[科普中国]-静力触探试验

简介

静力触探试验是以静压力将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中, 量测其贯入阻力(包括锥头阻力和侧壁摩阻力或摩阻比), 并按其所受阻力的大小划分土层, 确定土的工程性质。该实验是工程地质勘探中一项原位测试方法, 主要适用于粘性土、粉土及砂性土层。

应用较多的有J-3 型仪器, 设备主要由触探主机、反力装置、探头、探杆及测量系统构成, 以及其它设备及配套工具等。

平整试验场地, 对准孔位, 将反力装置地锚用下锚器旋入土中, 安装测量系统, 正式贯入, 直至进入相对硬土层的深度满足工程设计要求1。

试验资料整理1 . 原始数据修正及绘制静探曲线

当记录深度与实际深度有出入时, 应按深度线性修正深度误差。主要修正以下内容:① 触探的同时量测探杆的偏角, 应进行深度修正;② 当有零点漂移时, 一般在回零段内以线性内插法进行校正, 校正值等于读数值减零读数内插值。

静力触探试验资料可按公式:

ps = kpεp

qc = kqεq

fs = kfεf

F = fs qc

式中ps 为比贯入阻力,MPa ;qc 为锥头阻力, MPa ;fs 为侧壁摩阻力, MPa ;F 为摩阻比;kp , k q , k f 分别为ps , qc , fs 对应的率定系数;εp , εq , εf 分别为单桥探头, 双桥探头, 摩擦筒传感器的应变量。

分别计算比贯入阻力、锥头阻力、侧壁摩阻力及摩阻比。以深度(H)为纵坐标, 以锥头阻力qc (或比贯入阻力ps )、侧壁摩阻力fs 、摩阻比F 为横坐标, 绘制qc ～ H(ps ～ H)、fs ～ H 、F～ H 关系曲线。对绘制的曲线, 由于贯入停顿间歇, 曲线会出现喇叭口尖峰, 应加以圆滑修正, 纵、横坐标比例可视工程需要而定。

2 . 划分土层界线及计算贯入阻力

根据静力触探曲线的大小和形态, 并参照机钻孔对土层进行工程力学分层, 确定分层界线。一般按照以下3 点进行划分:① 上下层贯入阻力相差不大时, 取超前深度和滞后深度的中点, 或中点偏向小阻值土层5 ～ 10 cm 处作为分层界面;② 上下层贯入相差1 倍以上时, 当由软层进入硬层或由硬层进入软层时, 取软层最后一个或第一个贯入阻力小值偏向硬层10 cm 处作为分层界面;③ 上下层贯入阻力无甚变化时, 可结合侧壁摩阻力fs 的变化确定分层界面。

计算时应剔除异常值和超前滞后值。单孔可采用算术平均法或按触探曲线采用面积法计算各分层的贯入阻力, 场地可按各孔穿越该层的厚度加权平均法计算各层的平均贯入阻力, 或将各孔触探曲线迭加后绘制低值与峰值包络线和平均值线, 以确定各层贯入阻力在深度上的变化规律及变化范围2。

静力触探试验应用实例江苏某地造船厂工可阶段工程地质勘察中静力触探试验采用双桥探头进行, 只绘制研究了锥头阻力— 深度及侧壁摩阻力— 深度关系曲线。

1.工程概况

工程区位于长江下游, 地貌分区属长江下游冲积平原区, 地貌类型属三角洲平原的新三角洲平原, 地形平缓, 地势开阔。场地地基土主要为第四系全新统冲积层, 机钻孔揭露岩性由上至下依次为①粉质粘土、②淤泥质粘土、③粉砂及④细砂组成, 局部淤泥质粘土、粉砂呈透状分布。

2.各类土体静力触探试验

(1)粉质粘土。灰黄色, 松散— 稍密, 可塑状, 普遍分布于地表, 试验厚度(埋深)0～ 5 m。

(2)淤泥质粘土。浅灰、灰绿色, 流— 软塑状, 夹有粉土薄层, 局部呈透镜体, 试验埋深一般2 ～ 11 m 。

(3)粉砂。浅灰略带灰绿色或青灰色, 稍密— 中密, 饱和,含云母片, 厚度较大, 埋深不一, 夹有淤泥质透镜体。

(4)细砂。灰色, 中密— 密实, 饱和, 含云母片, 局部夹有粗砂, 埋深较深, 多分布于粉砂层之下。

3.成果分析

为了解工程区内各类土体物理力学性质, 对各类土体采取了适量原状样进行室内土工试验, 并现场进行了多段标准贯入试验。

通过室内土工试验成果和标准贯入试验成果分析, 根据孔隙比、液性指数或标准贯入试验击数标准值确定粉质粘土容许承载力为95 ～ 140 kPa ;根据含水率、塑性指数确定淤泥质粘土容许承载力为85 kPa ;根据标准贯入试验击数标准值确定粉砂、细砂容许承载力分别为210、240 kPa。根据粘性土的液性指数和砂土体的密实度确定桩的极限端阻力及侧阻力标准值(以水下钻孔桩为例, 桩的入土深度为15 m)。

各试验成果分析表明, 各主要土体指标频数分布正常, 主要参数反映了土体指标固有的特征, 说明取样方法、测试手段等因素对试验结果影响不大, 能够客观地反映各层土体的物理力学特征。通过分析静力触探试验成果绘制的深度与锥头阻力的曲线形态, 并结合机钻孔, 可有效地划分地基土体地层岩性及其空间分布形态。

因室内试验土样采取过程中存在扰动、失水等因素, 试验成果稍有差异, 如土体压缩模量浅部比较接近, 深部偏小。原位静力触探试验成果比较合理3。

总结静力触探试验野外现场作业简单、方便, 测试需时短, 可以缩短勘察工期, 进行土体岩性划分及确定土体力学参数效果良好。

与室内土工试验相比, 静力触探试验克服了特殊地层或薄层地层取原状试样的困难, 并且试验范围较大, 各类土体均能保持原状样, 比较客观地测试土层的工程特性, 为工程地质地基评价和设计基础型式的选取提供合理、科学依据3。