巖土工程勘察44圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)PPT課件

1、4.4 圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn) 1. 概述 2. 試驗(yàn)的基本原理 3. 儀器設(shè)備 4. 試驗(yàn)方法和主要技術(shù)要求 目錄 5. 影響因素和試驗(yàn)指標(biāo)的修正 6. 試驗(yàn)資料的整理與成果的應(yīng)用 7. 工程實(shí)例 圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn) (DPT:dynamic penetration test)是利用一定的錘擊動(dòng)能， 將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土 中，然后依據(jù)貫入擊數(shù)或動(dòng)貫 入阻力判別土層的變化，確定 土的工程性質(zhì)，對地基土做出 巖土工程評價(jià)。 1. 概 述 動(dòng)力觸探試驗(yàn)指標(biāo)主要用于以下幾個(gè)目的: (1)評定砂土的孔隙比或相對密實(shí)度、粉土及粘性土的狀態(tài)。 (2)估算土的強(qiáng)度和變形模量。 (3)評定場地地基的均勻性及承載

2、力。 (4)探查土洞、滑動(dòng)面、軟硬土層界面等。 (5)估算樁基持力層和承載力。 (6)檢驗(yàn)地基加固與改良的質(zhì)量效果。 試驗(yàn)?zāi)康?適用范圍 DPT 的基本原理可以用能量平衡法來分析。在一次錘擊作用下的功能轉(zhuǎn) 換按能量守恒原理，其關(guān)系為： Em-穿心錘下落能量； Ek-錘與觸探器碰幢時(shí)損失的能量； Ec-觸探器彈性變形所消耗的能量； Ef-貫入時(shí)用于克服桿側(cè)壁摩阻力所耗能量； Ep-由于土的塑性變形而消耗的能量； Ee-由于土的彈性變形而消耗的能量 2. 試驗(yàn)的基本原理 Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee 考慮在動(dòng)力觸探測試中，只能量測到土的永久變形，故將和彈性有關(guān)的變形略去，可推導(dǎo)得土的動(dòng)貫入阻

3、 力Rd為： e貫入度（mm），每擊貫入的深度； M重錘質(zhì)量； m觸探器質(zhì)量； A圓錐探頭底面積（m2） 動(dòng)貫入阻力Rd )( )( 2 kPa AmMe ghM Rd 平均傳至探頭的能量，消耗于探頭貫入土中所作 功(Ep=Rd*A*h/N) 可見平均傳至探頭的能量與探頭單位面積的動(dòng)貫 入阻力相關(guān)。 當(dāng)規(guī)定一定的貫入深度，采用一定規(guī)格(規(guī)定的探 頭截面、圓錐角和質(zhì)量)的落錘和規(guī)定的落距，那 么，錘擊數(shù)N的大小就直接反映了動(dòng)貫入阻力的 大小，即直接反映被貫入土層的密實(shí)程度和力學(xué) 性質(zhì)。因此，實(shí)踐中常采用貫入土層一定深度的 錘擊數(shù)作為DPT的試驗(yàn)指標(biāo)。 導(dǎo)向桿 提引器 穿心錘 錘座 探桿 探頭 3

4、. 儀器設(shè)備 圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的類型， 按貫入能力的大小可分為輕 型、重型和超重型3種. 4.1 試驗(yàn)技術(shù)要求 (1)采用自動(dòng)落錘裝置; (2)觸探桿最大偏斜度不應(yīng)超過2%，錘擊貫入應(yīng)連續(xù)進(jìn)行；同時(shí) 防止錘擊偏心、探桿傾斜和側(cè)向晃動(dòng)，保持探桿垂直度；錘擊速 率每分鐘宜為15 30擊; (3)每貫入1m，宜將探桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈半;當(dāng)貫入深度超過10m，每 貫入20cm宜轉(zhuǎn)動(dòng)探桿一次； (4)對輕型動(dòng)力觸探，當(dāng)N10100或貫入15cm錘擊數(shù)超過50時(shí)， 可停止試驗(yàn);對重型動(dòng)力觸探，當(dāng)連續(xù)三次N63.5 50時(shí)，可停止 試驗(yàn)或改用超重型動(dòng)力觸探。 4. 試驗(yàn)方法和主要技術(shù)要求 中國動(dòng)力觸探的分類及設(shè)備

