第四節(jié)動力觸探試驗

1、巖土工程原位測試技術(shù)巖土工程原位測試技術(shù)第四節(jié) 圓錐動力觸探和標準貫入試驗內(nèi) 容 試驗設(shè)備和方法 基本測試原理 試驗成果的整理分析 試驗成果的應(yīng)用 小 結(jié) 試驗設(shè)備和方法 一、試驗設(shè)備一、試驗設(shè)備動力觸探使用的設(shè)備，包括動力設(shè)備和貫入系統(tǒng)兩大部分。動力觸探使用的設(shè)備，包括動力設(shè)備和貫入系統(tǒng)兩大部分。動力設(shè)備的作用是提供動力源，為便于野外施工，多采用柴油發(fā)動力設(shè)備的作用是提供動力源，為便于野外施工，多采用柴油發(fā)動機；對于輕型動力觸探也有采用人力提升方式的。貫入部分是動機；對于輕型動力觸探也有采用人力提升方式的。貫入部分是動力觸探的核心，由穿心錘、探桿和探頭組成。動力觸探的核心，由穿心錘、探桿和探

2、頭組成。測試設(shè)備與測試原理（一）測試設(shè)備 a. 探桿（包括導(dǎo)向桿） b.提引器（分內(nèi)掛式和外掛式兩種）c.穿心錘d. 錘座（包括鋼砧與錘墊）e. 探頭分類：依據(jù)為穿心錘的重量和探頭類型，可取樣），貫入，落距標準貫入測試（）超重型（）重型（）輕型（穿心錘重圓錐動力觸探cmcmkgkgkgkg30765 .631205 .6310中國動力觸探的分類及設(shè)備（DPT ） 利用一定的錘擊能量，將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土中，根據(jù)打入土中的難易程度來判別土層工程性質(zhì)的一種現(xiàn)場測試方法。 判別指標采用的是貫入一定深度的錘擊數(shù)。二、動力觸探試驗的優(yōu)點及適用性 優(yōu)點：試驗設(shè)備相對簡單，操作方便，適應(yīng)土類較廣， 并

3、且可以連續(xù)貫入。缺點：試驗誤差較大，再現(xiàn)性較差。適用土類：對難以取樣的各種填土、砂土、粉土、碎石 土、砂礫土、卵石、礫石等含粗顆粒的土類。 1. 國際上 動力觸探的發(fā)展歷史較長。最先在歐洲各國得到廣泛應(yīng)用，就是因為這些國家廣泛分布著粗顆粒土層及冰積層，取土樣比較困難，適合采用動力觸探方法。2. 在國內(nèi)（1）50年代初由南京水利實驗處引進推廣。（2）至50年代后期得到普及，很多單位做了很有價值的試驗研究，積累了大量的使用經(jīng)驗。 （3 3）7070年代制定了相應(yīng)的規(guī)范，在試驗設(shè)備類型上趨于統(tǒng)一和標準化，加快了發(fā)展進程。 （4 4）目前，已成為我國粗顆粒土的地基勘察測試的主要手段。 1國際分類 19

4、74年和1982年在歐洲召開的二次國際觸探學(xué)術(shù)會議，對動力觸探測試方法的統(tǒng)一起了推動作用。會議建議按使用穿心錘的重量（或錘擊能量）的不同，將動力觸探分為：輕型（10kg）、中型（1040kg）、重型（4060kg）及超重型（60kg）。2我國分類 我國土工試驗規(guī)程（SD12886）將動力觸探分為輕型、重型、超重型三種。其規(guī)格見下表。 根據(jù)所用穿心錘的質(zhì)量將動力觸探試驗分為輕型、中型、重根據(jù)所用穿心錘的質(zhì)量將動力觸探試驗分為輕型、中型、重型和超重型等種類。動力觸探類型及相應(yīng)的探頭和探桿規(guī)格見表型和超重型等種類。動力觸探類型及相應(yīng)的探頭和探桿規(guī)格見表3-1。1試驗成果（1）進行地基土的力學(xué)分層；（

