輕型圓錐動力觸探在地基承載力檢測中的應用探討

譚興海 中邦山水規劃設計有限公司

李 瑩 中慶建設有限責任公司

1 設備規格

輕型圓錐動力觸探主要有落錘、觸探桿及探頭組成，落錘錘重為10kg±0.2kg，落距為0.50m±0.02m，觸探桿直徑為25mm，探頭直徑為40mm，圓錐角為60°，詳見表1與圖1。

表1 輕型圓錐動力觸探設備規格表

2 操作步驟及現場檢測要求

（1）根據GB/T 50123—2019《土工試驗方法標準》中47.3條相關規定，操作步驟如下。

①先用輕便鉆具鉆至試驗土層標高以上0.3m處，將探頭和探桿放入孔內，保持探桿垂直，就位后對所需實驗土層連續進行觸探。

②試驗時，落錘落距為0.50m±0.02m，使其自由落下，記錄每打入0.30m時所需的錘擊數，最初0.30m可以不記，然后連續向下貫入，記錄下一深度的錘擊數，重復試驗到預定的試驗深度。

③若需描述土層情況時，可將觸探桿拔出，取下探頭，換貫入器進行取樣。

④如遇密實堅硬土層，當貫入0.30m，所需錘擊數超過100擊或貫入0.15m超過50擊時，即可停止試驗；如需對下臥土層進行試驗時，可用鉆具穿透堅實土層后再貫入。

⑤本試驗一般用于貫入深度小于4m 的土層，必要時也可在貫入4m 后用鉆具將孔掏清后再繼續貫入2m。

（2）根據JGJ 340—2015《建筑地基檢測技術規范》中相關規定，現場檢測要求如下。

①試驗應在平整的場地進行，測試點應根據工程地質分區或加固處理分區均勻布置，并應具有代表性。

②天然地基檢測深度應達到主要受力層深度以下，人工地基檢測深度應達到加固深度以下0.5m，符合地基增強體及樁間土的檢測深度應超過豎向增強體底部0.5m。

③圓錐動力觸探試驗應采用自由落錘；地面上觸探桿高度不宜超過1.5m，并應防止錘擊偏心、探桿傾斜和側向晃動；錘擊貫入應連續進行，保持探桿垂直度，錘擊速率宜為15擊/min～30擊/min。

3 影響因素及減小影響的方法

3.1 人為因素

（1）落錘的高度、錘擊速度和操作方法；

（2）讀數量測方法和精度；

（3）觸探孔和探桿的垂直度。

3.2 設備因素

（1）落錘的形狀和質量；

（2）探頭的形狀和大小；

（3）觸探桿的截面尺寸、長度和質量；

（4）錘墊的構造及尺寸；

（5）所用材料的材型及性能。

3.3 其他影響因素

（1）土的性質；

（2）觸探深度；

（3）地下水的影響。

3.4 減小影響的方法

（1）操作方法應嚴格按相關規范、規程及標準執行，把人為影響因素降到最低限度；

（2）設備規格應定型化，遵照規范、規程及標準定制設備；

（3）輕型圓錐動力觸探不宜對較硬土層開展測試，同時輕型圓錐動力觸探不宜連續觸探超過4m。

4 問題探討

輕型圓錐動力觸探在天然地基檢測中應用比較廣泛，具有輕便、易操作等優點。但是不規范的操作是否會引起數據的不準確，是否會導致地基的檢測情況與實際差別較大，應展開探討。

例：某單棟二層住宅建筑工程中，巖土工程勘察報告中揭露土層為：

第①層：雜填土，黑灰色～雜色，成分復雜，密度不均，平均深度為0.0m～1.5m；

第②層：粉質黏土，黃褐色，可塑狀態，平均深度為1.5m～5.0m；

第③層：粉質黏土，黃褐色，可塑偏硬狀態，平均深度為5.0m～8.0m。

巖土工程勘察報告中第②層粉質黏土的承載力特征值為155kPa，地下水位約為3.0m，根據巖土工程勘察報告，設計單位設計的基礎形式為天然地基獨立基礎（基礎寬度1.5m，基礎埋深-2.0m，室內±0.000與自然地面標高基本一致），并采用第②層粉質黏土作為基礎持力層，設計要求地基承載力特征值為155kPa。本工程共有9個基槽，當所有基槽開挖至設計基底標高，檢測單位到現場后，采用輕型圓錐動力觸探進行地基檢測，直接記錄從設計基底標高算起第一個0.3m錘擊數，并未向下連續錘擊，且有些落錘松手時，操作人員的雙手有明顯向下附加用力，而且有些手抬落錘松手時的高度也超過了0.5m。檢測單位采用此種檢測方式連續檢測了10 個點，錘擊數分別為N10=20、19、21、20、22、20、21、19、18、20 擊，平均值20 擊，根據JGJ 340—2015《建筑地基檢測技術規范》查表8.4.9-1（見表2），可初步判定承載力特征值為115kPa，但是該值比155kPa小很多，如果直接采用115kPa 作為本次地基檢測的檢測報告成果，地基承載力將不滿足設計要求，就需重新設計，并采用地基處理等措施提高地基承載力，將增加設計與施工成本。

表2 輕型動力觸探試驗推定地基承載力特征值fak（kPa）

本次檢測結果下的地基承載力特征值115kPa是否是規范操作下得到的試驗結果？是否符合實際情況？能否作為最終的檢測報告結果？為什么會出現這種與巖土工程款勘察報告嚴重不一致的情況？下面就此種情況展開分析。

