扁鏟側脹試驗和圓錐動力觸探試驗的中美測試標準差異研究

柳旻 夏玉云 王冉 陳金安 崔碩軒

摘要：目前，海外工程項目的巖土工程勘察多采用歐美標準，深入學習并消化歐美標準有助于中國企業執行海外項目。針對國內外巖土工程勘察中常用的扁鏟側脹試驗和圓錐動力觸探試驗，從設備規格、適用范圍、試驗技術要求和試驗成果應用4個方面，重點分析對比了美國ASTM標準和中國巖土工程標準體系的差異。結果表明：中美標準中扁鏟側脹試驗設備規格基本相同，局部設備、技術要求、公式、操作和數據記錄存在少許差異；中美圓錐動力觸探試驗技術要求沒有太大差異，但在試驗終止條件和試驗數據記錄要求等方面有一定區別。研究結果可為中國實施“走出去”戰略的勘察設計企業提供參考。

關鍵詞：巖土工程； 美國ASTM標準； 中國巖土工程標準體系； 原位試驗

中圖法分類號：TU192

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.06.018

文章編號：1006-0081（2023）06-0094-05

0 引 言

隨著“一帶一路”倡議的推進，中資勘察設計企業越來越多地在海外廣泛承接大型公路、鐵路、水利水電工程項目。目前，海外巖土工程勘察設計普遍采用歐美國標準，尤其以美國ASTM標準、AASHTO標準及英國BS標準為主，因此，學習并消化歐美國標準是中資企業執行海外項目更為現實的策略和選擇［1］。

近年來，前人針對中、美、歐規范的相關解讀進行了諸多探討［1-3］，給在海外從事巖土工程勘察的中方人員帶來較多啟示和幫助。但目前多為宏觀分析，或僅涉及常用的標準貫入試驗（SPT）、旁壓試驗（PMT）、載荷試驗（PLT）等，對于扁鏟側脹試驗（DMT）和圓錐動力觸探試驗（DPT）的對比分析較少。

扁鏟側脹試驗［4-5］可作為一種特殊的旁壓試驗，優點在于簡單、快速、重復性好且便宜，能夠獲取多種巖土參數。圓錐動力觸探試驗具有設備簡單、測試方便、精度較好、工效較高、適應性廣等優點［6-8］。本文主要通過設備規格、適用范圍、技術要求及成果應用等方面，將中國現行巖土工程標準［9-10］同美國ASTM標準中涉及的以上兩種設備的差異性進行對比研究，以期為海外巖土工程勘察提供參考。

1 扁鏟側脹試驗對比

1.1 設備規格

中國標準的扁鏟側脹試驗設備構件見圖1和圖2，美國標準的扁鏟側脹試驗設備構件見圖3，中美扁鏟側脹試驗設備規格對比見表1。由圖表可以看出，兩國標準規定的設備規格基本相同，局部因設備生產品牌差異存在細微規格差別。

1.2 適用范圍

中國和美國標準中扁鏟側脹試驗的適用范圍見表2。由表2可以看出兩者基本類似，但也存在一定的差異。

1.3 試驗技術要求

中國扁鏟側脹試驗時膨脹片貫入速度宜為2 cm/s，美國標準中貫入速度為13 cm/s，美國標準中還對扁鏟側脹試驗推進膨脹片的方法做了規范化的要求描述，確保滿足試驗要求。

中國標準規定：扁鏟側脹試驗的試驗點間距可取20～50 cm，而美國標準中扁鏟試驗的試驗點間距可取15～30 cm。對于扁鏟側脹消散試驗部分，中國標準對測讀時間間隔做了具體規定，可取1，2，4，8，15，30 min和90 min，以后每90 min讀一次直至消散結束。美國標準中對此未做具體詳細的規定。對于試驗實測數據，中國標準和美國標準采取了完全相同的數據處理方式，處理公式完全一致。