5、2）定性評價地基土的均勻性和物理性質(zhì)（狀態(tài)、密實度等）；（3）查明土洞、滑動面、軟硬土層界面的位置。2成果應(yīng)用（1）評定地基土的強度和變形參數(shù)；（2）評定天然地基的承載力；（3）估算單樁承載力。 1輕型動力觸探 包括導(dǎo)向桿、穿心錘、錘墊、探桿和圓錐探頭五部分，見圖4-2。重錘的提升有人力和機械兩種。 2重型動力觸探 重型、超重型設(shè)備與輕型設(shè)備相似，只是在尺寸和重量上有差別。另外，重型動探試驗一般都采用自動落錘方式，在錘上增加了提引器。重型動力觸探（N63.5）二、試驗方法二、試驗方法（一）輕型、重型、超重型動力觸探的測試程序和要求（一）輕型、重型、超重型動力觸探的測試程序和要求1輕型動力觸探輕

6、型動力觸探 （1）先用輕便鉆具鉆至試驗土層標高以上）先用輕便鉆具鉆至試驗土層標高以上0.3m處，然后對所處，然后對所需試驗土層連續(xù)進行觸探。需試驗土層連續(xù)進行觸探。（2）試驗時，穿心錘落距為（）試驗時，穿心錘落距為（0.50 0.02）m，使其自由下落。，使其自由下落。記錄每打入土層中記錄每打入土層中0.30m時所需的錘擊數(shù)。時所需的錘擊數(shù)。（3）若需描述土層情況時，可將觸探桿撥出，取下探頭，換）若需描述土層情況時，可將觸探桿撥出，取下探頭，換鉆頭進行取樣。鉆頭進行取樣。（4）如遇密實堅硬土層，當貫入）如遇密實堅硬土層，當貫入0.30m所需錘擊數(shù)超過所需錘擊數(shù)超過100擊擊或貫入或貫入0.15

7、m超過超過50擊時，即可停止試驗。如需對下臥土層進行試擊時，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。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）本試驗一般用于貫入深度小于4m的土層。必要時，也可的土層。必要時，也可在貫入在貫入4m后，用鉆具將孔掏清，再繼續(xù)貫入后，用鉆具將孔掏清，再繼續(xù)貫入2m。 2重型動力觸探重型動力觸探（1）試驗前將觸探架安裝平穩(wěn)，使觸探保持垂直地進行。垂）試驗前將觸探架安裝平穩(wěn)，使觸探保持垂直地進行。垂直度的最大偏差不得超過直度的最大偏差不得超過2%。觸探桿應(yīng)保持平直，連結(jié)牢固。觸探桿應(yīng)保持平直，連結(jié)牢固。（2）貫入

8、時，應(yīng)使穿心錘自由落下，落錘高度為（）貫入時，應(yīng)使穿心錘自由落下，落錘高度為（0.76 0.02）m。地面上的觸探桿的高度不宜過高，以免傾斜與擺動太大。地面上的觸探桿的高度不宜過高，以免傾斜與擺動太大。（3）錘擊速率宜為每分鐘）錘擊速率宜為每分鐘15-30擊。打入過程應(yīng)盡可能連續(xù)，擊。打入過程應(yīng)盡可能連續(xù)，所有超過所有超過5min的間斷都應(yīng)在記錄中予以注明。的間斷都應(yīng)在記錄中予以注明。（4）及時記錄每貫入）及時記錄每貫入0.10m所需的錘擊數(shù)。其方法可在觸探桿所需的錘擊數(shù)。其方法可在觸探桿上每上每0.1m劃出標記，然后直接（或用儀器）記錄錘擊數(shù)；也可以記劃出標記，然后直接（或用儀器）記錄錘擊數(shù)

9、；也可以記錄每一陣擊的貫入度，然后再換算為每貫入錄每一陣擊的貫入度，然后再換算為每貫入0.1m所需的錘擊數(shù)。最所需的錘擊數(shù)。最初貫入的初貫入的lm內(nèi)可不記讀數(shù)。內(nèi)可不記讀數(shù)。（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1215m；超過該深度時，需考慮觸探桿的側(cè)壁摩阻影響。超過該深度時，需考慮觸探桿的側(cè)壁摩阻影響。（6）每貫入）每貫入0.1m所需錘擊數(shù)連續(xù)三次超過所需錘擊數(shù)連續(xù)三次超過50擊時，即停止試擊時，即停止試驗。如需對下部土層繼續(xù)進行試驗時，可改用超重型動力觸探。驗。如需對下部土層繼續(xù)進行試驗時，可改用超重型動力觸探。（7）本試驗也可在鉆孔中分