5、1、試驗(yàn)設(shè)備 主要由圓錐頭、觸探桿、穿心錘三部分組成。觸探桿系用主要由圓錐頭、觸探桿、穿心錘三部分組成。觸探桿系用 直徑直徑25mm25mm的金屬管，每根長的金屬管，每根長1.01. 5m1.01. 5m，穿心錘重，穿心錘重10kg10kg。 2、試驗(yàn)要點(diǎn) (1)(1)先用輕便鉆具鉆至試驗(yàn)土層標(biāo)高，然后對所需試驗(yàn)土層連先用輕便鉆具鉆至試驗(yàn)土層標(biāo)高，然后對所需試驗(yàn)土層連 續(xù)進(jìn)行觸探續(xù)進(jìn)行觸探; ; (2) (2)試驗(yàn)時(shí)，穿心錘落距為試驗(yàn)時(shí)，穿心錘落距為50cm50cm，使其自由下落，將探頭豎直，使其自由下落，將探頭豎直 打入土層中，每打入土層打入土層中，每打入土層30cm30cm的錘擊數(shù)即為的錘

6、擊數(shù)即為N N10 10； ； (3)(3)若需描述土層時(shí)，可將觸探桿拔出，取下探頭，換上輕便若需描述土層時(shí)，可將觸探桿拔出，取下探頭，換上輕便 鉆頭，進(jìn)行取樣鉆頭，進(jìn)行取樣; ; (4) (4)本試驗(yàn)一般用于貫入深度小于本試驗(yàn)一般用于貫入深度小于4m4m的土層的土層; ; (5) (5)當(dāng)當(dāng)N N10 10100 100時(shí)或貫入時(shí)或貫入0.15m0.15m超過超過5050時(shí)，可停止試驗(yàn)時(shí)，可停止試驗(yàn); ; 4.2 輕型動(dòng)力觸探(N10) 地基土承載力與變形模量的確定 砂土密實(shí)度的確定 1、試驗(yàn)設(shè)備 設(shè)備規(guī)格及探頭構(gòu)造，如圖所示。觸探桿一般采設(shè)備規(guī)格及探頭構(gòu)造，如圖所示。觸探桿一般采 用直徑用

7、直徑42mm42mm、穿心錘重、穿心錘重63.5kg63.5kg。 2、試驗(yàn)要點(diǎn) (1)(1)試驗(yàn)前，觸探架應(yīng)安裝平穩(wěn)，保持觸探孔垂直，試驗(yàn)前，觸探架應(yīng)安裝平穩(wěn)，保持觸探孔垂直， 垂直度偏差不超過垂直度偏差不超過2%;2%; ( (2)2)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使穿心錘自由下落，落距為試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使穿心錘自由下落，落距為76cm;76cm; ( (3)3)錘擊速度宜控制在每分鐘錘擊速度宜控制在每分鐘15301530擊，打入過程應(yīng)擊，打入過程應(yīng) 是連續(xù)的是連續(xù)的; ; 4.3 重型動(dòng)力觸探（N63.5） (4)(4)及時(shí)記錄每貫入及時(shí)記錄每貫入0. 1m0. 1m的錘擊數(shù)，也可記錄每一陣擊的貫的錘擊數(shù)，也可記

8、錄每一陣擊的貫 入度，然后再換算為每貫入入度，然后再換算為每貫入0.10m0.10m所需的錘擊數(shù)所需的錘擊數(shù); ; (5) (5)對于一般砂、圓礫和卵石、觸探深度不宜超過對于一般砂、圓礫和卵石、觸探深度不宜超過1216m;1216m; (6) (6)當(dāng)連續(xù)三次當(dāng)連續(xù)三次N N63.5 63.550 50擊時(shí)，若要繼續(xù)觸探，可考慮使用超擊時(shí)，若要繼續(xù)觸探，可考慮使用超 重型動(dòng)力觸探重型動(dòng)力觸探; ; (7) (7)每貫入每貫入1m1m，宜將鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈半，宜將鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈半; ;當(dāng)貫入深度超過當(dāng)貫入深度超過10m10m，每，每 貫入貫入20cm20cm宜轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿一次。宜轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿一次。 工業(yè)與民用

