用靜力觸探試驗測試砂土密實度

摘 要：大量的模型試驗和現場試驗結果表明，靜力觸探都可用于工程地質勘察回填砂土的密實度檢測，為了從理論上揭示兩者的相關性的根源，通過試驗測試出，靜力觸探在砂土中試驗結果相關性的必然性。

關鍵詞：靜力觸探；砂土；密實度

靜力觸探是巖土工程 勘察中一項常用的原位測試方法，因其普遍適用性和有效性而在巖土工程勘察工程中廣泛應用，它適宜于軟土、粘性土、粉土、砂性土層。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粘土地層的勘察，更適合采用靜力觸探進行勘察。

靜力觸探試驗是廣泛用于巖土工程勘探、監測和檢測方面的原位測試技術，具有輕便、快速、高效的特點。基本原理就是用準靜力（相對動力觸探而言，沒有或很少沖擊荷載）將一個內部裝有傳感器的觸探頭以勻速壓入土中，由于地層中各種土的軟硬不同，探頭所受的阻力自然也不一樣，傳感器將這種大小不同的貫入阻力通過電信號輸入到記錄儀表中記錄下來，再通過貫入阻力與土的工程地質特征之間的定性關系和統計相關關系，來實現取得土層剖面、提供淺基承載力、選擇樁端持力層和預估單樁承載力等工程地質勘察目的。靜力觸探是常用的土體原位測試方法。觸探試驗的成果反應了地基土在豎向動荷載與靜荷載作用下的強度與變形能力，都是地基土強度與變形性能的綜合反映。

砂土的密實度決定著地基承載力、樁的摩阻力與端承力，是工程地質勘察中的一項重要內容。

砂土（無粘性土）的密實度是表征其物理性質的一項重要指標，直接影響到砂土的工程性質。密實狀態的砂土，強度高是良好的天然地基，反之，松散狀態的砂土，強度低，不能作為天然地基。

因此如何表示砂土的密實程度是土力學中重要問題之一。在一定程度上，砂土的密度程度可用其孔隙比來表示。但砂土的孔隙比的變化范圍受土粒大小、磨圓程度、形狀和級配的影響很大，即使兩種無粘性土的孔隙比相同，但它們所處的密實狀態未必一樣。例如就某一確定的天然孔隙比，級配不良的砂土，根據該孔隙比可評定為密實狀態；而對于級配良好的土，同樣具有這一孔隙比，則可能判為中密或者稍密狀態。因此，工程上一般采用相對密度Dr來衡量無粘性土的密實程度。相對密度Dr的表達式如下：

式中：emax-同一土樣情況下無粘性土的最大孔隙比，由它的最小干密度換算；一般按“松砂器法”測定；emin-同一土樣情況下無粘性土的最小孔隙比，由它的最大干密度換算；一般按“振擊法”測定；e-同一土樣情況下無粘性土的天然孔隙比。

但在工程實際工作中最常用確定砂土的密實度是依據標準貫入試驗的錘擊數。實際工作中，有兩種情況難以用標準貫入試驗確定砂土的密實度：一種是飽和砂土，尤其是具有承壓水的砂層，標準貫入試驗難以進行；另一種是鉆桿長超過21米時，取出了取出了規范上的校正范圍而無法校正擊數。通過幾年的工作與資料的積累，在20m深度內，可正常進行的標準貫入試驗與靜探試驗對比，建立標準貫入擊數與靜力觸探試驗指標一一錐尖阻力的回歸方程，從而可直接用靜力觸探試驗測試出砂土的密實度。

對比試驗是在牡丹江市地區，方法是標準貫入試驗孔與靜力觸探試驗孔孔距0.6-1.5m，并先進行靜探試驗，從32個對比中得到了52組粉細砂、37組中粗砂的N63.5與qc對比數據，對這些數據分別做了回歸分析，得到了兩個回歸方程。

粉細砂：Nf·x=0.0025qc+3.12 （1）

中粗砂：Nz·c=0.003qc+5.22 （2）

式中：Nf·x、Nz·c：分別為粉細砂、中粗砂的標準貫入試驗錘擊數（擊/30cm）；qc：靜力觸探試驗錐尖阻力（Kpa）

對于公式（1），在給定信度α=0.01時，F=877.67≥F0.01=6.63；對于公式（2），在給定信度α=0.01時，F=768.42≥F0.01=6.63；公式（1）、（2）的F檢驗均極為顯著。

標準貫入試驗錘擊數N63.5與靜力觸探試驗指標錐尖阻力qc的關系，為了確定砂土密實度界限的qc值，我們利用N=10、N=15、N=30三個標準貫入試驗界限值代入公式（1）、（2）中，求出對應的qc，并列入下表。

國內外評定砂土密實度界限值對比表

通過對比，有一定差別，但不是很大，尤其與遼寧煤礦設計院、哈爾濱市勘察設計院、同濟大學的資料很接近，且介于二者之間。而造成的差別與地區、砂土的級配，礦物成分及飽和度有關。因此，我們建立的公式適用于牡丹江地區，其它地區只能參考適用。再后來勘察工作中，我們應用了這兩的公式來確定砂土密實度，從而給出地基承載力、樁端承載力、摩阻力，與地區經驗壓樁試驗對比，結果是正確的。

靜力觸探既是一種原位測試手段，也是一種勘探手段，它和常規的鉆探——取樣——室內試驗等勘探程序相比，具有快速、精確、經濟和節省人力等特點。此外，在采用樁基工程勘察中，靜力觸探能準確地確定樁端持力層等特征也是一般常規勘察手段所不能比擬的。

參考文獻

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