10、段進行，一般可先進行貫入，然）本試驗也可在鉆孔中分段進行，一般可先進行貫入，然后進行鉆探，直至動力觸探所測深度以上后進行鉆探，直至動力觸探所測深度以上1m處，取出鉆具將觸探器處，取出鉆具將觸探器放入孔內(nèi)再進行貫入。放入孔內(nèi)再進行貫入。3超重型動力觸探超重型動力觸探（1）貫入時穿心錘自由下落，落距為（）貫入時穿心錘自由下落，落距為（1.00 0.02）m。貫入深。貫入深度一般不宜超過度一般不宜超過20m，超過此深度限值時，需考慮觸探桿側(cè)壁摩阻，超過此深度限值時，需考慮觸探桿側(cè)壁摩阻的影響。的影響。（2）其他步驟可參照重型動力觸探進行。）其他步驟可參照重型動力觸探進行。貫入深度的一般限制：貫入深度

11、的一般限制： 對輕型，一般應(yīng)對輕型，一般應(yīng)4m，主要用于測試并提供淺基礎(chǔ)，主要用于測試并提供淺基礎(chǔ)的地基承載力參數(shù)；檢驗建筑物地基的夯實程度；檢驗的地基承載力參數(shù)；檢驗建筑物地基的夯實程度；檢驗建筑物機槽開挖后，基底以下是否存在軟弱下臥層等。建筑物機槽開挖后，基底以下是否存在軟弱下臥層等。 重型重型1215m，超重型，超重型20m，超過此深度應(yīng)考慮，超過此深度應(yīng)考慮側(cè)壁摩阻力的影響。主要用于查明地層在垂直方向和水側(cè)壁摩阻力的影響。主要用于查明地層在垂直方向和水平方向上的均勻程度。平方向上的均勻程度。試驗成果的整理分析1檢查核對現(xiàn)場記錄在每個動探孔完成后，應(yīng)在現(xiàn)場及時核對所記錄的擊數(shù)、尺寸是否有

12、錯漏，項目是否齊全；核對完畢后，在記錄表上簽上記錄者的名字和測試日期。2實測擊數(shù)校正（1）輕型動力觸探1）輕型動力觸探不考慮桿長修正，根據(jù)每貫入30cm的實測擊數(shù)繪制N10h曲線圖。2）根據(jù)每貫入30cm的錘擊數(shù)對地基土進行力學(xué)分層，然后計算每層實測擊數(shù)的算術(shù)平均值。（3）重型、超重型動力觸探1）鐵路動力觸探技術(shù)規(guī)定（TBJ8-87）中規(guī)定，實測擊數(shù)應(yīng)按桿長校正。重型動力觸探的實測擊數(shù)（N63.5），按下式進行校正：N63.5=N63.5 （3-13） 對桿長的影響，我國各個領(lǐng)域的規(guī)范或規(guī)程不盡相同。（1）巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001），對動力觸探試驗指標均不進行桿長修正。（2）

13、鐵道部行業(yè)標準鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程（TB10041-2003），規(guī)定需進行桿長修正。 因此，在進行成果整理時，應(yīng)根據(jù)巖土參數(shù)與動力觸探指標之間的經(jīng)驗關(guān)系式時的具體條件，決定是否對試驗指標進行桿長修正。 采用牛頓碰撞理論，建立桿長修正公式： N=N 可以對重型、超重型動力觸探結(jié)果進行修正。N經(jīng)修正后的圓錐動力觸探錘擊數(shù)；N實測的圓錐動力觸探錘擊數(shù)。 表3-16，3-17, 分別給出了重型、超重型動力觸探試驗結(jié)果的桿長修正系數(shù)。N63.5的桿長修正系數(shù)N120的桿長修正系數(shù)超重型動力觸探的實測擊數(shù)（N120），應(yīng)先按公式（3-14）換算成相當于重型的實測擊數(shù)（N63.5），然后再按公式（3-1

