关于工程勘察中地层分层的探讨

徐筠波

（上海市水利工程设计研究院有限公司， 上海 200063）

关于工程勘察中地层分层的探讨

徐筠波

（上海市水利工程设计研究院有限公司， 上海 200063）

通过分析岩土工程勘察中传统的地基土“土性分层”的局限性，结合有关资料及上海地区的实践经验，提出了在上海地区应以静探测试为基础，在每个孔位处均应进行静探测试，根据静探曲线进行地基土的“力学分层”和参数统计，提高地基土分层的合理性、准确性及分层精度的新的勘察理念。以静探为基础的“力学分层”剖面，在岩土工程勘察及设计领域具有广阔的发展前景。

岩土工程勘察；勘察理念；地基土；土性分层；静力触探；剖面

0 引 言

地基与基础是建筑物的根基。据统计，世界各国建筑工程事故中，地基基础事故居首位，而且一旦发生地基基础事故，因其位于建筑物的下方，属于地下隐蔽工程，补救工作非常困难。为了确保建筑物的安全和使用良好，在地基与基础设计中必须同时满足以下两个技术条件：一是地基的强度条件(即承载力)，要求建筑物地基保持稳定性，不发生地基剪切或滑动破坏；二是地基的变形条件(即沉降量)，要求建筑物地基的沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜，都不能大于地基变形允许值。而岩土工程勘察是地基基础设计与施工的依据，勘察质量将直接关系到建筑物的安危。

1 勘察理念与勘察手段

勘察手段多种多样，且都有其适用性和局限性。岩土工程勘察中目前所用的勘察手段主要有：钻探、静力触探、室内试验以及其他原位测试方法(如标贯试验、十字板试验、旁压试验、扁铲试验等)。每种勘察手段都有其优点，但也有其局限性。传统的勘察理念都以钻探和室内试验为基础，根据钻探和室内试验结果进行地基土的“土性分层”和参数统计，而把静探等原位测试方法仅作为辅助方法。目前在上海地区常用的方式是钻探孔与触探孔间隔布置等。

2 传统“土性分层”的局限性

“土性分层”容易产生漏层。如在上海地区，除西南部十余座零星剥蚀残丘外，都为厚达 200 m～300 m 的第 4 纪沉积物，主要是黏性土或砂性土，基本成层分布。但有的层位以黏性土层为主夹薄层砂性土，或以砂性土层为主夹薄层黏性土，有时为砂性土与黏性土互层。在具体工程勘察资料整理中，当遇到钻探、室内试验结果得到的地层分层与静探得到的成果曲线不匹配，分层时就容易漏掉较薄的土层；或者是钻探取到的土样恰好是薄层部位，错当成是主要的厚土层的土样，分层时就容易漏掉较厚的土层。漏层会产生地基基础事故，特别是持力层及下卧层内漏掉软弱层会产生严重的后果。如果在钻探孔位置都进行静探测试，这种漏层问题就迎刃而解了。

3 以静探测试为基础进行地层分层的新勘察理念

根据上海地区的土层特点及上海地区的实践经验，笔者认为应该转变旧的勘察理念、树立新的勘察理念。上海地区应以静探测试为基础，在每个孔位处均应进行静探测试，根据静探曲线进行地基土的“力学分层”和参数统计，然后有针对性地再布置少量钻孔、取样、室内试验和其他原位测试。因此形成的地基土的分层既有对土层精确的力学分层，又有对土类的地质分层；分层正确且易于检查。当前计算机技术的发展、普及，还可按力学分层用逐点积分法来计算承载力和沉降量，可信度高。新勘察理念继承了经典勘察中被实践证明有效的理论、概念、名词和定义等，并吸纳了现代土力学、室内试验及野外试验的各种新成果。

