靜力觸探試驗在工程勘察中的應(yīng)用

靜力觸探試驗在工程勘察中的應(yīng)用1前言靜力觸探試驗簡稱CPT，是巖土工程勘察使用最廣泛的原位測試方法之一，其基本原理是利用靜力將一定規(guī)格帶有電阻應(yīng)變片的探頭壓入土中，在貫入過程中使土層發(fā)生剪切破壞，在探頭上反映的作用力就是該土層的極限破壞強度，通過特定的儀器將電信號轉(zhuǎn)換成貫入力進行記錄，形成一條或數(shù)條隨深度變化的曲線，由于貫入阻力的大小與土的性狀和類別有關(guān)，通過相關(guān)的經(jīng)驗公式，可以間接得出土層的承載力、模量等地基基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)。CPT的發(fā)展與社會科技發(fā)展水平相伴隨，在我國大體經(jīng)歷了三個階段。初期試驗加壓系統(tǒng)為螺旋絲杠機械式，使用電阻應(yīng)變儀記錄貫入力，每10cm人工記錄一次；這期間已出現(xiàn)了雙橋探頭，時間大致是七十年代至八十年代初。第二階段重要的標(biāo)志是記錄系統(tǒng)使用了可以自動記錄的電子電位差計，能夠連續(xù)記錄土層隨深度變化的貫入力曲線，加壓系統(tǒng)也改用液壓加壓，貫入能力大為改進。在研究領(lǐng)域，能同時測量孔隙水壓力的三橋探頭開始出現(xiàn)?？梢哉f，上世紀(jì)八十年代～九十年代是靜力觸探試驗大發(fā)展的時期，各個地區(qū)和系統(tǒng)在普及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，推出了大量的經(jīng)驗公式；同期的研究資料很多，并列入當(dāng)時國家和地方的規(guī)范規(guī)程。第三階段大致從九十年代初開始，最顯著的進步是使用數(shù)字化儀器采集存儲數(shù)據(jù)，并與一些勘察軟件兼容對接，實現(xiàn)在微機上進行繪圖、統(tǒng)計及分層等內(nèi)業(yè)資料處理工作，工作效率和精度都有很大的提高。近三十年來，我院的CTP應(yīng)用緊隨這項技術(shù)發(fā)展步伐，在同行業(yè)中處于先進水平，特別是從九十年代中期開始，在本地區(qū)率先使用第三代儀器，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢。相信隨著廣大技術(shù)人員應(yīng)用水平的提高，這種原位測試方法在我院勘察主業(yè)中會發(fā)揮越來越大的作用。2CPT的特點及應(yīng)用現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2002）第三章3.0.3條第二款規(guī)定：地基評價宜采用鉆探取樣、室內(nèi)土工試驗、觸探，并結(jié)合其它原位測試方法進行。并明確指出，不論地基基礎(chǔ)設(shè)計等級如何，觸探都是一種不可缺少的勘察手段。但在實際工作中，并非采用了任何一種觸探就能滿足規(guī)范的要求，應(yīng)考慮幾種不同觸探方法適用條件。一般情況下，重型、超重型動力觸探（DPT）適用于碎石土，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗（SPT）在砂土地層中使用最為有效，輕型動力觸探（N10）對淺層的新近沉積土及素填土適用。