9、建筑工程地質(zhì)勘察規(guī)范 推薦使用的地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值 確定地基土的承載力和變形模量 確定砂土的孔隙比 確定砂土的密實(shí)度 (1)確定樁基持力層 對有建筑經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)是行之有效的辦法，如廣州地區(qū)，上部為淤泥， 底部為紅砂巖殘積土或直接為基巖，動(dòng)力觸探穿過軟土層即到樁的持力層。 因此利用動(dòng)力觸探，快速、有效，節(jié)約了鉆探工作量，得到廣泛的使用， 但必須是有經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，并配少量鉆孔驗(yàn)證。對沒有經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，要持謹(jǐn) 慎的態(tài)度，以免產(chǎn)生誤判。 (2)確定單樁承載力 沈陽市樁基礎(chǔ)試驗(yàn)研究小組根據(jù)沈陽樁的持力層主要為砂層。利用重 型動(dòng)力觸探與單樁靜載荷試驗(yàn)所得出的單樁容許承載力建立的相關(guān)關(guān)系， 得到用重型動(dòng)力觸探計(jì)算

10、單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值的經(jīng)驗(yàn)公式。 確定樁的持力層和承載力 1、試驗(yàn)設(shè)備及技術(shù)規(guī)格 穿心錘穿心錘: :質(zhì)量質(zhì)量120kg120kg，落距，落距100cm100cm，自由落錘，自由落錘; ;探頭探頭: :圓錐角圓錐角6060， 直徑直徑74mm ,74mm ,截面積截面積40cm40cm2 2；直徑；直徑60mm60mm，長度，長度1-1.5m/1-1.5m/節(jié)，質(zhì)量節(jié)，質(zhì)量 11.4kg/m;11.4kg/m;錘墊、導(dǎo)向桿、探頭的總質(zhì)量約錘墊、導(dǎo)向桿、探頭的總質(zhì)量約15.0kg15.0kg。 2. 適用范圍 主要適用于貫入指標(biāo)主要適用于貫入指標(biāo)N N120 120為 為6 6擊以上擊以上(N(N63

11、.5 63.515 15擊擊) )的中密、密實(shí)的中密、密實(shí) 卵石層和含有少量漂石的卵石層，不適用于砂類土和漂石層。觸卵石層和含有少量漂石的卵石層，不適用于砂類土和漂石層。觸 探最大深度不超過探最大深度不超過20m20m。 4.4 超重型動(dòng)力觸探(N120） ( (1)1)查明卵石層的密實(shí)度和均勻性，并與鉆探和工程物探資料相結(jié)查明卵石層的密實(shí)度和均勻性，并與鉆探和工程物探資料相結(jié) 合進(jìn)行分層、定名和地基評價(jià)。合進(jìn)行分層、定名和地基評價(jià)。 (2)(2)圈定卵石層內(nèi)的軟弱夾層，選擇樁基持力層和確定需要進(jìn)行加圈定卵石層內(nèi)的軟弱夾層，選擇樁基持力層和確定需要進(jìn)行加 固處理固處理( (如灌漿、振沖等如灌漿