總體上看，中國標準和美國標準對扁鏟側脹試驗的技術要求及數據處理公式方法沒有太大差異，但在試驗探頭貫入形式、試驗操作和數據記錄要求等方面有少許差異。

1.4 試驗成果應用

通過扁鏟側脹試驗，根據試驗值及試驗指標按地區經驗可劃分土類，確定黏性土狀態，計算靜止側壓力系數、超固結比OCR、不排水抗剪強度、變形參數，進行液化判別等。在中國標準中，基于扁鏟側脹試驗成果數據，利用有關經驗公式或經驗關系，可以換算以上力學性質指標，同時也可用于評價地基承載力、判別液化。但由于中國幅員遼闊，地質情況多樣且復雜，無法總結出統一的經驗公式或經驗關系，只能在各地區規范和標準中總結出適用的經驗公式或經驗關系。美國標準中，基于扁鏟側脹試驗成果數據，可根據相關關系換算出豎向應力、側向應力和模量、孔隙水壓力等。

2 圓錐動力觸探試驗對比

2.1 設備規格

中美兩國主要標準規定的動力觸探試驗設備規格見表3、圖4和圖5。由圖表可以看出，中國和美國標準規定的設備規格有一定不同。

2.2 適用范圍

中國和美國標準中動力觸探試驗的適用范圍見表4，可以看出兩者基本類似，但也存在差異。

2.3 試驗技術要求

中國和美國標準對動力觸探試驗的技術要求差異性較小，但在試驗終止條件和試驗數據記錄要求等方面有一定不同。

試驗前，中美兩國標準中都要求檢查各組件磨損程度，確保滿足試驗要求，設備安裝到位，保證各組件連接緊固，且探桿與探孔或地面保持垂直。中國標準中規定：輕型動力觸探試驗在安裝好試驗設備后，對所要進行試驗的土層連續擊入探頭，以每貫入30 cm時的錘擊數為試驗指標，用N10表示；當遇到密實土層，其貫入30 cm的錘擊數大于100擊或貫入15 cm的錘擊數大于50擊時即可停止試驗。

重型和超重型動力觸探試驗技術要求為：采用自動落錘裝置，地面以上觸探桿不宜超過1.5 m，連續貫入，錘擊速率宜為15～30擊/min，以每貫入10 cm時的錘擊數為試驗指標，用N63.5或N120表示；每貫入1 m宜將觸探桿轉動一圈半，觸探深度超過10 m時，每貫入20 cm宜轉動觸探桿一次；當重型動力觸探連續3次N63.5都大于50擊時，可停止試驗或改用超重型動力觸探。

美國ASTM標準中規定：安裝好試驗設備后，先保證待測土層頂面與探頭零點位置平齊，連續擊入探頭，記錄錘擊次數和相應總貫入度；當錘擊數達到5擊、貫入度小于2 mm或手柄偏移垂直位置超過75 mm時應停止試驗，并移至與原位置距離大于300 mm的新位置再進行下一個試驗；同時也規定，在數據記錄時，通常情況下，在固定的錘擊數后讀取貫入度，1擊表示軟層，5擊表示正常土層，10擊為高阻力土層。當土層特性或貫入速率發生顯著變化時，應立即讀取貫入度。

對于試驗結果實測數據，中國標準中的輕型動力觸探試驗和美國ASTM中的動態圓錐貫入試驗均不作任何修正。中國標準中，重型和超重型動力觸探試驗需要對現場實測數據進行桿長和地下水的相應修正。

2.4 試驗成果應用

中國標準規定：觸探指標大小可以反映不同地基土的密實度、地基承載力和其他工程性質指標大小，因此根據圓錐動力觸探試驗的觸探曲線，并結合場地鉆探資料和地區經驗，對場地地層進行力學分層，但需考慮觸探的界面效應。

GB 50021-2001（2009年版）《巖土工程勘察規范》中規定了根據重型和超重型觸探試驗判定碎石土密實度的標準，見表5。值得注意的是，表5中采用的圓錐動力觸探試驗擊數為經桿長和地下水修正后的修正值。

在中國標準中，根據圓錐動力觸探試驗成果數據，基于相關經驗公式或經驗關系，可換算出地基土承載力、變形模量、單樁承載力、抗剪強度等力學性質指標，同時也可以用于評價地基均勻性和確定地基持力層。但由于中國幅員遼闊，地質情況多樣且復雜，無法總結出統一的經驗公式或經驗關系，只能在各地區規范和標準中總結出適用的經驗公式或經驗關系，此處不一一列出。

