静力触探试验在加固软弱土地基质量检验中的应用

摘要 文章阐述了静力触探试验的原理和方法，结合南充市嘉陵区公路项目实践，分析了静力触探试验在加固软弱土地基质量检验中的应用，介绍了静力触探试验试验过程、数据处理及分析内容，得到了较好的检测结论，并提出了静力触探试验应用中需要注意的问题。通过对静力触探试验的实际应用，可有效对软弱土地基的加固效果进行评价，也可为类似项目提供参考。

关键词 静力触探试验；软弱地基；质量检验；应用原理

中图分类号 U412.22 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）04-0156-03

0 引言

软弱土地基是工程建设中常见的一种地基类型，其承载力低、压缩性高、稳定性差，给工程建设带来了很大的困难。为了提高软弱土地基的承载力和稳定性，需要进行加固处理。静力触探试验是一种常用的地基土质检测方法，可以对软弱土地基的加固效果进行评价。该文主要探讨了静力触探试验在加固软弱土地基質量检验中的应用。

1 静力触探试验原理及方法

静力触探试验是利用一种专用的静力触探装置（简称触探仪），通过测量土体在高压静载荷作用下的变形模量E及应力的变化情况，确定土的强度指标，判定其物理力学性质指标。它是由探杆、探具和探头组成的，当压力一定时，在规定时间内所施加的荷载称为探杆所产生的有效应力，在触探端所产生的荷载称为有效贯入度。通过触探仪可以得到土体的物理力学指标，以此来判定地基土是否满足设计要求_[1]。

以静压力（相对动力触探而言，无动力或少动力冲击荷载）将一个内部装有传感器的圆锥形探头以均速压入土中，量测其贯入阻力。由于地层中各类土的软硬程度不同。探头所受的阻力不一样，经传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号传入到记录仪中，再通过贯入阻力与土的工程地质特征定性及统计相关关系。实现按其所受阻力的大小划分土层，确定土的工程性质，获取土层剖面，用以推定原状土与处理土的地基承载力。

静力触探试验可以分为静力触探和动力触探两类，前者主要包括标准贯入仪（简称标贯）、圆锥动力触探仪（简称圆锥）、单锤式动力触探仪（简称单锤）等，后者主要包括重型圆锥动力触探仪（简称重型圆锥）、重型圆锥动力触探仪（简称重型圆锥）、轻型圆锥动力触探仪（简称轻型圆锥）等。

2 静力触探试验在软弱土地基中的应用分析

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）规定，当天然地基承载力不能满足设计要求时，可采用换填垫层法、振冲置换法、振冲桩、换填垫层与褥垫层联合法，或采用桩基础、复合地基等其他有效方法进行处理。对于软弱土地基，静力触探试验一般可用于判定桩基础或复合地基的承载力特征值是否满足设计要求。该方法具有操作简便、直观可靠、测试精度高等优点，因此得到广泛应用。具体应用有以下几个方面^[2-3]：

2.1 确定加固前软弱土地基的物理力学性质

在进行软弱土地基加固前，需要对土层进行详细的调查，了解土层的物理力学性质。静力触探试验可以提供土层的锥尖阻力、侧壁摩阻力和贯入阻力等参数，为加固设计提供依据。

2.1.1 确定地基承载力

通过静力触探试验可以测量土壤的重力响应曲线，从而计算出地基的承载力和极限压力。根据响应曲线的形状和特征，可以判断土壤的性质、结构以及可能的缺陷，为设计合适的桩基础提供依据。

2.1.2 地基稳定性分析

通过对静力触探试验结果的分析，可以评估地基是否稳定可靠。如果响应图形的峰值较高且分布均匀，说明地基具有较好的承载能力和稳定性；反之，则可能存在潜在的地质问题或施工质量问题导致的不良反应。

2.1.3 土体分类与评价

通过对比不同土体的响应曲线差异，可以将土体分为不同的类型，如砂土、粉土等。这有助于对不同类型的土体进行评估和选择，以适应特定的工程需求。

2.2 评价加固后软弱土地基的质量

在软弱土地基加固过程中，需要对加固后的土层进行质量检验，以确保加固效果达到预期。静力触探试验可以对加固后的土层进行检测，评价其密实度、强度和压缩性等指标，从而判断加固效果是否满足要求。例如桩身质量检测：在钻孔灌注桩施工过程中，可以通过静力触探试验来检测桩身的力学性能。通过比较桩身在不同位置的响应曲线变化，可以判断桩身是否存在裂缝、变形等问题，及时采取措施修复或更换。沉降预测：通过分析静力触探试验的结果，可以预测地面的沉降情况。沉降量的大小取决于地基承载力的强度和土层的厚度等因素的影响。因此，静力触探试验可以帮助工程人员制定合理的沉降控制措施并避免不必要的损失。

2.3 指导软弱土地基加固设计

根据静力触探试验结果，可以对软弱土地基的加固设计进行调整。例如，对于密实度较低的土层，可以采用加密法进行加固；对于强度较低的土层，可以采用加筋法进行加固。同时，静力触探试验还可以为加固设计提供土层参数，如土层的锥尖阻力、侧壁摩阻力和贯入阻力等。

