靜力觸探試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的對(duì)比研究

韓 鵬

(天津市北洋水運(yùn)水利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300460)

1 概述

在工程勘察中，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)作為一種可靠的原位測(cè)試試驗(yàn)，在地震液化判別、粉土和砂土的狀態(tài)判別、地基承載力估算、土層均勻性評(píng)價(jià)、成樁可能性評(píng)價(jià)等方面有著廣泛的應(yīng)用，并積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。靜力觸探試驗(yàn)(CPT)由于具有試驗(yàn)時(shí)間短、成本低、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，在工程勘察得到廣泛應(yīng)用，同樣是一種重要的勘察手段。在工程勘察、地基加固效果檢測(cè)、地基承載檢測(cè)中，綜合考慮錘擊數(shù)和靜力觸探指標(biāo)，是工程技術(shù)人員普遍采用的方法，也是保證工程安全可靠的前提。隨著靜力觸探在工程勘察中的應(yīng)用，在土性劃分、地基承載力、單樁承載力計(jì)算等方面積累一定的工程經(jīng)驗(yàn)。目前關(guān)于靜力觸探試驗(yàn)的研究主要集中在土層物理力學(xué)指標(biāo)和錐尖阻力相關(guān)性方面，關(guān)于標(biāo)貫擊數(shù)與錐尖阻力的研究較為匱乏。

本文以多個(gè)實(shí)際工程為基礎(chǔ)，通過進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)及室內(nèi)土工試驗(yàn)，對(duì)濱海新區(qū)埋深35 m以上淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)和錐尖阻力指標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比研究，為靜力觸探試驗(yàn)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用提供參考。

2 試驗(yàn)方案及設(shè)備

2.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為了做到標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)和錐尖阻力指標(biāo)完全匹配和一致，以天津?yàn)I海地區(qū)實(shí)際工程項(xiàng)目為基礎(chǔ)，在現(xiàn)場布置標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔和靜力觸探試驗(yàn)孔，進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔和靜力觸探試驗(yàn)孔的間距為2.0 m。具體方法如下：

首先，在標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，試驗(yàn)間距為1.0 m，試驗(yàn)完成后，采取標(biāo)貫器中的擾動(dòng)土樣，依次類推，直至試驗(yàn)終止深度。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)束后，在旁邊的靜力觸探試驗(yàn)孔中進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)，采取錐尖阻力和側(cè)摩阻力，直至試驗(yàn)終止深度；其次，通過室內(nèi)土工試驗(yàn)對(duì)采取的土樣進(jìn)行含水率、液塑限等試驗(yàn)，獲得土樣的含水率、液塑限等物理指標(biāo)；最后，在完成所有標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)不同土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)和錐尖阻力指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)兩者之間的相關(guān)性進(jìn)行研究。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

本次靜力觸探試驗(yàn)采用的探頭為雙橋探頭，探頭規(guī)格詳見表1。

表1 雙橋靜力觸探探頭規(guī)格表

2.3 靜力觸探試驗(yàn)步驟

表2 物理力學(xué)指標(biāo)分層統(tǒng)計(jì)表

1)平整場地，將履帶車開到預(yù)定孔位，然后在4個(gè)液壓支腿下分別墊上枕木，撥動(dòng)多路換向支腿閥，將車身水平調(diào)整好，根據(jù)探測(cè)深度選擇下錨的數(shù)量和錨徑。

2)由機(jī)長啟動(dòng)液壓下錨機(jī)，將下錨機(jī)上升到適當(dāng)位置，將地錨連接在下錨機(jī)上并固定，開動(dòng)下錨機(jī)將地錨下至預(yù)定深度后再次對(duì)車身水平進(jìn)行調(diào)整，確保車身水平。

3)將已與探頭電纜線連接好的探桿，穿過插板體，待探頭距地面50 mm時(shí)，裝上導(dǎo)正瓦，然后卡上探桿。

4)量測(cè)儀表放置穩(wěn)妥處后，接上電纜。然后校調(diào)儀表，視正常即可開始進(jìn)行貫入。

5)扳動(dòng)貫入缸換向閥手柄，使活塞桿“上升”及“下降”同時(shí)相應(yīng)卡緊及松脫探桿，從而把探桿間斷勻速壓入土層中，貫入中每10 cm記錄一次數(shù)據(jù)。

