靜力觸探測試原理方法及內(nèi)業(yè)整理

1、靜力觸探測試原理方法及內(nèi)業(yè)整理1 靜力觸探測試原理靜力觸探的工作過程是用靜力將探頭壓到土層中去。在貫入過程中，由于埋藏在地層中的各種土的物理力學(xué)性質(zhì)不同，因此，探頭遇到的阻力也不同，有的土軟，阻力就小，有的土硬，阻力就大。土的軟硬正是土的力學(xué)性質(zhì)的一種體表現(xiàn)。所以貫入阻力是從一個(gè)側(cè)面反應(yīng)了土的強(qiáng)度。根據(jù)這樣一種內(nèi)部聯(lián)系，我們利用探頭中的阻力傳感器，將貫入阻力通過電子量測記錄儀表把它顯示和記錄下來，并利于貫入阻力和土的強(qiáng)度之間存在的一定關(guān)系，確定土的力學(xué)指標(biāo)，劃分土層，進(jìn)行地基土評價(jià)和提供設(shè)計(jì)所有需參數(shù)。當(dāng)靜力觸探的探頭在靜壓力作用下，均速向土層中貫入時(shí)，探頭附近一定范圍內(nèi)的土體受到壓縮和剪切破

2、壞，同時(shí)對探頭產(chǎn)生貫入阻力。一般的說，同一種土層中貫入阻力大，土層的力學(xué)性質(zhì)好，承載力高。反之，貫入阻力小，土層軟弱，承載力低。在生產(chǎn)中利用靜力觸探與土的野外載荷試驗(yàn)對比，或靜力觸探貫入阻力與樁基承載力及土的物理學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)對比，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，可以建立各種相關(guān)方程(經(jīng)驗(yàn)關(guān)系)。這樣，只要知道土層的貫入阻力即可確定該層土的地基承載力等指標(biāo)參數(shù)。靜力觸探主要由兩部分組成：一是貫入系統(tǒng)由加壓裝置及反力裝置組成；二是量測系統(tǒng)由裝在探頭中的阻力傳感器和量測儀表組成。2 靜力觸探的現(xiàn)場測試2.1 操作前的準(zhǔn)備及注意事項(xiàng)1 數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)操作前準(zhǔn)備及注意事項(xiàng)1) 檢查電源：如用外接電源時(shí)，必須檢查確認(rèn)是

3、220V交流電時(shí)，如為電瓶等直流電源，需檢查其直流電壓為12V，方可接入靜探微機(jī)。打開開關(guān)檢查微機(jī)顯示是否正常，無異常情況后方可使用。2) 檢查發(fā)訊機(jī)：角機(jī)插座接好后，打開儀表，撥動(dòng)發(fā)訊角機(jī)并檢查靜探微機(jī)是否有訊號(hào)接收。3) 在開始工作前，操作人員必須填寫測試孔號(hào)、日期、時(shí)間、測試探頭編號(hào)等項(xiàng)，工作結(jié)束后記錄測試深度。2 現(xiàn)場操作前的準(zhǔn)備及注意事項(xiàng)1) 作業(yè)前需了解工程類型、工程特點(diǎn)、可能的基礎(chǔ)類型及埋深，孔位、孔深、測試目的。2) 了解作業(yè)場地的地形和交通情況。3) 調(diào)查了解現(xiàn)場或附近已有的勘探資料，初步了解現(xiàn)場地層情況。4) 調(diào)查了解作業(yè)區(qū)內(nèi)有無地下電纜、管線、人防工程、房屋基礎(chǔ)、古墓、地

4、下設(shè)施、地下雜物以及它們的具體位置。2.2 測試過程中的注意事項(xiàng)1 在測試過程中，操作人員要密切注意測試微機(jī)的顯示情況和貫入系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)的工作情況，發(fā)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)有異?，F(xiàn)象，或車輛及貫入系統(tǒng)有異常情況，應(yīng)立刻停止測試工作并及時(shí)檢查，故障排除后方可繼續(xù)進(jìn)行工作。2 貫入工作結(jié)束后，要核對貫入深度并做記錄。2.3 操作員操作過程中注意的幾個(gè)問題1 在使用前必須認(rèn)真檢查設(shè)備各部位，觀察其是否有松漏現(xiàn)象，所有連接螺釘必須擰緊。2 當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，嚴(yán)禁在工作狀態(tài)時(shí)進(jìn)行檢修和調(diào)整。3 在進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)，不允許靠近高壓管道，如高壓管道有破漏現(xiàn)象時(shí)，眼睛不要對著噴射的方向，以免傷人。4 高壓系統(tǒng)內(nèi)，即使是