而CPT的適用范圍較之上述手段更為廣泛，可以用于除碎石土以外的各類地層，在一般粘性土、粉土、軟土、新近沉積土、素填土和各類砂土地層中均可以使用，除此之外，CPT還具備以下幾個顯著的特點：1.中國兵器工業(yè)北方勘察設(shè)計研究院1）可以連續(xù)貫入，精度可達0.10m，試驗結(jié)果可信度高，基本不存在其他觸探方法的人為干擾因素。2）采用數(shù)字化自動采集系統(tǒng)，能夠在計算機上直接處理成果資料。3）試驗成本較低，效率約為常規(guī)鉆探的一倍，耗費僅是技術(shù)鉆孔的二分之一左右。4）除連續(xù)記錄土層的力學(xué)性質(zhì)外，還可以進行地層劃分。該方法的主要缺點是不能直接觀察地層，仍屬于間接的模擬試驗，并且對地區(qū)經(jīng)驗依賴較大。有關(guān)CPT設(shè)備規(guī)格以及現(xiàn)場操作規(guī)程，從事試驗的人員必須熟練掌握，使用資料的技術(shù)人員也應(yīng)有所了解。具體內(nèi)容可參見手冊或規(guī)程，本文不再詳述。在制定勘察方案階段，應(yīng)用CPT首先要考慮場地和地層條件，在有經(jīng)驗地區(qū)，可以單獨使用靜探孔，否則，應(yīng)作一部分對比孔，在滿足勘察深度要求條件下，靜探孔可視為技術(shù)孔。對于條件適宜的建筑群或平原地區(qū)規(guī)模較大的建筑場地，靜探孔可占勘探孔總數(shù)的三分之一，且不少于六個，對單棟建筑勘察，至少不少于三個；試驗深度與其他勘探孔要求一致，應(yīng)大于3倍條形基礎(chǔ)最大寬度（或1.5倍矩形基礎(chǔ)最大寬度）加基礎(chǔ)埋深；對要求變形驗算的勘察對象，試驗深度應(yīng)滿足變形計算要求。3驗資料的處理與整理按照國家現(xiàn)行規(guī)范要求,試驗或測試數(shù)據(jù)在參加統(tǒng)計時，樣本個數(shù)不少于6個。對CPT指標(biāo)而言，每個試驗孔的各層試驗指標(biāo)為一個子樣，其指標(biāo)的代表值采用標(biāo)準(zhǔn)值。以錐尖阻力qc為例：先計算某一層位參加統(tǒng)計的qc平均值μ、標(biāo)準(zhǔn)差σ和變異系數(shù)δ，然后計算qc的統(tǒng)計修正系數(shù)ΨqcΨqc=1-[1.704/SQRT(n)+4.678/n2]]·δ擠錐尖阻力填標(biāo)準(zhǔn)值播q盟ck娛=幼Ψ串qc銹·驚μ聲在統(tǒng)計樣雙本數(shù)量方隱面，除上罪述國家規(guī)行范規(guī)定外大，《河北慶省建筑地夢基承載力旅確定技術(shù)靈規(guī)程》（骨送審稿）工另有細(xì)化中規(guī)定：對迎單棟建筑畫物，不宜億少免于集3飲個。這主授要是針對活小規(guī)模的透單棟建筑猾勘察而言患，在此情榴況下，數(shù)孝據(jù)的統(tǒng)計貫可參照載炸荷試驗統(tǒng)顧計方法，矩在滿足各驅(qū)子樣值極隸差不超過凈其平均散值偵30念%叢時，取平扒均值作為距代表值。剝但依筆者寨經(jīng)驗，由姨于試驗數(shù)伙據(jù)個數(shù)少茶，出現(xiàn)偶編然性事件喊的概率比蚊較大，取棉其最小平察均值，即貪平均值與計最小值之疾和的二分燥之一，作童為該指標(biāo)卡的代表值緊為宜。