6)貫入過程中，如需停止，只要將貫入缸換向手柄，扳到中間位置即可，快速上升時(shí)把差動(dòng)油路開關(guān)關(guān)掉，如發(fā)現(xiàn)地錨有松動(dòng)現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)予以吊緊。

7)貫入到預(yù)定深度后，結(jié)束貫入操作，并盡快拔起探桿，防止出現(xiàn)拔桿困難或埋桿事故。

8)起錨，對(duì)場地進(jìn)行恢復(fù)，準(zhǔn)備下一次靜力觸探試驗(yàn)。

9)當(dāng)測(cè)試中出現(xiàn)觸探桿明顯彎曲或者錐尖阻力大于34 MPa時(shí)，應(yīng)停止貫入并在記錄中注明。

3 試驗(yàn)土層對(duì)象及土性指標(biāo)

4 錘擊數(shù)與錐尖阻力對(duì)比分析

表3 錘擊數(shù)、錐尖阻力及錘擊數(shù)與錐尖阻力比值分層統(tǒng)計(jì)值表

4.1 土層錘擊數(shù)及錐尖阻力

剔除異常值，對(duì)各土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)和錐尖阻力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)和錐尖阻力及錘擊數(shù)與錐尖阻力比值的統(tǒng)計(jì)值如表3所示。

從表3可以看出，土層的錐尖阻力隨錘擊數(shù)的增大而增大。錘擊數(shù)與錐尖阻力的比值并不是一個(gè)定值，也不是土層標(biāo)貫擊數(shù)越大，錘擊數(shù)與錐尖阻力的比值越大，錘擊數(shù)與錐尖阻力的比值與土性具有直接關(guān)系。從表3可以看出，對(duì)于淤泥質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土而言，土層錐尖阻力越大，錘擊數(shù)與錐尖阻力的比值越大；對(duì)于粉土而言，土層錐尖阻力越大，錘擊數(shù)與錐尖阻力的比值越小。在淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土及粉土中，粉土層的錘擊數(shù)與錐尖阻力的比值最小，淤泥質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土的錘擊數(shù)錐尖阻力的比值相對(duì)較大。

4.2 土層錘擊數(shù)及錐尖阻力相關(guān)性分析

對(duì)淤泥質(zhì)黏土(地層編號(hào)①，②)、粉質(zhì)黏土(地層編號(hào)③，⑤，⑥，⑧)及粉土(地層編號(hào)④，⑦)層的錘擊數(shù)與錐尖阻力進(jìn)行線性回歸分析，各土層線性回歸曲線見圖1～圖8。各土層的錘擊數(shù)與錐尖阻力的線性回歸表達(dá)式見表4。各土層線性回歸分析表明，各土層錘擊數(shù)與錐尖阻力之間具有較好線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.733～0.815之間，可靠度較高，在實(shí)際工程具有一定的指導(dǎo)意義。

表4 各土層錘擊數(shù)與錐尖阻力線性擬合關(guān)系式

5 結(jié)語

1)土層的錐尖阻力隨錘擊數(shù)的增大而增大。

2)錘擊數(shù)與錐尖阻力的比值并不是一個(gè)定值，該比值與土性具有直接關(guān)系。對(duì)于淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土及粉土而言，粉土層的錘擊數(shù)與錐尖阻力的比值最小，淤泥質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土的錘擊數(shù)錐尖阻力的比值相對(duì)較大。

3)對(duì)于同一土層，錘擊數(shù)與錐尖阻力之間存在較好的線性相關(guān)性。

4)本文中各土層錘擊數(shù)與錐尖阻力擬合關(guān)系式適用于天津?yàn)I海地區(qū)，對(duì)于該區(qū)域以內(nèi)的地區(qū)的使用性需要進(jìn)一步驗(yàn)證。