14、3）進行桿長擊數(shù)校正。N63.5=3N120-0.5 （3-14）2）中國西南建筑勘察院對桿長擊數(shù)的校正對超重型動力觸探的實測擊數(shù)N120，直接按表進行桿長擊數(shù)校正。N120=N120 （3-16）使用時不但應(yīng)注意兩者在計算結(jié)果上的差異，還應(yīng)注意兩者使用的探桿直徑不同。 劃分力學(xué)分層的原則：考慮動貫入阻力在土層變化附近的“超前反應(yīng)”。 超前反應(yīng)指的是當探頭從軟層進入硬層或從硬層進入軟層之前，動貫入阻力就已感知土層的變化，提前變大或變小，反應(yīng)的范圍約為探頭直徑的23倍。 實際中可以這樣處理：當擊數(shù)由小變大（軟層進入硬層）時，分層界限可選在軟層最后一個小值點以下23倍探頭直徑處；當擊數(shù)由大變?。ㄓ?/p>

15、層進入軟層）時，分層界限可選在軟層第一個小值點以上23倍探頭直徑處。 3繪制動力觸探擊數(shù)沿深度分布曲線以桿長校正后的擊數(shù)為橫坐標，以貫入深度為縱坐標繪制曲線圖。因為采集的數(shù)據(jù)表示每貫入某一深度的錘擊數(shù)，故曲線圖一般繪制成沿深度方向的直方圖。動力觸探試驗的典型動力觸探試驗的典型N-h曲線曲線 根據(jù)我國建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GBJ50007-2002），可采用重型圓錐動力觸探的錘擊數(shù)N63.5評定碎石土的密實度，見表3-20。 注：（1）本表適用于平均粒徑小于50且最大粒徑不超過100mm的卵石、碎石、圓礫、角礫。 （2）表內(nèi)N63.5為修正后的平均值。 表3-20 碎石土的密實度 2確定地基土的

16、承載力中國建筑西南勘察院采用120kg重錘和直徑60mm探桿的超重型動探，并與載荷試驗的比例界限值pl進行統(tǒng)計，對比資料52組，得如下公式： f k=80N120 （3N12010）中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）對粘性土也有類似經(jīng)驗公式： fk=32.3N63.5+89 （2N63.516） N10估計粘性土和素填土的承載力標準值N63.5估計中、粗、礫砂及碎石土的承載力標準值N120估計碎石土的承載力標準值 鐵道部第二設(shè)計院基于在四川、東北、廣西、甘肅等地的試驗資料得N63.5和E0的關(guān)系，見表4-7。 動力觸探試驗與打樁過程極其相似，因而用于樁基勘察時，對打入式的端承樁效果較為顯著，可用于確定樁基持

17、力層的位置和單樁承載力。（1）確定樁基持力層的位置 利用Nh曲線，結(jié)合鉆孔資料，可以較準確地編制出勘察場地的工程地質(zhì)剖面，據(jù)此選擇樁基持力層，確定在勘察范圍內(nèi)各部位的樁長。 持力層位置的確定，各地區(qū)都有自己的經(jīng)驗值。如成都地區(qū)，對300mm*300mm方樁，N63.5應(yīng)大于1520擊/10cm，此卵石層的厚度不應(yīng)小于2.01.5m。（2）單樁承載力的確定 主要用于確定樁端承力為主的短樁（因為動探測試無法實測地基土的極限側(cè)壁摩阻力）。由樁的靜載荷試驗確定承載力標準值與樁尖平面處的動力觸探指標進行統(tǒng)計分析，提出單樁承載力公式：成都地區(qū)的經(jīng)驗 一般樁基持力層為卵石土，由35組資料統(tǒng)計，得： Ru=2

18、99+126.1N120式中，Ru樁尖平面處地基土的極限承載力，kPa。 N120樁尖平面處上下4D（樁徑）范圍修正后的擊數(shù)平均值（/10cm）。 標準貫入試驗 一、定義一、定義動力觸探的一種，它是利用錘擊動能（錘重動力觸探的一種，它是利用錘擊動能（錘重63.5kg，落距，落距76cm),將一定規(guī)格的對開管式貫入器（外徑將一定規(guī)格的對開管式貫入器（外徑51mm，內(nèi)徑，內(nèi)徑35mm）,下端接管靴，上端接一內(nèi)外徑與對開管相同的鉆桿接頭打入鉆孔下端接管靴，上端接一內(nèi)外徑與對開管相同的鉆桿接頭打入鉆孔孔底的土中，判別土層的變化和土的工程性質(zhì)。貫入阻抗用貫入孔底的土中，判別土層的變化和土的工程性質(zhì)。貫入