美國ASTM D6951中指出，基于動態圓錐貫入試驗成果數據，可根據相關關系換算出地基土的CBR（加州承載比）或抗剪強度，見表6。

3 結 論

（1） 中美標準中的扁鏟側脹試驗設備規格基本相同，局部因設備生產品牌差異存在細微差別。中國和美國標準對扁鏟側脹試驗的技術要求及數據處

理公式方法差異較小，但在試驗探頭貫入形式、試驗

操作和數據記錄要求等方面有少許差異。在中美標準中，均可利用扁鏟側脹試驗數據換算相應的巖土參數。

（2） 中美兩國主要標準規定的動力觸探試驗設備規格有一定的不同。中國和美國標準中動力觸探試驗的適用性基本類似，但也存在差異。中國和美國標準中，對動力觸探試驗的技術要求沒有太大差異，但在試驗終止條件和試驗數據記錄要求等方面有一定不同。中國標準可根據觸探指標判斷地基土的密實度、地基承載力和其他工程性質指標，美國標準可利用動態圓錐貫入試驗成果數據獲取地基土的CBR或抗剪強度。

參考文獻：

［1］ 劉衛民，丁小軍，谷志文，等.歐美巖土工程勘察標準解讀［M］.北京：中國建筑工業出版社，2018.

［2］ 成利民，孫寧.中、美、歐巖土工程勘察規范差異性分析［J］.水運工程，2018（6）：225-230，236.

［3］ 周貽鑫.中、美、歐巖土工程勘察規范對比研究［D］.南京：東南大學，2015.

［4］ ASCE.Standard Test Method for Performing the Flat Plate Dilatometer（ASTM/D6635-15）［S］.Reston：ASCE，2015.

［5］ 劉斌奇，陳忠清，劉培成，等.扁鏟側脹試驗及其工程應用研究進展［J］.科技通報，2021，37（8）：8-15.

［6］ ASCE.ASTM Standard test method for use of the Dynamic Cone Penetrometer in shallow pavement applications（D6951/6951M-09.）［S］.Reston：ASCE，2018.

［7］ 寶艷軍，王增超.圓錐動力觸探與取土樣試驗在填土檢測中的對比分析［J］.土工基礎，2017，31（4）：533-536.

［8］ 鄭潔，王晉榮，王菁莪.滑坡體滲透性原位試驗與反演研究［J］.人民長江，2022，53（6）：141-145，173.

［9］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.巖土工程勘察規范：GB50021—2001［S］.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［10］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑工程地質勘探與取樣技術規程：JGJ/T87-2012［S］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

（編輯：李 慧）

Research on difference between Chinese and American test standards of

Flat Plate Dilatometer Test and Dynamic Cone Penetration Test

LIU Min1，2，XIA Yuyun1，2，WANG Ran1，2，CHEN Jin′an1，2，CUI Shuoxuan1，2

（1.China JK Institute of Engineering and Design Co.，Ltd.，Xi′an 710043，China；

2.Shaanxi Key Laboratory of Special Geotechnical Properties and Treatment，Xi′an 710043，China）

Abstract：

Currently，most of the geotechnical investigation of overseas engineering projects adopt European and American standards，it is necessary for Chinese survey and design enterprises to conduct in-depth study and digestion of European and American standards for implementing overseas projects.Aiming at the Flat Plate Dilatometer Test and Dynamic Cone Penetration Test commonly used in geotechnical engineering investigations at home and abroad，the differences between American ASTM standards and Chinese geotechnical engineering specifications and standards were analyzed and compared from four aspects：equipment specifications，scope of application，test technical requirements，and application of test results.The results showed that the specifications of Flat Plate Dilatometer Test equipment in Chinese and American standards were basically the same，with slight difference in local equipment，technical requirements，formulas，operations and data records.There was no significant difference in the technical requirements of Dynamic Cone Penetration Test between China and the United States，but there were some differences in test termination conditions and test data recording requirements.The research results can provide reference for survey and design enterprises in China to implement the go global strategy.

Key words：

geotechnical engineering； ASTM standards； Chinese geotechnical engineering specifications and standards； in-situ test