12、、振沖等) )的范圍。的范圍。 (3)(3)評估地基的承載力和變形。評估地基的承載力和變形。 (4)(4)查明基巖的埋深和軟質(zhì)巖石強(qiáng)風(fēng)化帶的厚度。查明基巖的埋深和軟質(zhì)巖石強(qiáng)風(fēng)化帶的厚度。 (5)(5)檢驗(yàn)砂卵石人工墊層地基和碎石樁地基的施工質(zhì)量和加固效果。檢驗(yàn)砂卵石人工墊層地基和碎石樁地基的施工質(zhì)量和加固效果。 N120動(dòng)力觸探在工程勘察的實(shí)踐中主要應(yīng)用: 確定卵石土的密實(shí)度及均勻性 確定卵石土地基承載力和變形模量 確定樁端土的承載力 (1)觸探前應(yīng)認(rèn)真檢查設(shè)備規(guī)格，丈量工具、探桿的垂直度，經(jīng)常維修 保養(yǎng)自動(dòng)脫鉤裝置，保證自由落錘。不符合規(guī)定的部件應(yīng)及時(shí)更新。 (2)觸探時(shí)，應(yīng)下入一定長度的套

13、管作為孔口穩(wěn)定和探桿導(dǎo)向的裝置， 柴油機(jī)中速運(yùn)轉(zhuǎn)，錘擊速率均勻，每分鐘錘擊18次左右。 (3)探頭、探桿、錘墊的絲扣必須擰緊，每接一根鉆桿，就應(yīng)推轉(zhuǎn)，減 少摩擦。 (4)探桿露出地表部分的長度應(yīng)控制在1. 5m以內(nèi)，以免晃動(dòng)，影響質(zhì) 量。 (5)丈量探桿和標(biāo)示刻度應(yīng)力求準(zhǔn)確，計(jì)數(shù)應(yīng)認(rèn)真負(fù)責(zé)，記錄清晰正確。 試驗(yàn)要點(diǎn) 圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果分析應(yīng)包 括下列內(nèi)容: (1)單孔連續(xù)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)應(yīng) 繪制錘擊數(shù)與貫入深度關(guān)系曲線; (2)計(jì)算單孔分層貫入指標(biāo)平均值 時(shí)，應(yīng)剔除臨界深度(不超過1m)以 內(nèi)的數(shù)值、超前和滯后影響范圍內(nèi)的 異常值; (3)根據(jù)各孔分層的貫入指標(biāo)平均 值，用厚度加權(quán)平均法計(jì)算

14、場地分層 貫入指標(biāo)平均值和變異系數(shù)。 5. 試驗(yàn)資料的整理與成果 的應(yīng)用 1)每一勘察場地動(dòng)探點(diǎn)的數(shù)量不應(yīng)小于6個(gè)。 2)當(dāng)N120動(dòng)力觸探既作為測試手段又作為勘探手段應(yīng)用時(shí)，觸探點(diǎn)的間 距應(yīng)滿足勘察規(guī)范的要求和符合場地的巖土工程條件。對于樁基或透鏡狀 軟弱夾層較多的場地，觸探點(diǎn)的間距一般應(yīng)達(dá)到1224m，必要時(shí)可適當(dāng) 加密。 3)每一勘察場地，應(yīng)根據(jù)動(dòng)探曲線的類型、形態(tài)特點(diǎn)及場地工程地質(zhì)特 征，選擇13個(gè)動(dòng)探點(diǎn)布置控制性鉆探或坑探，通過鉆(坑)探、取樣、試 驗(yàn)、觀察等掌握地層的成層特點(diǎn)，作為解釋動(dòng)探曲線和進(jìn)行分層的地質(zhì)依 據(jù)并準(zhǔn)確測定地下水位。 4)對于N1205的軟弱夾層，應(yīng)注意取樣和分類

15、試驗(yàn)(顆粒分析、塑(液限) 試驗(yàn))及其他有關(guān)項(xiàng)目的室內(nèi)試驗(yàn)，以便準(zhǔn)確分層、定名和評價(jià)。必要時(shí)， 應(yīng)改用N63.5動(dòng)力觸探，以提高測試精度。 勘探工作量的布置 特種類型動(dòng)力觸探 影響動(dòng)力觸探的因素很復(fù)雜。對有些因素的認(rèn)識也不完全一致。有些因素通過標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一后可得到控制， 如機(jī)具設(shè)備、落錘方式等。但有些因素，如桿長、側(cè)壁摩擦、地下水、上覆壓力等，則在試驗(yàn)時(shí)是難以控 制的。 6. 影響因素和試驗(yàn)指標(biāo)的修正 對桿長的影響存在不同的看法。按牛頓碰撞理論，隨著桿長的增長，由探桿傳輸給圓錐探頭的有效能量 逐漸減小，使擊數(shù)偏大。故必須對N值加以修正。而按彈性波動(dòng)理淪，隨著桿長的增長，開始有效能量是逐 漸增大的

