用靜力觸探試驗(yàn)測(cè)試砂土密實(shí)度

摘 要：大量的模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，靜力觸探都可用于工程地質(zhì)勘察回填砂土的密實(shí)度檢測(cè)，為了從理論上揭示兩者的相關(guān)性的根源，通過試驗(yàn)測(cè)試出，靜力觸探在砂土中試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性的必然性。

關(guān)鍵詞：靜力觸探；砂土；密實(shí)度

靜力觸探是巖土工程 勘察中一項(xiàng)常用的原位測(cè)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(yīng)用，它適宜于軟土、粘性土、粉土、砂性土層。特別是對(duì)于地層情況變化較大的復(fù)雜場(chǎng)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(jìn)行勘察。

靜力觸探試驗(yàn)是廣泛用于巖土工程勘探、監(jiān)測(cè)和檢測(cè)方面的原位測(cè)試技術(shù)，具有輕便、快速、高效的特點(diǎn)。基本原理就是用準(zhǔn)靜力（相對(duì)動(dòng)力觸探而言，沒有或很少?zèng)_擊荷載）將一個(gè)內(nèi)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(hào)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(zhì)特征之間的定性關(guān)系和統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系，來實(shí)現(xiàn)取得土層剖面、提供淺基承載力、選擇樁端持力層和預(yù)估單樁承載力等工程地質(zhì)勘察目的。靜力觸探是常用的土體原位測(cè)試方法。觸探試驗(yàn)的成果反應(yīng)了地基土在豎向動(dòng)荷載與靜荷載作用下的強(qiáng)度與變形能力，都是地基土強(qiáng)度與變形性能的綜合反映。

砂土的密實(shí)度決定著地基承載力、樁的摩阻力與端承力，是工程地質(zhì)勘察中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

砂土（無粘性土）的密實(shí)度是表征其物理性質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，直接影響到砂土的工程性質(zhì)。密實(shí)狀態(tài)的砂土，強(qiáng)度高是良好的天然地基，反之，松散狀態(tài)的砂土，強(qiáng)度低，不能作為天然地基。

因此如何表示砂土的密實(shí)程度是土力學(xué)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(jí)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(shí)狀態(tài)未必一樣。例如就某一確定的天然孔隙比，級(jí)配不良的砂土，根據(jù)該孔隙比可評(píng)定為密實(shí)狀態(tài)；而對(duì)于級(jí)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(tài)。因此，工程上一般采用相對(duì)密度Dr來衡量無粘性土的密實(shí)程度。相對(duì)密度Dr的表達(dá)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(cè)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(cè)定；e-同一土樣情況下無粘性土的天然孔隙比。

但在工程實(shí)際工作中最常用確定砂土的密實(shí)度是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的錘擊數(shù)。實(shí)際工作中，有兩種情況難以用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)確定砂土的密實(shí)度：一種是飽和砂土，尤其是具有承壓水的砂層，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)難以進(jìn)行；另一種是鉆桿長(zhǎng)超過21米時(shí)，取出了取出了規(guī)范上的校正范圍而無法校正擊數(shù)。通過幾年的工作與資料的積累，在20m深度內(nèi)，可正常進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)與靜探試驗(yàn)對(duì)比，建立標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與靜力觸探試驗(yàn)指標(biāo)一一錐尖阻力的回歸方程，從而可直接用靜力觸探試驗(yàn)測(cè)試出砂土的密實(shí)度。

對(duì)比試驗(yàn)是在牡丹江市地區(qū)，方法是標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔與靜力觸探試驗(yàn)孔孔距0.6-1.5m，并先進(jìn)行靜探試驗(yàn)，從32個(gè)對(duì)比中得到了52組粉細(xì)砂、37組中粗砂的N63.5與qc對(duì)比數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)分別做了回歸分析，得到了兩個(gè)回歸方程。

粉細(xì)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(xì)砂、中粗砂的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)（擊/30cm）；qc：靜力觸探試驗(yàn)錐尖阻力（Kpa）

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

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N63.5與靜力觸探試驗(yàn)指標(biāo)錐尖阻力qc的關(guān)系，為了確定砂土密實(shí)度界限的qc值，我們利用N=10、N=15、N=30三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)界限值代入公式（1）、（2）中，求出對(duì)應(yīng)的qc，并列入下表。

國(guó)內(nèi)外評(píng)定砂土密實(shí)度界限值對(duì)比表

通過對(duì)比，有一定差別，但不是很大，尤其與遼寧煤礦設(shè)計(jì)院、哈爾濱市勘察設(shè)計(jì)院、同濟(jì)大學(xué)的資料很接近，且介于二者之間。而造成的差別與地區(qū)、砂土的級(jí)配，礦物成分及飽和度有關(guān)。因此，我們建立的公式適用于牡丹江地區(qū)，其它地區(qū)只能參考適用。再后來勘察工作中，我們應(yīng)用了這兩的公式來確定砂土密實(shí)度，從而給出地基承載力、樁端承載力、摩阻力，與地區(qū)經(jīng)驗(yàn)壓樁試驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果是正確的。

靜力觸探既是一種原位測(cè)試手段，也是一種勘探手段，它和常規(guī)的鉆探——取樣——室內(nèi)試驗(yàn)等勘探程序相比，具有快速、精確、經(jīng)濟(jì)和節(jié)省人力等特點(diǎn)。此外，在采用樁基工程勘察中，靜力觸探能準(zhǔn)確地確定樁端持力層等特征也是一般常規(guī)勘察手段所不能比擬的。

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