5、發(fā)生局部微小的噴泄現(xiàn)象，也應(yīng)停機(jī)修理，不能直接用手去堵塞，更不允許邊工作邊排除。5 系統(tǒng)中的控制表、閥等，不允許任意調(diào)整，否則會(huì)造成系統(tǒng)中的壓力過高或過低，影響工作進(jìn)行。3 靜力觸探的測試成果及修正3.1 靜力觸探測試成果目前我們采用的天津港達(dá)TZK JT-1型靜力觸探儀只具有測試數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集和保存功能，現(xiàn)場測試完成后需將靜力觸探儀內(nèi)保存的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸至微機(jī)內(nèi)，以TXT文本格式保存為數(shù)據(jù)文件。在工程勘察輔助計(jì)算程序中可以對測試成果進(jìn)行曲線顯示、數(shù)據(jù)修改、成果打印、格式轉(zhuǎn)換和一些計(jì)算分析等。靜力觸探測試的打印輸出成果包括靜力觸探曲線圖和測試數(shù)據(jù)。靜力觸探測試曲線圖靜力觸探測試數(shù)據(jù)3.2

6、靜力觸探測試成果修正靜力觸探現(xiàn)場測試成果傳輸至微機(jī)后，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場測試時(shí)的記錄對測試成果進(jìn)行深度修正和異常測試數(shù)據(jù)修正。4 靜力觸探成果的應(yīng)用靜力觸探測試成果的應(yīng)用范圍有查明地基土層在水平方向和垂直方向的變化、劃分土層、確定土的類別、確定地基土的承載力指標(biāo)和變形指標(biāo)、選擇樁基持力層、預(yù)估單樁承載力以及判別預(yù)制樁可能打入的深度、檢查填土的質(zhì)量、判別砂土液化的可能性。4.1利用靜力觸探劃分地層劃分土層是靜力觸探的基本應(yīng)用之一，單獨(dú)根據(jù)錐尖、側(cè)壁曲線或參數(shù)的分層稱為力學(xué)分層。但這不是目的，必須結(jié)合鉆探取樣資料或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步將力學(xué)分層變?yōu)楣こ痰刭|(zhì)分層。目前國內(nèi)外在利用靜力觸探指標(biāo)判別土確定土名問題上

7、，都是采用雙橋探頭測得的。鐵道部第一設(shè)計(jì)院曾提出采用綜合法確定劃分土類的方法，用Rf、qc最大值、曲線形態(tài)等來分層。這一方法很有價(jià)值。通過多年來任丘地區(qū)粘性土、粉土及砂性土中進(jìn)行的靜力觸探與鉆孔資料的對比，分別按土類從曲線形態(tài)、qc、fs、Rf四項(xiàng)進(jìn)行分析，從中得出比較顯著不同特征，可以做為劃分土類的基本標(biāo)志，現(xiàn)分述如下： 各類土的靜探雙橋曲線特征( 1 ) 雜填土：曲線變化無規(guī)律，往往出現(xiàn)突變現(xiàn)象，由于其位于表層，比較好判定。( 2 ) 粘土：qc曲線比較平緩，有緩慢的波形起伏，局部略有向右突峰，fs曲線略有突峰，在曲線右側(cè)且距離較大，Rf平均值一般大于2.5-3.0。 粘土特征曲線 粉質(zhì)粘

8、土特征曲線( 3 ) 粉質(zhì)粘土：qc曲線比較平緩，有緩慢的波形起伏，局部略有向右突峰，fs曲線局部略有突峰，與qc曲線距離較近，大部位于qc曲線右側(cè)局部交叉越過左側(cè)，Rf平均值在1.0-2.5之間。( 4 ) 粉土：qc值較大，曲線呈鈍鋸齒狀，齒峰較緩，fs曲線一般位于qc曲線右側(cè)，局部間隔較大，但偶爾也和qc曲線左右穿插。Rf平均值一般在0.8-2.0之間。 粉土特征曲線 粉細(xì)砂特征曲線 ( 5 ) 粉細(xì)砂：qc值較大，曲線呈尖銳鋸齒狀，fs 曲線一般和qc曲線間隔較小，曲線尖峰處大部位于qc曲線以左；細(xì)砂中qc曲線和fs曲線的尖齒更為劇烈，局部呈不規(guī)則的、殘破的大鋸齒狀，f s曲線大部位于