3.1 静力触探方法的优势

静力触探在上海地区的岩土工程勘察中已经有广泛的应用，适用于黏性土、粉土和砂土，并积累了丰富的经验。静力触探能为岩土工程的勘察、试验和设计提供丰富的信息，是一种迅速、简便而又经济的勘探和原位测试手段。它提供的高精度的计算，为以静探测试为基础的新勘察理念的形成和发展提供了条件。静力触探有如下几个明显的特点。

3.1.1 静探数据的连续性好

静探是在现场原位测试土对静探探头的阻力，随贯入深度的增加，连续记录阻力曲线(数据)。这曲线是由电子仪器实时记录的。静探常用的标准是随深度每增加 10 cm 记录一个数据，但目前完全可以做到随深度增加 1 cm～2 cm(甚至更小)就记录一个数据。贯入阻力随深度的变化曲线可视为连续的。静探指标是现场试验方法中信息量最大的，数据密度可以达厘米级甚至毫米级，为“力学分层”提供了可能，可克服钻探“土性分层”的粗略性。

3.1.2 静探指标与土的力学指标的相关性好

数十年的研究成果表明，在一定条件下测得的土的力学性质指标之间是相关的。如在上海有关勘察规范中，列出了一般黏性土及粉土的静探指标与地基承载力、压缩模量等多种室内试验指标的换算关系，说明各种力学指标之间可以互换。利用相关的经验公式，可以代替试验程序复杂的室内及现场试验；在实际勘察中可以简化勘探试验流程，使岩土工程的勘探与试验迅速而准确。

3.2 “力学分层”观念下的地层分层

按有关勘察规范规定的勘探点间距，在每个点位处均应进行静探测试，并根据贯入曲线探头阻力 Ps 值的大小和线形特征进行力学分层，将各孔间的同一层界面线连起来形成“力学分层”剖面。在此基础上选择有代表性的静探曲线孔位、静探曲线有异常的孔位以及对工程有重要意义的位置，在其近旁进行钻探。钻探时应根据静探曲线选定有代表性的层位深度进行取样、室内试验和其他原位试验，以查明每一力学层土的类型，取得有代表性的物理力学性质指标等资料，从而形成完整的工程地质剖面图。

3.2.1 “力学分层”易于检查，避免产生漏层

剖面图上每个孔位处均附有静探测试曲线。由于曲线是连续的，故分层是否正确易于进行检查。无论是勘察人员还是设计人员，对不同土层在空间的分布、软硬变化情况、均匀程度等均可一目了然。在每个孔位处，哪怕只有几厘米厚的软弱土层也不会遗漏掉。这对于象上海这样的软土地区显得更加重要。

3.2.2 “力学分层”剖面比较合理和完善

用“力学分层”建立的剖面，既有对每层土的定量测定，又有针对性的土质分类鉴别和试验，是比较合理和完善的。由于静力触探具有设备简单、操作方便、快速、经济等优点，可以使孔间距小一些，适当多布置一些静探孔。这样可以使工程地质剖面作得更精确，对场地的不均匀性查得更清楚。

3.3 “力学分层”观念下的地层参数

静力触探能获得整个孔深范围内的力学剖面，正好弥补了钻探取样和间断进行原位试验的不足。静探的贯入阻力数据是一个反映土内多种因素影响的综合性力学指标。由于这些因素也同时影响着地基土的强度和变形性质，因此从工程应用的观点来看，它比室内某些单一物性指标如液性指数、孔隙比、含水量等更能综合反映土的工程性质，特别是结构性的影响。因此，静力触探测试数据能够较好地反映土的工程性质。再加上新勘察理念是根据静探曲线选定有代表性的层位深度进行取样、室内试验和其他原位试验的，把它们作为静探测试的辅助措施，使“力学分层”所提供的土层参数更具代表性、更符合地层的实际情况。

4 以静探测试为基础的“力学分层”剖面的发展前景

以静探测试为基础进行“力学分层”这种新理念的勘察，为静探数据曲线提供了丰富的信息。除了能准确地划分地基土层外，在评价地基土性质、计算地基承载力参数、评价地基土的地震液化势、合理选择基础形式、计算桩基承载力和判断沉桩可能性等多方面得到应用。若设计者从应用原始静探数据出发，结合拟建建筑物的特点来设计，可能是最合理的。故以静探测试为基础的“力学分层”剖面，在岩土工程勘察和设计领域中具有广阔的发展前景。

