靜力觸探技術成果在工程中的應用

萬廣臣 陳 健 朱 琦

(1.中鐵工程設計咨詢集團濟南設計院， 山東濟南 250022；2.安徽省建設工程勘察設計院，安徽合肥 230001；3.山東省交通規劃設計院，山東濟南 250031)

1 靜力觸探技術原理及適用范圍

靜力觸探(CPT)是土的原位測試手段,也是工程勘探方法。在不需取樣的情況下,用靜力將一個內部裝有傳感器的觸探頭以勻速壓入土中,根據測得土對傳感器觸探頭貫入阻力的大小變化,來取得各類土的物理力學性質、強度和變形指標。

靜力觸探主要適用于黏性土、粉土及砂類土,特別是對于地層情況變化較大的復雜場地及不易取得原狀土的飽和砂土和高靈敏度的軟土地層,更適合采用靜力觸探。

2 靜力觸探技術成果應用

靜力觸探在工程上的應用主要體現在以下幾個方面：劃分土層，確定土的基本承載力，砂土及粉土的液化判別。現結合魯西北黃河沖積平原區工程實例進行進一步研究和探討。

2.1 劃分土層

劃分土層最好選用雙橋,土層分層的詳細程度應以滿足工程需要為度,對主要受力層應詳細劃分,對工程有影響的軟弱下臥層應單獨分出。根據錐尖阻力qc和側摩阻力fs的值, 計算出摩阻比,有這些數據便可定名土層。該工程各類土層靜力觸探測得的典型曲線見圖1。

圖1 各類土層典型曲線

該項測試資料可獲得兩條曲線,即qc-h和fs-h關系曲線。從圖1可看出不同的土層。首先曲線形狀變化不同：素填土曲線變化無規律,有突變；淤泥質土曲線很平緩,近于直線無突變；黏性土較均勻,曲線變化幅度較小；粉土線形很不平穩,呈平緩的鋸齒狀；粉砂呈尖銳鋸齒狀。從雙橋探頭曲線圖上可以看到,黏性土的fs曲線在qc曲線的右側；粉土fs的曲線在qc曲線的外側,局部有交叉；粉砂fs的曲線和qc曲線交叉較多。

依據雙橋靜力觸探曲線特征可劃分土層,也可借助《鐵路工程原位測試規程》(TB10018—2003)。劃分土層可依據圖2,圖中Rf為摩阻比。

圖2 土層劃分

當前,主要靠鉆探取樣及室內土工實驗劃分土層。但是像鐵路、公路等長大干線工程,通過鉆孔取樣來詳細了解沿線地層的變化情況,十分費時費力,經濟上也欠合理。靜力觸探曲線能夠獲得地層的連續數據,快速準確，不需取樣,不受取樣擾動等人為因素的影響,避免鉆探記錄的主觀性,為辨認土層界限、劃分土層提供了一個快捷、高效、且經濟的方法。

2.2 確定土的基本承載力

我國幅員遼闊,地質條件多種多樣,不可能有統一的承載力經驗公式，只有通過一個地區的對比實驗結果提出適合本地區的經驗公式。《建筑地基基礎設計規范》(GB50007—2002)提出可由載荷試驗或其他原位測試、公式計算并結合工程實踐經驗等方法綜合確定。本文利用標準貫入試驗、靜力觸探、室內土工試驗三者對比,確定地基基本承載力,并推薦了適合本地區的靜力觸探經驗公式。

對于室內試驗結果,利用孔隙比、含水量和液性指數,通過查表取得基本承載力值(見表1)。

對于靜力觸探試驗結果,利用Ps值(Ps=1.1qc),通過查《鐵路工程原位測試規程》(TB10018—2003)，取得地基承載力值，使用數理統計方法進行統計分析,其平均值如表2。

表2 靜力觸探確定承載力統計

通過查鐵一院回歸公式取得地基承載力值如表3。

表3 鐵一院回歸公式取得地基承載力值

對于標準貫入試驗,利用建筑規范查表法得地基承載力值,各層平均值見表4。

表4 標準貫入試驗確定承載力統計

2.3 確定土的壓縮模量Es

確定壓縮模量,常用室內固結試驗。室內固結試驗測得的壓縮模量是土體在完全側限條件下豎向應力增量Δp與相應的應變增量Δε的比值。靜力觸探直接測得原位土體的數據,避免了取樣、試驗等中間環節,既縮短了勘察周期,又減少了中間環節造成的誤差。[3]

《鐵路工程原位測試規程》(TB10018—2003)給出了地基土壓縮模量經驗公式。該工程與室內實驗Es值進行對比,結果見表5。

表5 室內實驗Es值與靜探Es值對比

3 結束語

(1)利用靜力觸探劃分土層準確、高效、低成本、縮短勘察周期；宜與鉆探相配合,不能盲目減少鉆探孔。

(2)在現今勘察市場,用擾動土樣代替原狀土樣的現象比較普遍,若鉆探質量和記錄質量再得不到保證,靜力觸探的優點就更顯得重要。

(3)靜力觸探指標應用時地區經驗性很強,與地基承載力、變形參數是統計關系,不是理論關系,需依靠大量數據的積累。[3]

(4)靜力觸探指標應用時受地層影響較大,應用時應結合鉆探及室內試驗綜合分析。

[1]鐵道第一勘測設計院.鐵路工程地質手冊[M].北京：中國鐵道出版社,1999

[2]王鍾琦.土靜力觸探的實質及其應用現狀及前景[J].工程勘察,2008(10)

[3]顧寶和.《巖土工程勘察規范》中的靜力觸探問題[J].工程勘察,2008(10)

[4]GB50021—2001 巖土工程勘察規范[S]

[5]TB10041—2003 鐵路工程地質原位測試規程[S]

[6]TBJ37—93 靜力觸探技術規則[S]

[7]GB50007—2002 建筑地基基礎設計規范[S]

[8]TBJ37—93 靜力觸探技術規則[S]