9、qc曲線左邊。Rf平均值一般在0.7-1.3之間。4.1.2 各土類劃分指標(biāo)通過對雙橋探頭平均錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力fs以及摩阻比Rf，在任丘地區(qū)各類土中的一般取值范圍進(jìn)行分析，初步總結(jié)出了以下指標(biāo)以參考劃分土層，見下表。任丘地區(qū)各類土中靜探指標(biāo)取值范圍巖性qc平均值范圍(kPa)fs值范圍(kPa)Rf平均值范圍(%)粘土65013001840>2.5粉質(zhì)粘土65013006251.02.5粉土19008000181000.92.0粉砂>4500>400.81.3細(xì)砂>5000>450.81.3從總結(jié)指標(biāo)可以看出：平均錐類、側(cè)壁阻力值，平均摩阻比在不同土類中均

10、有不同的取值范圍，并有一定的規(guī)律性。由粘性-粉土-粉細(xì)砂，隨著粘粒含量的逐步減小和土由細(xì)顆粒向粗顆粒逐漸增大，qc和fs平均值逐漸增大，Rf平均值一般逐漸減小。正常狀態(tài)下各種土的平均qc、fs和Rf取值均有一定的區(qū)間。但在工程實(shí)踐中我們也發(fā)現(xiàn)有一些特殊情況，如在一些長期受生活用水等地表水浸泡的埋藏較淺的粉土層中，雖然曲線形態(tài)類似于粉土特征曲線，但qc及fs值均較低(實(shí)測qc平均值僅900kPa)。比如在化學(xué)藥劑廠工程地質(zhì)勘察中于地表下約13.00m處揭露的一層粉質(zhì)粘土，呈硬塑-堅(jiān)硬狀態(tài)，含大量姜石，其曲線形態(tài)介于粘性土與粉土特征曲線之間，且qc及fs值較高(實(shí)測qc平均值約2000kPa)；對

11、于這些特殊情況土層應(yīng)參照鉆探資料進(jìn)行分層，并在今后的工程實(shí)踐中總結(jié)、積累這方面的經(jīng)驗(yàn)。4.1.3 土質(zhì)分類判別程序(1) 先以雙橋曲線形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初判土名，再根據(jù)各層qc、fs和Rf平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)輔助判別修正，以此綜合判別出土類。(2) 一項(xiàng)工程或一個(gè)地貌單元，有多孔雙橋曲線資料，可按剖面孔位互相對照比較將一個(gè)工程或地貌單元判別成標(biāo)準(zhǔn)剖面，以此進(jìn)行土層分類定名，使土層分類統(tǒng)一。(3) 對一項(xiàng)工程，特別是新區(qū)或較大規(guī)模建筑場地，應(yīng)根據(jù)場地復(fù)雜程度、建筑類別、技術(shù)要求等綜合確定布置一定數(shù)量的鉆探孔，分層時(shí)和靜力觸探相互對照、互為參考，綜合劃分土層；對有相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)和較小規(guī)模的建筑，可單獨(dú)使用靜力

12、觸探劃分土層。(4) 對一些特殊情況，如上文提到的特殊情況下的粉土、粘性土等，應(yīng)參照鉆探資料綜合確定土名，并逐步積累經(jīng)驗(yàn)。 分層中的超前和滯后現(xiàn)象根據(jù)靜探指標(biāo)劃分地層，除了考慮貫入阻力大小的變化外，應(yīng)注意由于地層結(jié)構(gòu)對貫入阻力產(chǎn)生超前與滯后現(xiàn)象。在靜探曲線中可以明顯的看到，當(dāng)軟地層轉(zhuǎn)為硬地層(或硬地層轉(zhuǎn)為軟地層)時(shí)，其貫入阻力不會(huì)是突變的，總是在一定深度范圍內(nèi)逐漸增大(或減小)。以探頭由軟地層進(jìn)入硬地層為例，當(dāng)深度尚未到達(dá)分層時(shí)，其錐尖阻力即開始增大(超前點(diǎn))，直至阻力完全反應(yīng)下部硬層指標(biāo)時(shí)，其貫入深度已經(jīng)進(jìn)入硬層一定深度(滯后點(diǎn))。在具體確定分層界線時(shí)，由于實(shí)際工作中所用的探頭直徑較小，其超

