摘要：新型环刀取土装置的结构简单易维护，操作简便，适配多种规格的环刀，在市政及道路工程现场进行试验取样时，可直观的查看环刀内入土情况，避免人为扰动环刀上部土体，并确保了环刀内土体没有因人为的二次压缩造成压实度失真，对环刀采取击实锤击取样，确保不同的锤重在不同的落距条件下产生的击实功符合相应击实试验的击实功要求。
关键词：环刀；新型环刀取土装置
一、现有常用的环刀试验取土装置
环刀是用来获取待检土体试验用样的一种常用仪器。由高强度不锈钢制成，下端有一圈切薄的刃口，环刀容积一般采用30~500cm3，直径一般为5~10cm，高2.00~6.37cm，壁厚1.5~2.2mm，径高比一般1.0~1.5。市政及道路工程中关于土基及路面材料的密度及压实度的检测，一般采用环刀法进行。在现场将已知质量的标准容积环刀通过取土器，击入待检土层的规定深度，环刀充满土体后取出，削平环刀上端的余土，使土面与环刀边缘齐平，再置于平板上，切削环刀刃口一端余土，使之与环刀刃口齐平后，称取环刀和待检土体的总质量，并从环刀中取得代表性土样进行含水率检测，获得待测土样的干密度。通过在实验室使用标准击实仪对相同土样进行标准击实试验，获得待检土体的最大干密度和最佳含水率值，将环刀取得的土样干密度与该土体实验室测得的最大干密度相比的百分数，即为待测土体的实际压实度。
目前无论是工程施工还是工程质量检测机构，在施工现场使用环刀进行压实度检测取样时，常用的简易取土器是平口取土器，盖在环刀上端，取土器与环刀上端仅保留少量空隙甚至是平齐的，在取样时环刀内土体很容易穿过环刀上部，直达取土器内部，造成环刀内的待检土体人为压缩，取得的试验数据失真，这种现象普遍存在。即使在取土器上的细小预留孔能让取土器中土样从中溢出，但是该压缩的土体已经压缩，待检土体的实际压实度已经被人为因素改变，根本无法获得真实数据。
实验室击实试验采用的标准击实仪，通过重型或者轻型击实获得待检土体的最大干密度和最佳含水量。击实的锤重，击实锤的落距，击实锤每次对样品的输出功都是一致的，而在施工现场取样时，多采用人工使用手锤和平口取土器盖在环刀上人工砸取，人工取环刀时，对平口取土器输出的锤击击实功每次都不相同。如果取土器的轻微偏斜，待检土体也会发生扰动造成环刀内土体应力改变，使想要采集的待检土体处理后的真实情况发生改变，实际上也就造成环刀取土失败，若是一味蛮力砸取环刀，更是会损坏环刀。
传统人工取土器落锤套在暴露的导杆上，导杆稍微变形或者污损，落锤就很容易卡顿，无法自由落下，且锤重固定无法更改，不能根据所取土体在压实作业时是采用轻型机械还是重型机械，从而区别针对性地采取轻型击实或者重型击实试验的锤重、锤体落距进行环刀取土试验。而且现在常用的环刀取土器功能单一，仅能配套单一径的环刀使用。如果更换不同口径的环刀进行取土试验时，需要购买多种口径的取土器。
二、新型环刀取土装置及其改进
一种基于标准击实试验的市政及道路工程用新型环刀取土装置（见图1~图4）针对上述现有技术存在的问题进行了相应解决，该新型环刀取土装置是专利产品，其操作简单，使用方便，有效满足对市政及道路工程中的土基及路面材料的密度及压实度试验的环刀取样需求。该新型环刀取土装置由包含击实杆和套筒组成的击实器和取土器两大部分组成。
图中：1、击实杆手柄，2、击实器套筒，3、上排气孔，4、击实杆，5、轻型击实标示线，6、击实杆连接螺丝接口，7、重型击实标示线，8、轻型锤头，9、下排气孔，10、锤头缓冲层，11、调平水泡，12、环刀满土标示尺，13、取土器，14、土仓，15、内埋式固定螺丝，16、内埋式定位螺丝，17、环刀，18、待检土体，19、环刀挡板，20、重型锤头，21、锤头连接螺丝接口。
击实杆上端装有手柄，连接着刻有轻型击实落距标线和重型击实落距标线的击实杆，击实杆下端通过锤头连接螺丝可更换轻型击实锤头和重型击实锤头；不同锤重的锤头底端装配有低弹力橡胶缓冲层，有效防止击实杆下落锤击取土器后回弹造成二次锤击。
击实器套筒外包裹击实杆，在上部和底端开有等间距等截面的套筒抽、排气孔，确保击实杆在击实器套筒内的下落锤击过程中保持自由落体，使击实锤在不同的落距条件下产生的击实功与相应击实试验中击实锤的击实功相符。
取土器包括取土套筒内土仓和不同型号环刀的试配系统组成。取土器套筒上部安装有调平水泡以及显示环刀内土样进深的环刀满土标示尺。取土器的取土套筒内土仓采用车床镗铣一体成型，加工精密坚固耐久，取土器上部安装有调平水泡，在进行环刀取样时使调平水泡居中，确保环刀取土环刀刃口垂直向下切削土体。取土器上部装有带刻度的环刀满土标示尺，当环刀内土体穿过环刀上口时，土体轻松将环刀满土标示尺上推，土体进入土仓，在取土的过程中不用抬起取土器，很直观的查看环刀入土及环刀内进土、满土情况。不同型号环刀试配系统在取土器下端土仓口处镗铣有梯形内凹槽，安装有内埋式环刀定位螺丝、不同口径的环刀适配挡板和内埋式固定螺丝，用来匹配不同的环刀进行取土试验，适配多种口径，多种土体容积的环刀。
