静力触探技术成果在工程中的应用

万广臣 陈 健 朱 琦

(1.中铁工程设计咨询集团济南设计院， 山东济南 250022；2.安徽省建设工程勘察设计院，安徽合肥 230001；3.山东省交通规划设计院，山东济南 250031)

1 静力触探技术原理及适用范围

静力触探(CPT)是土的原位测试手段,也是工程勘探方法。在不需取样的情况下,用静力将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中,根据测得土对传感器触探头贯入阻力的大小变化,来取得各类土的物理力学性质、强度和变形指标。

静力触探主要适用于黏性土、粉土及砂类土,特别是对于地层情况变化较大的复杂场地及不易取得原状土的饱和砂土和高灵敏度的软土地层,更适合采用静力触探。

2 静力触探技术成果应用

静力触探在工程上的应用主要体现在以下几个方面：划分土层，确定土的基本承载力，砂土及粉土的液化判别。现结合鲁西北黄河冲积平原区工程实例进行进一步研究和探讨。

2.1 划分土层

划分土层最好选用双桥,土层分层的详细程度应以满足工程需要为度,对主要受力层应详细划分,对工程有影响的软弱下卧层应单独分出。根据锥尖阻力qc和侧摩阻力fs的值, 计算出摩阻比,有这些数据便可定名土层。该工程各类土层静力触探测得的典型曲线见图1。

图1 各类土层典型曲线

该项测试资料可获得两条曲线,即qc-h和fs-h关系曲线。从图1可看出不同的土层。首先曲线形状变化不同：素填土曲线变化无规律,有突变；淤泥质土曲线很平缓,近于直线无突变；黏性土较均匀,曲线变化幅度较小；粉土线形很不平稳,呈平缓的锯齿状；粉砂呈尖锐锯齿状。从双桥探头曲线图上可以看到,黏性土的fs曲线在qc曲线的右侧；粉土fs的曲线在qc曲线的外侧,局部有交叉；粉砂fs的曲线和qc曲线交叉较多。

依据双桥静力触探曲线特征可划分土层,也可借助《铁路工程原位测试规程》(TB10018—2003)。划分土层可依据图2,图中Rf为摩阻比。

图2 土层划分

当前,主要靠钻探取样及室内土工实验划分土层。但是像铁路、公路等长大干线工程,通过钻孔取样来详细了解沿线地层的变化情况,十分费时费力,经济上也欠合理。静力触探曲线能够获得地层的连续数据,快速准确，不需取样,不受取样扰动等人为因素的影响,避免钻探记录的主观性,为辨认土层界限、划分土层提供了一个快捷、高效、且经济的方法。

2.2 确定土的基本承载力

我国幅员辽阔,地质条件多种多样,不可能有统一的承载力经验公式，只有通过一个地区的对比实验结果提出适合本地区的经验公式。《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)提出可由载荷试验或其他原位测试、公式计算并结合工程实践经验等方法综合确定。本文利用标准贯入试验、静力触探、室内土工试验三者对比,确定地基基本承载力,并推荐了适合本地区的静力触探经验公式。

对于室内试验结果,利用孔隙比、含水量和液性指数,通过查表取得基本承载力值(见表1)。

对于静力触探试验结果,利用Ps值(Ps=1.1qc),通过查《铁路工程原位测试规程》(TB10018—2003)，取得地基承载力值，使用数理统计方法进行统计分析,其平均值如表2。

表2 静力触探确定承载力统计

通过查铁一院回归公式取得地基承载力值如表3。

表3 铁一院回归公式取得地基承载力值

对于标准贯入试验,利用建筑规范查表法得地基承载力值,各层平均值见表4。

表4 标准贯入试验确定承载力统计

2.3 确定土的压缩模量Es

确定压缩模量,常用室内固结试验。室内固结试验测得的压缩模量是土体在完全侧限条件下竖向应力增量Δp与相应的应变增量Δε的比值。静力触探直接测得原位土体的数据,避免了取样、试验等中间环节,既缩短了勘察周期,又减少了中间环节造成的误差。[3]

《铁路工程原位测试规程》(TB10018—2003)给出了地基土压缩模量经验公式。该工程与室内实验Es值进行对比,结果见表5。

表5 室内实验Es值与静探Es值对比

3 结束语

(1)利用静力触探划分土层准确、高效、低成本、缩短勘察周期；宜与钻探相配合,不能盲目减少钻探孔。

(2)在现今勘察市场,用扰动土样代替原状土样的现象比较普遍,若钻探质量和记录质量再得不到保证,静力触探的优点就更显得重要。

(3)静力触探指标应用时地区经验性很强,与地基承载力、变形参数是统计关系,不是理论关系,需依靠大量数据的积累。[3]

(4)静力触探指标应用时受地层影响较大,应用时应结合钻探及室内试验综合分析。

[1]铁道第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京：中国铁道出版社,1999

[2]王锺琦.土静力触探的实质及其应用现状及前景[J].工程勘察,2008(10)

[3]顾宝和.《岩土工程勘察规范》中的静力触探问题[J].工程勘察,2008(10)

[4]GB50021—2001 岩土工程勘察规范[S]

[5]TB10041—2003 铁路工程地质原位测试规程[S]

[6]TBJ37—93 静力触探技术规则[S]

[7]GB50007—2002 建筑地基基础设计规范[S]

[8]TBJ37—93 静力触探技术规则[S]