岩土工程勘察 第七章 静力触探试验

岩 土 工 程 勘 察 7.2 静力触探试验 静力触探自1917年瑞典正式使用以来，迄今已有余年历史。目前，该项测试技术在很多国家都被列入国家技术规范中，并在世界范围内得到了广泛的应用。静力触探试验主要适合于黏性土、粉土和中等密实度以下的砂土等土质情况。由于目前尚无法提供足够大的稳固压入反力，对于含较多碎石、砾石的土和很密实的砂土一般不适合采用。此外总的测试深度不能超过80m。 优点： 连续、快速、准确，可以在现场直接得到各土层的贯入阻力指标，从而能够了解土层在原始状态下的有关物理力学参数。 （1）试验目的l 划分土层；l 评价地基土的承载力；l 估算地基土层的物理力学参数；l 选择桩基持力层、估算单桩承载力，判定沉桩的 可能性；l 判定场地土层的液化势。 （2）试验原理 通过一定的机械装置，用准静力将标准规格的金属探头垂直均匀地压入土层中，同时利用传感器或机械量测仪表测试土层对触探头的贯入阻力，并根据测得的阻力情况来分析判断土层的物理力学性质。 （3）试验设备静力触探试验系统组成：探头；贯入装置；量测系统。 静力触探探头规格岩土工程勘察规范探头 s Pp A定义：比贯入阻力Ps反映锥尖阻力和侧壁摩擦力的综合效应 cc Qq A定义：锥尖阻力fs Pf F定义：侧壁摩擦力 sf cfR q定义：摩阻比 孔压静力触探探头 贯入装置加压装置：液压传动式、手摇链条式及电动丝杆式；反力系统：地锚、重力堆载（物探车）。 量测装置土层阻力量测是通过量测变形柱的变形计算；变形柱的变形一般是通过应变片来测量。 （4）静力触探技术要求l 触探头应匀速垂直压入土中，贯入速率为1.2m/min；l 触探头的测力传感器连同仪器、电缆应进行定期标定，室内探头标定测力传感器的非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度零漂、归零误差均应小于1%FS （full scale），现场试验归零误差应小于3% ，绝缘电阻不小于500M l 深度记录误差不应大于触探深度的1% ; l 当贯入深度大于30m，或穿过厚层软土层再贯入硬土层时，应防止孔斜或触探杆断裂，也可配置测斜探头量测触探孔偏斜角，以修正土层界线深度。l 孔压探头在贯入前，应在室内保证探头应变腔为已排除气泡的液体所充满，并在现场保持探头应变腔的饱和状态，直至探头进入地下水位以下土层。在孔压静探试验中不得上提探头，以免出现真空负压，破坏应变腔的饱和状态。l 当进行孔压消散试验时，应量测停止贯入后不同时间的孔压值，其计时间隔应由密而疏。试验过程中不得松动探杆。 （5）试验成果及应用 sp h单桥探头试验曲线 cq h双桥探头试验曲线sf h曲线fR h曲线 另外对于孔压静力触探试验还可以得到：初始孔压-深度曲线和孔压-时间对数曲线。 l 划分土层界限 土层分界线的确定必须考虑到试验时超前和滞后的影响，其具体确定方法如下：（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心位置，或中心偏向小阻力土层5-10cm处作为分层界线； （2）上、下层贯入阻力相差一倍以上时，当由软土层进入硬土层（或由硬土层进入软土层）时，取软土层最后一个（或第一个）贯入阻力小值偏向硬土层10cm处作为分层界线；（3）上、下层贯入阻力变化不明显时，可结合 fs 和 Rf 的变化情况确定分层界线。 l 划分场地土的类别 以 Rf 和 ps（ 或 qc ）的值共同判别土的类别； 以 ps -h 曲线和曲线 qc-h 形态判别土的类别； 以 Rf 和 qc-h 曲线形态综合判别土的类型。 双桥探头测试结果划分土层类别 l 评价地基土的强度参数A 估算饱和黏性土的不排水抗剪强度0cu KqC N 原位总得上覆压力0 h0 08v 、或 0 008 23v h 锥头系数KN对于灵敏性粘性土，Ladanyi 建议取5.58；对于中软粘性土，Bagligh 建议取521；对于超固结粘性土，Kjeskstad 建议取175。 根据静力触探结果估算饱和黏性土不排水抗剪强度的经验公式表 l 评价地基土的强度参数B 评价砂土的内摩擦角 我国铁道部静力触探技术规则提出用 ps估算砂土的内摩擦角。