4.1 “力学分层”剖面的静探指标可进行沉降计算

沉降计算的传统方法是依据地质钻探分层。一般几米或十几米一层，提供的代表性计算参数是粗略的；用分层总和法来计算地基的沉降量误差大。静力触探可提供连续变化的阻力曲线，用实测的静探曲线划分厘米或毫米级的薄层，可按力学分层或积分法来计算沉降，计算精度可有较大提高。当然，静探沉降计算公式需由地区建筑沉降观测数据的反分析得到。上海地区已积累了一定的经验和数据。

4.2 “力学分层”剖面的静探指标可确定地基承载力

一般来说，应由设计者考虑基础尺寸和埋深，利用基底以下的静力触探指标进行土的力学计算，确定地基承载力，使基础设计更加合理。上海地区已积累了丰富的经验和数据，并得到了广泛的应用。

4.3 “力学分层”剖面的静探曲线可确定桩基持力层和单桩承载力

静力触探能准确地划分地基土层。因此用静探曲线可以方便地确定桩基的持力层；根据静探力学剖面，选择合理的桩端的入土深度。

目前国内外有多种用静探确定单桩承载力的公式。但是，用静探指标估算单桩承载力仍受钻探分层的影响，特别是桩的摩阻力计算仍是分层总和；宜改用连续静探指标，逐点积分计算。

4.4 “力学分层”剖面在设计中可有效贯彻变形控制的原则

传统的设计多是按地基承载力来确定基础的大小，隐含了基础沉降对建筑物的影响。但是，随着超高层建筑、高速公路、轨道交通工程、地下工程的快速发展，许多工程不仅有承载力要求，而且对变形要求是厘米级甚至毫米级的精度要求，有必要采用按沉降来控制的原则。而静探却为此提供了条件。依据“力学分层”静探曲线可以计算出较准确的地基沉降量，在设计中可以根据沉降的大小来调整基础尺寸及埋深，由此引申出用静探曲线计算变形来确定基础设计的方法。

4.5 “力学分层”剖面用于软土地基稳定性验算

传统勘察是分层提供了土层的强度指标，而静探法则利用贯入阻力与十字板抗剪强度 Cu 的相关公式，可用静探曲线来导出 Cu 曲线。这样，用圆弧法验算时，就可按变化的深度选用不同的 Cu 值，而不用分层平均值。计算更加精确、方便。

当然，“力学分层”剖面的应用，还需勘察人员不断地积累经验和数据，开发出更多应用方法及应用软件，充分利用好“力学分层”剖面的丰富信息。

5 结 语

以静探测试为基础的“力学分层”与传统的以钻探为基础的“土性分层”相比，不仅仅是静探孔与钻探孔数量多少的差异，而是反映了两种不同的勘察理念。静探具有设备简单、快速、价廉等优点；“力学分层”不仅能克服“土性分层”的漏层、错层、分层粗略及取样易扰动、代表性差等缺点，而且能提供丰富的、连续的原位测试数据，得到的“力学分层”剖面在岩土工程勘察和设计领域中具有广泛的用途。

[1]DGJ 08—37—2002,岩土工程勘察规范[S]. [2]DGJ 08—11—1999,地基基础设计规范[S].

[3]GB 50021—2001,岩土工程勘察规范[S].

[4]GB 50007—2002,建筑地基基础设计规范[S]. [5]CECS 04:1988,静力触探技术标准[S].

通信地址：上海市中宁路99号 上海市水利工程设计研究院有限公司。

F407.9

B

1007-4104(2014)03-0055-03

2014-01-27

徐筠波(1968—)，女，本科学历，主任工程师，任职于上海市水利工程设计研究院有限公司。