簡介
靜力觸探試驗是以靜壓力將圓錐形探頭按一定速率勻速壓入土中, 量測其貫入阻力(包括錐頭阻力和側壁摩阻力或摩阻比), 並按其所受阻力的大小劃分土層, 確定土的工程性質。該實驗是工程地質勘探中一項原位測試方法, 主要適用於粘性土、粉土及砂性土層。
套用較多的有J-3 型儀器, 設備主要由觸探主機、反力裝置、探頭、探桿及測量系統構成, 以及其它設備及配套工具等。
平整試驗場地, 對準孔位, 將反力裝置地錨用下錨器旋入土中, 安裝測量系統, 正式貫入, 直至進入相對硬土層的深度滿足工程設計要求 。
試驗資料整理
1 . 原始數據修正及繪製靜探曲線
當記錄深度與實際深度有出入時, 應按深度線性修正深度誤差。主要修正以下內容:① 觸探的同時量測探桿的偏角, 應進行深度修正;② 當有零點漂移時, 一般在回零段內以線性內插法進行校正, 校正值等於讀數值減零讀數內插值。
靜力觸探試驗資料可按公式:
ps = kpεp
qc = kqεq
fs = kfεf
F = fs qc
式中ps 為比貫入阻力,MPa ;qc 為錐頭阻力, MPa ;fs 為側壁摩阻力, MPa ;F 為摩阻比;kp , k q , k f 分別為ps , qc , fs 對應的率定係數;εp , εq , εf 分別為單橋探頭, 雙橋探頭, 摩擦筒感測器的應變數。
分別計算比貫入阻力、錐頭阻力、側壁摩阻力及摩阻比。以深度(H)為縱坐標, 以錐頭阻力qc (或比貫入阻力ps )、側壁摩阻力fs 、摩阻比F 為橫坐標, 繪製qc ～ H(ps ～ H)、fs ～ H 、F～ H 關係曲線。對繪製的曲線, 由於貫入停頓間歇, 曲線會出現喇叭口尖峰, 應加以圓滑修正, 縱、橫坐標比例可視工程需要而定。
2 . 劃分土層界線及計算貫入阻力
根據靜力觸探曲線的大小和形態, 並參照機鑽孔對土層進行工程力學分層, 確定分層界線。一般按照以下3 點進行劃分:① 上下層貫入阻力相差不大時, 取超前深度和滯後深度的中點, 或中點偏向小阻值土層5 ～ 10 cm 處作為分層界面;② 上下層貫入相差1 倍以上時, 當由軟層進入硬層或由硬層進入軟層時, 取軟層最後一個或第一個貫入阻力小值偏向硬層10 cm 處作為分層界面;③ 上下層貫入阻力無甚變化時, 可結合側壁摩阻力fs 的變化確定分層界面。
計算時應剔除異常值和超前滯後值。單孔可採用算術平均法或按觸探曲線採用面積法計算各分層的貫入阻力, 場地可按各孔穿越該層的厚度加權平均法計算各層的平均貫入阻力, 或將各孔觸探曲線迭加後繪製低值與峰值包絡線和平均值線, 以確定各層貫入阻力在深度上的變化規律及變化範圍 。
靜力觸探試驗套用實例
江蘇某地造船廠工可階段工程地質勘察中靜力觸探試驗採用雙橋探頭進行, 只繪製研究了錐頭阻力— 深度及側壁摩阻力— 深度關係曲線。
1.工程概況
工程區位於長江下游, 地貌分區屬長江下游沖積平原區, 地貌類型屬三角洲平原的新三角洲平原, 地形平緩, 地勢開闊。場地地基土主要為第四系全新統沖積層, 機鑽孔揭露岩性由上至下依次為①粉質粘土、②淤泥質粘土、③粉砂及④細砂組成, 局部淤泥質粘土、粉砂呈透狀分布。
2.各類土體靜力觸探試驗
(1)粉質粘土。灰黃色, 鬆散— 稍密, 可塑狀, 普遍分布於地表, 試驗厚度(埋深)0～ 5 m。
(2)淤泥質粘土。淺灰、灰綠色, 流— 軟塑狀, 夾有粉土薄層, 局部呈透鏡體, 試驗埋深一般2 ～ 11 m 。
(3)粉砂。淺灰略帶灰綠色或青灰色, 稍密— 中密, 飽和,含雲母片, 厚度較大, 埋深不一, 夾有淤泥質透鏡體。
(4)細砂。灰色, 中密— 密實, 飽和, 含雲母片, 局部夾有粗砂, 埋深較深, 多分布於粉砂層之下。
3.成果分析
為了解工程區內各類土體物理力學性質, 對各類土體採取了適量原狀樣進行室內土工試驗, 並現場進行了多段標準貫入試驗。
通過室內土工試驗成果和標準貫入試驗成果分析, 根據孔隙比、液性指數或標準貫入試驗擊數標準值確定粉質粘土容許承載力為95 ～ 140 kPa ;根據含水率、塑性指數確定淤泥質粘土容許承載力為85 kPa ;根據標準貫入試驗擊數標準值確定粉砂、細砂容許承載力分別為210、240 kPa。根據粘性土的液性指數和砂土體的密實度確定樁的極限端阻力及側阻力標準值(以水下鑽孔樁為例, 樁的入土深度為15 m)。
各試驗成果分析表明, 各主要土體指標頻數分布正常, 主要參數反映了土體指標固有的特徵, 說明取樣方法、測試手段等因素對試驗結果影響不大, 能夠客觀地反映各層土體的物理力學特徵。通過分析靜力觸探試驗成果繪製的深度與錐頭阻力的曲線形態, 並結合機鑽孔, 可有效地劃分地基土體地層岩性及其空間分布形態。
因室內試驗土樣採取過程中存在擾動、失水等因素, 試驗成果稍有差異, 如土體壓縮模量淺部比較接近, 深部偏小。原位靜力觸探試驗成果比較合理 。
總結
靜力觸探試驗野外現場作業簡單、方便, 測試需時短, 可以縮短勘察工期, 進行土體岩性劃分及確定土體力學參數效果良好。
與室內土工試驗相比, 靜力觸探試驗克服了特殊地層或薄層地層取原狀試樣的困難, 並且試驗範圍較大, 各類土體均能保持原狀樣, 比較客觀地測試土層的工程特性, 為工程地質地基評價和設計基礎型式的選取提供合理、科學依據 。