总之，静力触探试验在土地基中具有重要的实际意义，能够帮助工程师们更好地了解土体特性、评估地基承载能力、预测沉降情况，并为桩基础的设计和施工提供科学依据。

3 实例分析

3.1 项目概况

该项目位于南充市嘉陵区，技术标准按二级公路建设，设计速度采用40 km/h，路基宽度8.5 m。项目主要分布在地形宽缓区的山（丘）间宽谷或坳沟处，属第四系全新统坡洪积层，其中K1+300～K1+420软基厚度约10 m，K0+580～K0+960软基厚度约2 m，下部基岩大多属强风化泥岩。软弱土主要以低液限黏土为主，含水量w=20%～42%，Ps=0.3～1.5 MP之间。

3.2 试验过程

（1）贯入前，应先将触探头贯入土中0.5～1 m，然后提升5～10 cm，待记录无明显零漂移位时开始贯入。触探的贯入速率应控制在（1.2±0.3）m/min范围内，在同一检测孔的实验过程中宜保持匀速贯入。

（2）在贯入过程中，每隔2～3 m提升探头一次，测读零漂值，调整零位；反复直到终位，一般实验深度为15 m左右。终止试验时，必须测读和记录零漂值。测读和记录贯入阻力的测点间距宜为0.1～0.2 m，同一检测孔的测点间距应保持不变。

（3）探杆全部拔离土体后及时清洗，拔出地锚，探头须上润滑保护，此时，试验孔触探结束。

3.3 试验终止条件

（1）达到试验要求的贯入深度。

（2）试验记录显示异常。

（3）反力装置失效。

（4）触探杆的倾斜度已经超过了10 °。

3.4 数据处理与分析

（1）在场地的静探试验完成后，静探微机连接台式计算机，进行分层统计计算，根据各标准层地基土的力学指标确定同一土层，提供地基土变形模量参考值和承载力特征值^[4]。

p_s=K_p（ε_p?ε₀） （1）

q_c=K_q（ε_q?ε₀） （2）

f_s=K_f（ε_f?ε₀） （3）

α=f_f/q_c×100% （4）

式中，p_s——单桥探头的比贯入阻力（kPa）；q_c——双桥探头的锥尖阻力（kPa）；f_s——双桥探头的侧壁摩阻力（kPa）；α——摩阻比（%）；K_p——单桥探头率定系数（kPa/με）；K_q——双桥探头的锥尖阻力率定系数（kPa/με）；K_f——双桥探头的侧壁摩阻力率定系数（kPa/με）；ε_p——单桥探头的比贯入阻力应变量（με）；ε_q——双桥探头的锥尖阻力应变量（με）；ε_f——双桥探头的侧壁摩阻力应变量（με）；ε₀——触探头的初始读数或零读数应变量（με）。

（2）对于每个检测孔，双桥探头应整理并绘制锥尖阻力、侧壁摩阻力、摩阻比与深度的关系曲线，并以此曲线为主进行土层力学分层。

（3）检测记录及分析图。根据对检测桩号K1+410（左10 m）检测数据，整理形成静力触探检测记录表，如表1所示。

根据静力触探检测记录表，形成比贯入阻力曲线图，如图1所示。

3.5 检测结论

将原始数据经过相关验算后，K1+410左10 m，孔觸探深度为0～3.6 m，结合比贯入阻力曲线图，场地自上而下承载力符合设计要求。

4 静力触探试验应用需注意的问题

当土层为饱和软黏土，因土中含砂量较多，触探时有一定的困难，可采用干取样法；当土层为饱和软土或地下水位较高时，应尽量采用静力触探试验确定土的地基承载力特征值；在进行静力触探试验时，应保证钻头与地面垂直，避免钻穿软土层而引起事故；为了减少贯入阻力的损失，可在锥尖上装一个或两个小铅锤，通过调整铅锤的重量来控制其贯入深度；为使土样在贯入过程中能保持较高的密实度，应注意^[5]：

（1）取样时应注意避免损伤土样。

（2）由于土的密实度随深度增加而降低，为使土的密实度保持稳定，应在试验后及时测定土样的密度，并尽快测定土样的密实度。

（3）采用圆锥动力触探时，其贯入速度控制在2～3 m/min为宜。

（4）试验结束后应立即进行土样的密度和土的承载力等指标测定。

（5）当采用静力触探试验确定地基承载力时，为减少对建筑结构的影响，可在建筑物结构底部铺设一层50～60 mm厚的砂层作为垫层。

（6）对于液化土层，应将该土层视为正常土处理。

（7）当采用静力触探击数确定地基承载力时，宜每贯入一次记一次击数，当用其他方法确定地基承载力时，可每贯入一次记一次击数。

5 结语

静力触探试验是一种有效的地基土质检测方法，可以对软弱土地基的加固效果进行评价。通过对软弱土地基进行静力触探试验，可以为地基加固设计提供依据，确保加固效果达到预期。在实际工程中，应充分利用静力触探试验这一方法，对软弱土地基进行质量检验和加固设计。

参考文献

[1]刘海潮. 静力触探试验在注浆加固软弱土地基质量检验中的应用[J]. 交通世界， 2011（3）： 165-166.

[2]蒋改山， 王发荣， 陈强. 用静力触探测定渭河土堤干密度[J].  勘察科学技术， 2010（1）： 30-32.

[3]余晶. 静力触探与公路地基承载力及参数相关性分析[J].  西部探矿工程， 2011（8）： 202-206.

[4]郭菊彬， 张昆. 兰渝铁路南充段嘉陵江两岸路基静力触探分析[J]. 路基工程， 2009（146）： 137-138.

[5]李静. 静力触探在高速公路软土路基勘察中的应用[J]. 建筑工程技术与设计， 2018（12）： 253.

收稿日期：2023-12-08

作者简介：青明军（1973—），男，本科，工程师，从事道路桥梁工程试验检测工作。