13、前、滯后段一般為10-20cm，因此，可取超前、滯后段的中點(diǎn)做為分層界線，已足夠滿足地層分層的精度要求。4.2 確定地基承載力、壓縮模量由于靜力觸探測定的是土的力學(xué)性質(zhì)，反應(yīng)了土的力學(xué)強(qiáng)度，因此，利用靜力觸探與土的承載力、壓縮模量等力學(xué)指標(biāo)建立相關(guān)關(guān)系是可行的。以下為任丘地區(qū)的靜力觸探經(jīng)驗(yàn)公式：fak =0.016´1.2qc+82.9(粉砂) (公式1)fak =16.2(qc´1.2/100)0.63+14.4(系數(shù)0.750.9)(粉土) (公式2)fak =26.9+1.2´ 0.104qc (系數(shù)0.90.95)(粘性土) (公式3)Es=3.72

14、80;1.2qc+1262(kPa) (公式4)(粘性土：0.95 粉土：視情況而定) qc: kPa4.3 靜力觸探評價(jià)砂土和粉土的震動(dòng)液化趨勢靜力觸探測試成果可用于對飽和粉土和飽和砂土進(jìn)行地震液化趨勢的微觀判別。94版勘察規(guī)范曾規(guī)定，采用靜力觸探試驗(yàn)判別，是根據(jù)唐山地震不同列席區(qū)的試驗(yàn)資料，用判別函數(shù)法統(tǒng)計(jì)分析得出的，已納入鐵道部鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程，具體規(guī)定是：當(dāng)實(shí)測計(jì)算比貫入阻力Ps或?qū)崪y計(jì)算錐尖阻力qc小于液化比貫入阻力臨界值Pscr或液化錐尖阻力臨界值qccr時(shí)，應(yīng)判別為液化土。并按下列公式計(jì)算：Pscr = Ps0 aw au ap (公式5)qccr

15、= qc0 aw au ap (公式6)aw=1-0.065(dw-2) (公式7)au=1-0.05(du-2) (公式8)式中 Pscr、qccr分別為飽和土靜力觸探液化比貫入阻力臨界值及錐尖阻力臨界值(MPa)； Ps0、qc0 分別為地下水深度dw=2m，上覆非液化土層厚度du=2m時(shí)，飽和土液化判別比貫入阻力基準(zhǔn)值和液化判別錐尖阻力基準(zhǔn)值(MPa)；aw 地下水位埋深修正系數(shù)，地面常年有水且與地下水有水利聯(lián)系時(shí)，取1.13；au 上覆非液化土層厚度修正系數(shù)，對深基礎(chǔ)，取1.0；dw 地下水位深度(m)；du 上覆非液化土層厚度(m)，計(jì)算時(shí)應(yīng)將淤泥和淤泥質(zhì)土層扣除；ap 與靜力觸探摩

16、阻比有關(guān)的土性修正系數(shù)。比貫入阻力和錐尖阻力基準(zhǔn)值Ps0、qc0抗震設(shè)防烈度7度8度9度Ps0(MPa)5.0-6.011.5-13.018.0-20.0qc0(MPa)4.6-5.510.5-11.816.4-18.2土性修正系數(shù)ap值土類砂土粉土靜力觸探摩阻比 RfRf0.40.4<Rf0.9Rf>0.9ap1.000.600.45飽和砂土或粉土的實(shí)測計(jì)算錐尖阻力qc建議按下述方法確定：(1)當(dāng)土層厚度大于1m時(shí)，取該層錐尖阻力的平均值。當(dāng)土層厚度小于1m時(shí)，并且上下土層均為阻值較小的土層時(shí)，取其較大值做為實(shí)測錐尖阻力值。(2)當(dāng)土的厚度較大，力學(xué)性質(zhì)顯著不同，可明顯分層時(shí)，應(yīng)