酸另外，在允進行統(tǒng)計愈之前，應(yīng)袋對各個子拖樣的曲線留特征逐一少考察分析勇，剔除其揚中的異常女因素。最陷常見的是央，在某些言層位中夾缺有堅硬土顆薄層或碎陪石、姜石甩等剛性塊屑體，表現(xiàn)轟在試驗曲扣線上，就澇會出現(xiàn)凸鍛起的峰值魄，其中的均高點是硬啦夾層或塊鋼體引起的啄異常值，告不能代表求該層的自魚然屬性，綢應(yīng)該予以櫻剔除。而水目前使用文的分層統(tǒng)線計軟件，些在給出某濾一地層下疏限時，計億算機不能旗判斷這種廟異常，只獸是按冬照爪10c叼m噴的步長統(tǒng)遙計出該層享的算術(shù)平利均值，其豐中包含著墾這部分異拿常成分，劃這就錯造成了子采樣數(shù)值偏到高的現(xiàn)象澤，在此基裂礎(chǔ)上統(tǒng)計泰出的代表苦值也就或撈多或少地艱失真。要即解決這個像問題，可熔以從兩方短面入手，伏一是人機凍對話分層拍時，將峰上值出現(xiàn)的碗深度上下其限作為強繁制分層界舟限，以此平排除出異墳常值，然桑后將有代佛表性的若漁干小層進狀行平均得飄出該子樣欺的的平均艇值，這個參過程繁瑣卻一些，但慘精度較高松。另一種逗方法是在島已完成的仙分層柱狀各圖上，用圣比例尺按感比例量出付具有代表單性的數(shù)值探，而不管虧峰值的大棕小及個數(shù)伍，這樣精槐度要差一興些，但比謙較簡單實若用。滾與上述峰源值型曲線脈相反，有松時在一個篩比較厚的逆層位中也參會出現(xiàn)異嚷常的小值博，曲線上合表現(xiàn)為凹困形，對此洋要進行綜主合分析，束如果是在積相近的標(biāo)辜高有規(guī)律必的出現(xiàn)，醬則可能是母一軟弱夾撇層，一般腿情況下，姨當(dāng)夾層厚犯度大膠于朗0.3顏m繳，應(yīng)將其反單獨分為婚一薄層或殃透鏡體，櫻如果只是滾偶然出現(xiàn)鋒或不屬于顫軟弱土層盟，則可以顆忽略不計需。謝4臨踩劃分地層消用陰CP考T招劃分地網(wǎng)層標(biāo),秘是該項試騎驗的主要救功能之一椅，在有成海熟經(jīng)驗地免區(qū)，廉用疾CP紗T邁方法劃分落層位，其斤精度和可蘿靠性比鉆困探分層還念要高。對塔缺乏經(jīng)驗疊的勘察場麗地，應(yīng)有扇一定數(shù)量井的對比孔問，從已知車曲線的對威比結(jié)果推撫算單孔的奉地層。貸以目前最憐常用的雙范橋探頭分絞層為例，挨通過試驗鴿得出二組立數(shù)據(jù)，錐巖尖阻撈力鈔q必c懶（單位陡：焦M山P誘a遇）和側(cè)壁串摩阻絹力概f誦s娘（單位：忍kP詢a僑），由此仿間接計算像出摩阻費比塑R洞f撫=f攔s全/q俱c念*100勿%央（分層軟縣件自動計睛算）。分脅層時，摩鉆阻寄比揭R命f倘是最重要終的指標(biāo)，吸其次是錐梢尖阻聞力剖q鬧c筒，使用這校兩個參數(shù)彩，就可以御比較準(zhǔn)確錘地劃分各砌類不同的房地層。在鎖實際工程薦中，一般皮可將土層唱分為四類發(fā)：軟土（杰淤泥和淤零泥質(zhì)土）脖，粘性土寶（包括粘襲土和粉質(zhì)怨粘土），剃粉土，砂字土。這四收類土層反玉映特征是伴：錐尖阻唇力刮q勇c插依次增大溉，摩阻妄比積R土f作則相反，夕呈依次減齡小的趨勢旦。將這一文規(guī)律加以桂量化，結(jié)坦合本地區(qū)煤多年的工莫程經(jīng)驗，卵歸納出以政下的分層竭準(zhǔn)則。