19、阻抗用貫入器貫入土中器貫入土中30cm的錘擊數(shù)的錘擊數(shù)N表示。表示。 標準貫入試驗適用于砂土、粉土和一般粘性土。標準貫入試驗適用于砂土、粉土和一般粘性土。 （二）標準貫入試驗（二）標準貫入試驗 1試驗方法試驗方法（1）先用鉆具鉆至試驗土層標高以上）先用鉆具鉆至試驗土層標高以上0.15m處，清除殘土。處，清除殘土。（2）將貫入器放入孔內(nèi)，避免沖擊孔底，注意保持貫入器、）將貫入器放入孔內(nèi)，避免沖擊孔底，注意保持貫入器、鉆桿、導(dǎo)向桿聯(lián)接后的垂直度。測定貫入器所在深度，要求殘土鉆桿、導(dǎo)向桿聯(lián)接后的垂直度。測定貫入器所在深度，要求殘土厚度不大于厚度不大于0.1m。（3）將貫入器以每分鐘擊打）將貫入器以每

20、分鐘擊打1530次的頻率，先打入土中次的頻率，先打入土中0.15m，不計錘擊數(shù)；然后開始記錄每打入，不計錘擊數(shù)；然后開始記錄每打入0.10m及累計及累計0.30m的錘的錘擊數(shù)擊數(shù)N，并記錄貫入深度與試驗情況。若遇密實土層，錘擊數(shù)超過，并記錄貫入深度與試驗情況。若遇密實土層，錘擊數(shù)超過50擊時，不應(yīng)強行打入，并記錄擊時，不應(yīng)強行打入，并記錄50擊的貫入深度。擊的貫入深度。 式中式中S50 擊時的貫入度擊時的貫入度(cm) （二）標準貫入試驗（二）標準貫入試驗 （4）旋轉(zhuǎn)鉆桿，然后提出貫入器，取貫入器中的土樣進行鑒別、描）旋轉(zhuǎn)鉆桿，然后提出貫入器，取貫入器中的土樣進行鑒別、描述記錄，并測量其長度。

21、將需要保存的土樣仔細包裝、編號，以備試驗述記錄，并測量其長度。將需要保存的土樣仔細包裝、編號，以備試驗之用。之用。（5）重復(fù)）重復(fù)14步驟，進行下一深度的標貫測試，直至所需深度。一步驟，進行下一深度的標貫測試，直至所需深度。一般每隔般每隔1m進行一次標貫試驗。進行一次標貫試驗。 標準貫入試驗成果標準貫入試驗成果N可直接標在工程地質(zhì)剖面圖上可直接標在工程地質(zhì)剖面圖上,也可繪制單也可繪制單孔標準貫入擊數(shù)孔標準貫入擊數(shù)N與深度關(guān)系曲線或直方圖。與深度關(guān)系曲線或直方圖。 標準貫入試驗錘擊數(shù)標準貫入試驗錘擊數(shù)N值，可對砂土、粉土、粘性土的物理狀值，可對砂土、粉土、粘性土的物理狀態(tài)態(tài),土的強度、變形參數(shù)、

22、地基承載力、單樁承載力，砂土和粉土土的強度、變形參數(shù)、地基承載力、單樁承載力，砂土和粉土的液化，成樁的可能性等做出評價。應(yīng)用的液化，成樁的可能性等做出評價。應(yīng)用N 值時是否修正和如何值時是否修正和如何修正，應(yīng)根據(jù)建立統(tǒng)計關(guān)系時的具體情況確定。修正，應(yīng)根據(jù)建立統(tǒng)計關(guān)系時的具體情況確定。 1. 劃分土類或土層剖面 錘擊數(shù)越少，土的顆粒越細；錘擊數(shù)越多，土的顆粒越粗。2注意事項：注意事項：鉆孔時應(yīng)注意下列各條。鉆孔時應(yīng)注意下列各條。（1）須保持孔內(nèi)水位高出地下水位一定高度，以免塌孔，保）須保持孔內(nèi)水位高出地下水位一定高度，以免塌孔，保持孔底土處于平衡狀態(tài)，不使孔底發(fā)生涌砂變松，影響持孔底土處于平衡狀態(tài)，不使孔底發(fā)生涌砂變松，影響N值；值；（2）下套管不要超過試驗標高；）下套管不要超過試驗標高；（3）須緩慢地下放鉆具，避免孔底土的擾動；）須緩慢地下放鉆具，避免孔底土的擾動；（4）細心清除孔底浮土，孔底浮土應(yīng)盡量少，其厚