17、分別計(jì)算分層的平均貫入阻力值進(jìn)行判別。應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)列出該公式的94版勘察規(guī)范的規(guī)定，該公式的判定深度應(yīng)當(dāng)是地面下15m深度范圍內(nèi)，也即主要是應(yīng)用于天然地基淺基礎(chǔ)的微觀液化判別。同時(shí)應(yīng)用該方法不能確定地基的具體液化等級(jí)，如判定地層有液化趨勢，尚應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)方法進(jìn)行具體的液化等級(jí)判定。4.4 靜力觸探在樁基中的應(yīng)用靜力觸探機(jī)理和樁的作用機(jī)理類似，靜力觸探試驗(yàn)相當(dāng)于沉樁的模擬試驗(yàn)。因此，它很早就被應(yīng)用于樁基勘察中。據(jù)一些資料，用靜力觸探成果估算單樁承載力，效果比較好；與用樁載荷試驗(yàn)求單樁承載力的方法相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。確定樁端持力層層位、厚度、埋深從靜力觸探曲線上可容易地找出錐尖阻力較

18、高的層位，將其確定為樁端持力層，再結(jié)合樁將承受的實(shí)際荷載的大小，可確定樁長、樁型、樁截面尺寸及樁的數(shù)量等，對設(shè)計(jì)人員會(huì)有很大幫助。4.4.2 確定單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值靜力觸探試驗(yàn)可以看作是一個(gè)小直徑樁的現(xiàn)場載荷試驗(yàn)。根據(jù)有關(guān)資料的對比結(jié)果表明，用靜力觸探成果估算單樁極限承載力是行之有效的。通常是按單橋和雙橋探頭實(shí)測曲線進(jìn)行估算?，F(xiàn)將幾種采用雙橋探頭估算經(jīng)驗(yàn)式介紹如下：1. 建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94-94)中計(jì)算方法建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94-94)中當(dāng)根據(jù)雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，對于粘性土、粉土和砂土，如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)可按下式計(jì)算： (公式9)式

19、中 錐尖阻力修正系數(shù)，對粘性土取2/3，對飽和砂土取1/2；樁端平面上、下探頭阻力，取樁尖平面以上4d(d為樁的直徑或邊長)范圍內(nèi)按厚度的加權(quán)平均值，然后再和樁尖平面以下1d范圍內(nèi)的值進(jìn)行平均(kPa)；樁身橫截面積(m2)；樁身周長(m)；樁穿越第層土的厚度(m)；第層土的靜探側(cè)壁摩阻力(kPa)；第層土樁側(cè)阻力綜合修正系數(shù)，按下式計(jì)算：對粘性土：對于砂土：確定樁的承載力時(shí)，安全系數(shù)取2-2.5，以端承為主時(shí)取2，以摩阻力為主時(shí)取2.5。2. 鐵道部鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程(TB 10018-2003)中計(jì)算方法1)打入混凝土樁承載力打入鋼筋混凝土預(yù)制樁的極限荷載可根據(jù)雙橋探頭靜探參數(shù)按下列

20、公式及要求計(jì)算： (公式10)式中 樁身周長(m)；樁身穿過第層土厚度；樁底(不包括樁靴)全斷面面積(m2)；第層土的觸探側(cè)阻平均值(kPa)；樁底觸探端阻計(jì)算值(kPa)；、分別為第層土的極限摩阻力和樁尖土的極限承載力修正系數(shù)。式中的、應(yīng)根據(jù)樁側(cè)土和樁端土性質(zhì)按下列要求計(jì)算：(1)當(dāng)樁底高程以上4d(d為樁徑)范圍內(nèi)平均端阻小于樁底高程以下4d范圍內(nèi)平均端阻力時(shí)： 反之，則取 (2)當(dāng)樁側(cè)第層土平均端阻>2000kPa，且相應(yīng)的摩阻比0.014時(shí)：如及、不能同時(shí)滿足上述條件時(shí)：由上述二式計(jì)算得>100kPa時(shí)，取=100kPa。(3)當(dāng)>2000kPa，且相應(yīng)的摩阻比0.014時(shí)：如及不能同時(shí)滿足上述條件時(shí)：2)混凝土鉆孔灌注樁及沉管灌注樁混凝土鉆孔灌注樁及沉管灌注樁的極限荷載也可按公式10估算，但式