岩土工程勘察动力触探中数据处理和地层界面深度的判定

张子祥

（甘肃煤炭地质勘察院，甘肃 兰州 730000）

动力触探是工程勘察中常规的原位测试方法，它具有判定地层界限深度和测试地层强度的双重效能[1-2]，由于方法简单、效率高、速度快、适用范围广，尤其对于碎石土或无法取样的地层，动力触探则更加显示了优越性，目前几乎所有的工程项目都采用动力触探方法，因此动力触探数据的合理处理对于提交可靠的岩土工程勘察报告具有十分重要的意义，但由于地层强度和地层结构的不同，动力动探击数的突变点深度并不是地层变化的深度点，存在“超前”和“滞后”现象[3-4]，其在软弱夹层动探击数的统计中必须剔除“超前”和“滞后”区间的异常值，本研究就动力触探中数据处理和地层界面深度的判定提出处理方法。

1 动探击数曲线地层界限处存在明显的“超前”和“滞后”现象

笔者在甘肃某大型建筑场地的地基勘察中[5]，对60 个勘探点首先做了动力触探试验，然后再做取芯钻探，在报告整理时，对动力触探深度～击数[N63.5—h]曲线和钻孔实际地层柱状图作对照分析，发现如下现象：

（1）在勘察施工中的K22 孔地表下8.80～9.8 m处，为一层厚约1.0 m 粉土，其上覆为砾质土，下卧层为中密卵石层，在该层厚度范围内，从图1 可看出，动力触探的击数为N63.5=1～9 击/10 cm，变化很大，而中部约0.6 m 厚度范围内的击数（N63.5=1 击/10 cm）小，击数值稳定，其次击数的突变点深度和地层界面深度不一致，中部约0.6 m 厚度范围内的击数反映了松散状态粉土的力学性质，击数突变点之间的厚度也不是实际地层的厚度，地层在上下界面附近的高击数及渐变关系是由于上覆和下卧土层性质的影响所致，动探击数曲线存在明显的“超前”和“滞后”现象。

图1 K22 钻孔动探［N-h］曲线图

（2）图2 是依据K1、K2 两个动探钻孔绘制的埋深8.0 m 以下的工程地质剖面图，图中地层柱状是依据实际开挖后的资料绘制，动探曲线利用的是开挖前的动探试验数据。在K1 孔深14.8～17.8 m 处的粉砂动探测试结果为N63.5=3～5 击/10 cm；在K2 孔深16.3～17.1 m 处同一层粉砂的动探测试结果为N63.5=6～10 击/10 cm，上述两孔相距不足20 m，属于同一地层，埋藏深度接近，但两孔的粉砂动探击数却相差近2 倍。为分析原因，基础开挖过程中，对K1、K2动探孔位置处的粉砂层取样进行土工试验，其结果证明各项物理指标基本相同，分析认为击数相差悬殊原因是K2 孔粉砂层处于透镜体的边缘，厚度薄，由于上、下卵石层的影响使粉砂层击数明显增大，同时也看出，在地层密实度相差较大的地层界面处，动探曲线的突变点深度和实际地层界限点深度相差0.2～0.4 m，动探曲线的“超前”和“滞后”现象非常明显。

图2 K1-K2 线工程地质剖面图

2 地层界面对动探击数（N63.5）的影响探讨

（1）在不同地层界面上下，地层的动探击数有明显变化，动探击数曲线存在提前反映段和滞后反映段，图3 中T1、T2、T3、T4 是击数突变点，在界面附近处击数值呈渐变过渡，而不是突变；击数值的突变点，出现在距界面上、下一定距离处，击数突变点深度不代表地层界面深度，击数突变点深度和实际地层界面深度相差0.1～0.4 m；T1 到T2 出现 “超前” 反映是因为下部T2 所代表的粗砂层密实度小于上部T1 所代表的卵石层密实度，正常情况下地层密度小则击数值低，反之地层密度大则击数值高，图3 中T1 反映的是高密度卵石层地层击数，T3 反映的是低密度粗砂层地层击数，而两个地层接触面附近，动探击数值是上、下两个地层击数的综合反映，该击数值小于上部卵石的击数T1，高于下部的粗砂层的击数T3。所以勘察中不能完全依据突变点深度来确定地层埋深，应参照实际曲线及地层上、下的软硬差异度做适当调整。

图3 触探曲线在不同地层界面处的反映

（2）依据60 个勘探点中多个土层界面处动探击数的分析表明：土层界面上、下一定范围内的土体性质都将对击数产生影响，界面处动探击数是界面上、下层地层密实度的综合反映，不代表所在深度处实际地层固有的击数。下土层对上覆土层的击数将产生影响，同样上覆土层对下卧层的击数也将产生影响[6]，从图4 可看出，上、下土层的密实度相差越大，“影响”就越大。地层动探击数统计时，应剔除“超前”和“滞后”影响带内的动探击数[7-8]，这样得出的击数才真实反映该段地层的实际密实度。“超前”和“滞后”的规律为：当上覆为硬层、下卧为软层时，其界面影响范围大，而且超前反映段大于滞后反映段，影响范围大小和上下地层强度的差值呈现正相关；当上覆为软层、下卧为硬层时，其影响范围较上述组合状态小，且超前反映段小于滞后反映段[9]；当上下土层强度相近，虽有明显土层界面存在，由于界面上、下土层的击数差别不大，此时界面影响也就不明显。

图4 夹有薄层的动探［N-h］曲线图

3 动探数据的处理

（1）卵石层中的软弱透镜体或者软弱夹层，由于上、下层的影响，软弱透镜体或者软弱夹层的击数高于实际地层所反映的击数，统计击数时应剔除界面处“超前”和“滞后”的那部分动探击数大值，取该层中间部分击数小值的平均值代表软弱透镜体或者软弱夹层的击数值。

（2）当上、下层均为较松软的土层时，中间的密实层的动探击数平均值应剔除“超前”和“滞后”的那部分小的动探击数值，取该层中间部分击数大值的平均值[10-11]。

（3）动力触探根据动探击数、曲线形态、结合钻探揭露的地层资料可进行力学分层，分层时应注意“超前”“滞后”现象，不同土层的超前滞后量是不同的。经对60 个钻孔资料的统计分析，上为硬土层下为软土层时，超前0.2～0.8 m，滞后0.2～0.3 m；上为软土层下为硬土层时，超前0.1～0.3 m，滞后0.2～0.5 m。

（4）当界面上、下地层厚度都大于3 m 时，由硬土层进入软土层分层界面的“超前”取值可按以下公式确定：

（5）当界面上、下地层厚度都大于3 m 时，由软土层进入硬土层分层界面的“滞后”取值可按以下公式确定：

（1）、（2）式中：

N2 为杆长校正后的硬层平均击数（N63.5），大于40 击时按40 击取值；

N1 为杆长校正后的软层平均击数（N63.5），小于4 击时按4 击取值；

Sc为由硬土层进入软土层分层界面的“超前”取值(m)；

Sz为由软土层进入硬土层分层界面的“滞后”取值(m)。

4 结论

（1）在上、下地层界面附近处，由于上覆和下卧土层性质、密度不同，动探击数存在明显的“超前”和“滞后”现象。

（2）计算单孔分层动探击数平均值时，应剔除超前和滞后影响范围内的异常值。

（3）当界面上、下地层厚度都大于3 m 时，由硬层进入软层时分层界面“超前”值可按硬层击数和软层击数比值的0.08 倍取值。由软层进入硬层时分层界面“滞后”值可按硬层击数和软层击数比值的0.05 倍取值。