三、新型环刀取土装置的操作使用
将本新型环刀取土装置连同环刀轻放在已经清理掉表层松散干燥土质的待检土体层的层中偏下部位上，根据待检土体采取那种压实机械类型，选取相应的轻型锤头或重型锤头及击实杆的落距，观察取土器上的调平水泡，并确保调平水泡居中，此时取土装置的击实杆、击实器套筒、取土器和环刀壁均与待检土体垂直，然后将击实杆轻松提起到相应落距（轻型击实标示线或重型击实标示线）后，松开手柄，击实杆自由落下，保证环刀顶端所受击实功与实验室内相应土体击实试验受到的击实功一致，随着环刀受到冲击，环刀底端的刃口轻松切削待检土层进入待检土体，土样进入环刀，当环刀内土样渐渐充满，从环刀上口穿越进入取土器的土仓时，土样轻轻推动环刀满土标示尺向上浮动，当环刀满土标示尺达到满土标线时，表示环刀内部土样已经充满并有一定高度的土样进入土仓内，此时停止击实杆，轻轻绕圈晃动击实器套筒，在保证不扰动环刀内土体的情况下使环刀外壁与外壁土体松动后，上提取土装置，将取土环刀带出，拆下环刀后立刻进行修平装入取样盒内密封，带回实验室内进行含水率及压实度的检测。
四、取土试验案例应用
1.比对试验
现有某建筑工程地下车库一层地基土体回填后进行回填素土压实度检测试验，施工面积为800㎡，根据规范和设计要求，设计压实度为不小于92%，待检土样实验室击实试验类型为重型击实，采用环刀法进行压实度试验取样，现采用普通的平口取土器加人工手锤和新型环刀取土器在同一标高、同一轴线回填土层上进行环刀取样比对试验，取样数量各为8点并进行取样数据比对分析。现场待检土体事先已取代表性土样委托实验室进行标准重型击实实验，获得该类型土体的最大干密度ρdmax为1.80g/cm3和最佳含水率ｗ为15.8%，将现场比对的环刀取样样品获得的干密度与最大干密度进行计算即得出相应的待检土体压实度。
2.数据分析
（4）采用传统取土器和新型环刀取土器对待检土体进行环刀采样获得的相同部位土样数据进行比对，含水率差值在0.1%~0.2%，非常接近，但是采用传统取土器加人工手锤取样的环刀样品，其实测压实度均高于采用新型环刀取土装置取得的环刀样品，并且测得的待检土体压实度全部符合设计要求，而采用新型环刀取土装置获得的环刀压实度实测数据，近半数取样点位的实测压实度低于设计要求，而压实度合格的点位其压实度数值压实濒临合格临界值，现场的回填土压实度是否符合设计要求值得怀疑。后更换采用灌砂法对压实度有疑问的待检土体进行压实度复检，发现使用灌砂法检测得出的待检土体的压实度与采用新型环刀取土装置取得环刀数据一致。可见，采用新型环刀取土装置进行的回填土压实度检测，精度远高于传统瓶口环刀取土器。
五、结论
本取土装置的优势在于，与常见的环刀取土器相比，本新型环刀取土装置是专利产品，坚固耐用，结构简单，易维护，操作简便，通过根据待检土体选取何种型号的压实设备从而相应选取不同的锤重和击实落距，真实模拟实验室重型轻型击实试验时的土体受到的击实功状态，将采用相同击实功取得的环刀土样与实验室标准击实试验获得的数据进行压实度检测，不确定度更小，数据更加反映真实情况，使得工程质量控制检测监督变得有真实的意义。取土器上装有调平水泡，确保环刀取土时，环刀刃开口垂直向下切削土体，最大限度减少环刀倾斜对待检土体产生多余的应力扰动，避免造成环刀内待检土体的数据偏离真实情况。取土器上部装有环刀满土标示尺，在取土的过程中不用抬起取土器，很直观的查看环刀入土及环刀内满土情况，提高了环刀取土试验的工作效率，并且取土器上部土仓空间足够大，进入土仓的待检土体压实度没有产生人为扰动，避免了环刀上部的土体人为的二次压缩，并且确保了环刀内土体没有因为人为二次压缩造成的压实度失真。本新型环刀取土装置中，取土器与环刀在取样全过程中连为一体，在取样完成后将环刀和土样一同带出，避免常规用手锤人工砸取环刀后，还要用洋镐、铁锹对环刀进行挖取，既会大面积破坏待检土体，还可能扰动环刀内部土体，甚至会使环刀卷边、断刃、变形损坏，而且检测效率低下、浪费人工成本。新型环刀取土器可以适配多种口径，多种土体容积的环刀，配套的环刀挡板更换简便快捷，提高检测的多样性和便捷性。
论文作者:孙鑫
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：取土论文; 压实论文; 锤头论文; 装置论文; 套筒论文; 密度论文; 水泡论文; 《基层建设》2017年第16期论文;