分析本次檢測結果與巖土工程勘察報告提供的承載力特征值有較大差距產生的原因如下。

（1）巖土工程勘察時期與開槽卸荷后，基底標高（自然地面以下-2m）處地基土的應力狀態不同，此為根本原因，開槽后地基土表層類似欠固結狀態，會比原始狀態略松散，但是基礎建成及回填土壓實后，地基土會慢慢回歸到原始的狀態，所以僅檢測表層0.3m的地基土承載力并不能反映整體受力層厚度內地基土的真實狀態。

（2）本次試驗未按規范操作，未按照《土工試驗方法標準》要求從上部用輕便鉆鉆孔后測試，同樣未按照《建筑地基檢測技術規范》中要求達到主要受力層深度以下，本次試驗僅測試了地基土表層0.3m 的深度范圍內，而且落錘有些為非自由落錘，有些落錘高度也明顯超過規范要求的0.5m。

（3）未進行地基承載力修正，僅提供了初步判定的地基承載力特征值。

（4）現場試驗人員實際工程經驗較少，正常情況下本地區地基承載力特征值為115kPa的粉質黏土基本呈軟塑狀態，但現場基槽開挖后地基土明顯呈可塑狀態，但是檢測人員并未發現異常，并且未進行異常處理，只是提供了檢測結果。

解決辦法建議：

（1）可按照GB/T 50123—2019《土工試驗方法標準》中的操作要求，可從試驗點位先用輕便鉆具鉆至試驗土層標高以上0.3m 處（盡量保留地基土原始狀態），再進行輕型圓錐動力觸探試驗；或上部預留一部分土層，然后用輕型圓錐動力觸探連續貫入，達到主要受力層深度以下，剔除異常值，再進行統計計算。操作時也應嚴格按照規范要求，落錘應為自由落錘，禁止落錘達到指定高度松手時手上附帶向下用力，并且落錘松手時高度不應超過0.5m，或者制備帶上部封頂裝置。

（2）進行地基承載力修正，根據GB 5007—2011《建筑地基基礎設計規范》中第5.2.4 條規定：當基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，從載荷試驗或其他原位測試、經驗值等方法確定的地基承載力特征值，尚應按下式修正：

fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）

式中：fa——修正后的地基承載力特征值；

fak——從載荷試驗或其他原位測試、經驗值等方法確定的地基承載力特征值；

ηb、ηd——基礎寬度和埋置深度的地基承載力修正系數；

γ——基礎底面以下土的重度，地下水以下取浮重度；

γm——基礎底面以上土的加權平均重度，地下水以下的土取有效重度；

b——基礎底面寬度，小于3m 按3m 取值，大于6m按6m取值；

d——基礎埋置深度。

因為本工程基礎寬度1.5m，埋置深度為2.0m，所以地基檢測中通過輕型圓錐動力觸探測試計算的承載力特征值應進行地基承載力深度修正，通過上式修正后的地基承載力特征值約為160kPa，滿足設計要求，并在檢測報告中標注此承載力為修正后的地基承載力特征值。

（3）當出現本次檢測這種情況時，可以再采用其他方式開展地基承載力檢測，進行橫向對比。比如載荷試驗、靜力觸探試驗、標準貫入試驗，把各種測試結果對比，看是否能夠得出不同的結論。

（4）現場試驗人員應當積累一定經驗，當遇到檢測結果與巖土工程勘察報告中的承載力特征值相差較大時，應積極探求問題出現的原因，并探尋解決辦法，幫助工程順利進行。

5 結束語

輕型圓錐動力觸探試驗在巖土工程勘察及天然地基檢測中應用較多，對比載荷試驗、靜力觸探、標貫試驗等其他原位測試，輕型圓錐動力觸探試驗具有易操作、易攜帶、經濟投入低、試驗速度快等特點。但是輕型圓錐動力觸探試驗應該按照相關規范的操作要求開展試驗，不規范的操作會引起數據不準確，并且會導致檢測數據結果下的地基土情況與實際地基土情況差別較大，很有可能造成施工成本的增加及浪費，也可能造成施工停滯，耽誤工期，無法按原計劃順利進行。

所以，輕型圓錐動力觸探試驗人員應按照規范要求，并結合多本規范進行試驗，要明白檢測單位提供的試驗結果對工程造價影響很大，當遇到檢測結果與巖土工程勘察報告中的承載力特征值相差較大時，必須引起注意，勤與各方溝通，可咨詢巖土方面的專家，幫助解決此類問題，以保證基礎工程質量以及工程順利進行。

根據近些年筆者參與的地基檢測情況，不僅僅是輕型圓錐動力觸探試驗，針對所有的地基檢測，檢測及試驗人員都應具備一定的巖土工程經驗知識，并且對相關規范研究透徹，不應斷章取義，自以為是，應當具備一定的判別能力。比如大概影響深度會有多少米，受力層深度大概是多少米，根據工程不同，設計不同，及受力層深度及影響深度的不同，確定檢測方法及檢測深度，對業主負責，對自身負責，這樣才能保證檢測數據能夠真實反映地基土的情況。并且對數據與實際情況是否有偏差要具有一定的識別能力，當數據異常時，應具備處理異常數據的能力，這樣才能保證數據的準確性，保證工程質量，不給工程增加經濟負擔。