表1嗎盡譜指標(biāo)及說稿明帆土層名稱呀摩阻晉比種R著f桌（拒%哄）勞孕放酬短（域Mp晝a屈）埋備啊砌歲注希主要影響原因素譽軟土傾＞鳳3專＜壩1.0描沿海地區(qū)堵軟蟲土俘R旬f馳值最大可迫達定到立1席0皂左右意亦丑粘性土蟲2.滑5抄～俱5.0饒1.胖0挑～卷4.0盈堅硬狀態(tài)躬粘性構(gòu)土貸q評c挖值較大棚狀態(tài)和結(jié)鍵構(gòu)強度赴粉土撤1.革2巨～篇2.5族3.懶0綢～黎6.0顛塑性指數(shù)饒＜蛇5弟或含砂量點多的密實朽粉染土風(fēng)q嗚c云值較高世含水量和鳳密度殿砂土插＜攻1.2懼＞餅5.0倚松散砂筍層框q長c釀值有時鋤＜守5.0還鳴丸表貝1喉給出了一貌般性的分羞層標(biāo)準(zhǔn)，襯具體應(yīng)用妨?xí)r，轟對慶R觸f生和筐q桃c伙兩個指標(biāo)某既要同時派考慮，也德要有所側(cè)斜重。比如抓，米當(dāng)去q蠶c化＜洲1.0拼M射P嶄a添時，即纖使令R滅f防值異常，尺也可以界藏定為軟土鎖；薄對漁R碌f喚＜伸1.壘2媽的地層，邊極松散的胳砂土可貨能釣q雙c緊達不到標(biāo)邀準(zhǔn)，但仍偷可將劃為裳砂土?？偩种谟糜蚂o探分層克時，應(yīng)遵景循的原則堵是：有對血比孔資料刮時，分析狠對比孔相破同層位的藝曲線特征替，包僑括敲R址f郵和疫q宏c梳兩個指標(biāo)胸的量化反歲映，以此代為參考推依斷單孔地看層的歸屬紙。如果是驅(qū)單獨的靜但探孔，砂追土姨以小R痕f度為主要判衡別良依據(jù)，軟玻土則主要塘看榜q閉c出值；而對園于最常見鬧的粘性土競和粉土，閣界定起來撫比較復(fù)雜譽一些，對罪一般沖洪幣積成因的偵土層，粉在土疑的例R噴f對一般小暴于亡2.典5伍，啞而澤q靜c舞多高于粘珠性土。邀另外，在壓確定分層飼界限時，路還要考且慮隨“敵提孫前涼”堡和橋“齡滯先后蘆”外效應(yīng)，這涉是由探頭線剪切破壞合機理所決軋定的，當(dāng)遮探頭從堅叮硬土層進獅入軟土層恭或相反時杰，在試驗州曲線上會秋有提前或塵滯后的反秒映，這個找距離一般遭為須0.剖1談～窄0.2懲m誦。所以，揪分層時要適考慮這一駐因素，將溫界限上移性或下推相栽應(yīng)的距離痕。定5悔鼠試驗指標(biāo)匪的應(yīng)用黃早期使用失的單橋探轟頭獲取的錦測試結(jié)果相為比貫入派阻塊力梁P養(yǎng)s象，近年來暈，普遍使禾用了雙橋隊探頭，測脹試指標(biāo)是掩錐尖阻迎力筋q篩c蠢和側(cè)壁摩西阻累力襯f冶s窮。有對比捧資料顯示序，在相同駁的地層中鐮，催P脂s寇略大定于從q急c洞，二者的挖關(guān)系約縮為純P學(xué)s念≈錫1.1q子c凍。在應(yīng)用據(jù)經(jīng)驗公式尺時，有不跌少是基于胞比貫入阻唇力薦P式s勸的經(jīng)驗公佛式，在此隱情況下，雖可認(rèn)鈔為志P染s宏≈講q睬c酸，這樣做穴有一定的斑安全儲備喂。持經(jīng)過多年輔經(jīng)驗積累膨，靜探指螺標(biāo)與土的健物力性質(zhì)長及參數(shù)之宣間已建立航了不少經(jīng)尼驗公式，即應(yīng)用范圍夠十分廣泛文。歸納起鹽來，大致協(xié)有以下七壞個方面儲：者1炊）確定地很基土承載掘力儀；披2鉤）確定土首的壓縮摸胃量瘡E冠S拆或變形摸絹量脅E搞O嶼，啞3城）推算砂襪土的相對擁密度溉；額4港）估算砂寫土的內(nèi)摩聲擦角斤；爸5改）估算飽漲和軟粘土桶的不排水盜剪強脫度尋C撒u喊；脾6期）判別飽堤和砂土和邁飽和粉土寧的地震液?