16、，超過一定桿長后，有效能量趨于定值，對輕型動(dòng)力觸探，當(dāng)桿長超過3m;對中型動(dòng)力觸探，當(dāng)桿 長超過5m;對重型動(dòng)力觸探，當(dāng)桿長超過10m，桿長的影響已不明顯，均可忽略不計(jì)。 一、桿長影響 探桿的側(cè)壁摩擦的影響也很復(fù)雜。在有些土層中，特別是軟 粘土和有機(jī)土，側(cè)壁摩擦對擊數(shù)有重要影響。而對中密密實(shí) 的砂土，尤其在地下水位以上,由于探頭直徑比探桿直徑大，側(cè) 壁摩擦是可以忽略的。 一般情況，重型動(dòng)力觸探深度小于15m,超重型動(dòng)力觸探深度 小于20m時(shí)，可以不考慮桿側(cè)摩擦的影響，如缺乏經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)采 取措施消除側(cè)摩擦的影響(如用泥漿)，或用泥漿與不用泥漿進(jìn)行 對比試驗(yàn)來認(rèn)識桿側(cè)摩擦的影響。 二、桿側(cè)摩擦的影響

17、 對地下水位以下的中、粗礫石和圓礫、卵石層，動(dòng)力觸探錘擊數(shù)按下式校正: N63.5=N63.5*1.1+1 水利電力部制定的動(dòng)力觸探規(guī)程中，不考慮地下水的影響，認(rèn)為地下水位以下砂土飽和后，不僅動(dòng)貫入阻 力降低，而且土的強(qiáng)度、承載力也隨之降低。 三、地下水的影響 通過室內(nèi)試驗(yàn)槽和三軸標(biāo)定箱的試驗(yàn)研究，認(rèn)為上覆壓力對觸探貫入阻力的影響是顯著的。 但對于一定相對密度的砂土，上覆壓力對DPT試驗(yàn)結(jié)果存在一個(gè)“臨界深度”，即錘擊數(shù)在此深度范圍內(nèi) 隨著貫入深度的增加而增大，超過此深度后，錘擊數(shù)趨于穩(wěn)定值，增長率減小，并且臨界深度隨著相對密 度和探頭直徑的增加而增大。 四、上覆壓力的影響 產(chǎn)品名稱：可變能量

18、動(dòng)力觸探儀 產(chǎn)品編號：PANDA 產(chǎn)品廠商：法國 操作簡便 操作過程十分簡單，現(xiàn)場測定數(shù)據(jù)由PDA記錄、儲存，測試全只需一人便可 完成。 測試范圍大 觸探深度一般可達(dá)46米，最大可達(dá)8米 數(shù)據(jù)整理、計(jì)算方便 精度高 儀器結(jié)構(gòu) 該儀器為裝配式結(jié)構(gòu)，包括標(biāo)準(zhǔn)重錘、主機(jī)箱、電子手薄、探桿、探頭、 活塞、手柄、位移傳動(dòng)帶和導(dǎo)線。其中探頭針對不同土質(zhì)具有不同截面，分為 2cm2、4cm2、10cm2三種，長度可以根據(jù)要求延續(xù)，探頭阻力可達(dá)到20 30MPa。 6. 工程實(shí)例 運(yùn)用輕便動(dòng)力觸探儀測試粉煤灰工程特性 導(dǎo)向桿 提引器 穿心錘 錘座 探桿 探頭 3. 儀器設(shè)備 圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的類型， 按貫入能力的大小可分為輕 型、重型和超重型3種. 1、試驗(yàn)設(shè)備 設(shè)備規(guī)格及探頭構(gòu)造，如圖所示。觸探桿一般采設(shè)備規(guī)格及探頭構(gòu)造，如圖所