粘性及饱和粉土、粉细砂层中尤其应该注意这一点。

5、升降钻具时尽可能做到均匀平稳，避免对孔壁产生碰撞而使孔比受到扰动。

四、取样的操作

取样质量的优劣，不仅取决于取土器的选用类型，而且取决于操作过程中是否正确、得当。具体操作注意事项有：

1、钻进到达预计取样位置后，取土器下放之前，要采用适当的清孔工具（可使用提土器、平底刮刀等），仔细清除浮土，孔底残留浮土厚度不能大于取土器废土段长度（活塞取土器除外）。其标准要求既能清除浮土，又不致扰动取样土层。

2、取土器进入孔内取土时，应平稳下放，以免戳坏孔壁，使孔底再度淤积浮土或冲击孔底，从而引起土样扰动；取土器下放后，应核对孔深与钻具长度是否一致，当发现残留浮土厚度超过规定时，应提起取土器重新清孔。

3、取土器的贯入是取样操作的关键环节。取样进行时，贯入取土器的方式规定：采用１级原状土试样，应采用快速（贯入速度不小于０.１m/s）、连续、静压的方式；采取Ⅱ级原状土试样，可使用间断静压或重锤少击（尽可能作到重锤一击）方式。即只要能压入的优先压入，特别是软土必须采用压入法，压入应连续而不间断。在压入固定活塞取土器时，为避免活塞向下移动，应将活塞杆牢固地与钻架连接起来。如果土质过硬，静压贯入困难，应考虑改用回转取土器。

4、提升取土器之前，为切断土样与孔底土的联系和减少掉土的可能，可以将取土器回转2~3下，静置之后提升。此处回转的作用在于扭断土样；静置的目的在于增加土样稳定性，防止提升时拉断土样，减少逃土的可能性。提升取土器时，要做到均匀平稳，以免碰撞孔壁造成土样失落。

五、结束语

总之，原状土取样是岩土工程勘察中获取原始资料的重要环节，是土工试验资料的基础和保证，是最终勘察成果的必要保障。我们应在实际施工中，努力提高原状土样的采取质量，为全面的、真实的获取现场的可靠资料打下坚实的基础。

参考文献：

[1]《岩土工程勘察规范》[2009年版]（GB50021-2001）