；?；踩7故）估算單曲樁承載力堪。除此之談外，有關(guān)香的經(jīng)驗公晌式還很多膚，可詳見悼《工程地忍質(zhì)手冊》藍(lán)和《巖土法工程試驗斑監(jiān)測手冊式》相關(guān)章芹節(jié)，本文這不再列舉相，現(xiàn)僅就桿石家莊地織區(qū)常用承貿(mào)載力和模雨量的地區(qū)紹經(jīng)驗作一醒介紹。暈粉質(zhì)粘土洋或粉飄土憶f等0機=36.投1赤*羊（鑒10*q妥c泊）糊0.48途1評………爽①葵烏床盈該E肅S霧=4.3洽7*q尼c女–烤2.0始3港砂具播畫費摔土春f蜂0飽=20.狗0像*廈（既10*q缸c慈）很0.51稻喪設(shè)型與E陷S訂=1.5貼*q曉c疫式絕中繳f收0栗單位帆：睜Kpa撲聯(lián)；質(zhì)E志S本、御qc栗餅單位均索為插Mpa殃廊。經(jīng)多年鐮工程實踐盤檢驗，該劣經(jīng)驗公式驕具有一定舟的使用價木值，安全蓮系數(shù)比較猛高。除此坦之外，《繼河北省建代筑地基承赤載力確定權(quán)技術(shù)規(guī)程沸》（送審馳稿）按不愚同的土類羨，給出了塞以下的經(jīng)辱驗數(shù)據(jù)。武規(guī)奧種峰婦移粘性土承禁載力特征召值躲咸鄉(xiāng)立岡妥吩莖棵藝表弱2繭P悄S司（掙MP吃a袋）肆0.7泊1.2欣1.7訪2.1柳2.6雕3.0擔(dān)3.2然3.7技4.2籠fak尊（株kP訊a脂）濟105淡145伸190辣235收280搜320踏350示380票420雖擔(dān)疤有橫遵風(fēng)粉土承載躬力特征嚷值問就燥晉透敵玩慨辟畫貧表灶3死P驚S愈（多M織P漿a政）住1.0炕1.5環(huán)2.0曉3.0抓4.5修12.0惰14.0糖fak督（煮kP戶a恐）啄100泳140哄170互200逼235閱320堂350疤該漲歉科遣授泛更軟土承載男力特征被值欣甩冠律虎蔽皂林氧蛛表鐘4廈P復(fù)S舅（誓M狡P傻a薯）唱0.3熄0.4綁0.5五0.6賠0.7始0.8滅0.9布1.0保fak桿（肝kP懸a釣）牛50縫60掉70遣80陜90溪100默105昌110鏡相比較而插言，顏表辦2窄、桐表疾3厲給出的值間比公維式肥①懼計算結(jié)果彎偏高，使革用時應(yīng)謹(jǐn)韻慎考慮。見還應(yīng)注意尼的是，在但一個新的刻地區(qū)開展逝勘察工作捏時，要認(rèn)猛真收集當(dāng)桃地的地區(qū)喊經(jīng)驗，對渴于某些物籍理指標(biāo)（即如塑性指鳴數(shù)）相似浮的土層，杜由于成因諸、結(jié)構(gòu)不還同，反映圣在土的計野算參數(shù)上皺，也會產(chǎn)匹生較大妨的差異。霉可以說，堂沒有一個型公式是萬性能的，可冤以反映所歸有地區(qū)土康層的力學(xué)愈屬性；從猶這個意義據(jù)上講，地能區(qū)經(jīng)驗就吸顯得尤為翁重要。納6劑渾操作程序酸與步驟真為便于技撤術(shù)人員應(yīng)濱用騙CP購T講結(jié)果，列并出具體的頁操作流程咳如下：件1吊）制定勘惰察方案，捏配置靜力斜觸探孔，降要考慮勘熊察場地和謀地層的適篩宜條件，糞并注意與揉其他類型柜的勘探孔