根据静力触探的比贯入阻力估算砂土的内摩擦角 l 评价地基土的变形参数A 估算粘性土的压缩模量s cE q 经验系数 计算黏性土压缩模量时不同土的经验系数取值 国内有关单位估算黏性土压缩模量的经验公式 B 估算粘性土的变形模量国内有关单位估算黏性土变形模量的经验公式表 C 估算砂土的压缩模量我国铁道部静力触探技术规则根据比贯入阻力估算砂土压缩模量对照表 D 估算砂土的变形模量工程中常用的计算砂土变形模量的经验公式 l 评定地基土的承载力 l 预估单桩承载力建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）高层建筑岩土工程勘察规范 铁道部标准静力触探技术规则铁路桥涵设计规范上海市地基基础设计规范 pskisikpkskuk AplquQQQ 21 sksk pp )(21 21 sksksk ppp 21 sksk pp 2sksk pp 根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验，可按下式计算：当时当时 单桥探头的圆锥底面积 15cm2，底部带7cm高的滑套，锥角60。 式中 skQ、pkQ分别为总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值； u 桩身周长； sikq 用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第i层土的极限侧阻力； il桩周第i层土的厚度； 桩端阻力修正系数，可按表5.3.3-1取值； skp桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值（平均值）； pA 桩端面积； 1skp桩端全截面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值； 2skp桩端全截面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值， 如桩端持力层为密实的砂土层，其比贯入阻力平均值sp 超过20MP a时，则需乘以表5.3.3-2中系数C予以折减后， 再计算2skp及1skp值； 折减系数，按表5.3.3-3选用。 适用于地表下6m范围内的土层 适用于地表下范围内的土层适用于地表下6m范围内的土层 适用于粉土及砂土土层以上（或无粉土及砂土土层地区）的黏性土 适用于粉土及砂土土层以下的黏性土 适用于粉土、粉砂、细砂及中砂 l 评价饱和砂土、粉土的液化势 7.3 圆锥动力触探试验 利用一定的落锤能量，将一定尺寸、一定形状的圆锥探头打入土中，根据打入的难易程度来评价土的物理力学性质的一种原位测试方法。设备比较简单，操作也很方便。此外由于冲击力比较大，所以它的适用范围更加广泛，对于静力触探难以贯入的碎石土层及密实砂层甚至较软的岩石也可应用。 （1）试验目的l 定性划分不同性质的土层；查明土洞、滑动面和软硬土层分界面；检验评估地基土加固改良效果。l 定量估算地基土层的物理力学参数，如确定砂土孔隙比、相对密度等以及土的变形和强度的有关参数，评定天然地基土的承载力和单桩承载力。 （2）试验原理 圆锥动力触探试验中，一般以打入土中一定距离（贯入度）所需落锤次数（锤击数）来表示探头在土层中贯入的难易程度。 （3）试验设备圆锥动力触探试验系统组成：探头；穿心落锤；导向触探杆。 圆锥动力触探类型及设备规格 （4）圆锥动力触探技术要求1. 应采用自动落锤装置以保持平稳下落。2. 触探杆最大偏斜度不应超过2%，锤击贯入应保持连续进行；同时应防止锤击偏心、探杆倾斜和侧向晃动，保持探杆垂直度；锤击速率宜为每分钟1530击；在砂土或碎石土中锤击速率可采用每分钟60击。锤击贯入应连续进行，不能间断，因为间隙时间过长，可能会使土（特别是黏性土）的摩阻力增大，影响测试结果的准确性。3. 每贯入1m，宜将探杆转动一圈半；当贯入深度超过10m时，每贯入20cm宜转动探杆一次。 4. 对轻型动力触探，当N10100或贯入15cm锤击数超过50时，可停止试验；对重型动力触探，当连续三次时， N63.5100可停止试验或改用超重型动力触探。5. 为了减少探杆与孔壁的接触，探杆直径应小于探头直径。在砂土中探头直径与探杆直径之比应大于1.3，在黏性土中这一比例可适当小些。6. 由于地下水位对锤击数与土的物理性质（砂土孔隙比等）有影响，因此应当记录地下水位埋深。 （5）试验成果及应用 N H动力触探曲线 l 按力学性质划分土层 绘制单孔触探锤击数N与H深度的关系曲线，再结合地质资料对土层进行分层。注意：采用多孔资料或与钻探及其他原位测试资料进行综合分析。分析触探曲线时，同样应考虑到曲线上的超前或滞后现象。 l 确定砂土、圆砾卵石孔隙比 根据重型动力触探的试验结果可确定砂土、圆砾、卵石的孔隙比。 注：如在地下水位以下，则应采用经过地下水位校正后的锤击数63,5 63,5N N 63,5 63,51.1 1.0N N 对地下水位以下的中、粗、砾砂、圆砾、卵石，上述锤击数还要经过进一步校正，其计算公式如下： 重型动力触探试验触探杆长度校正系数 l 评价地基土的承载力 中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范规定，可用轻型圆锥动力触探（轻便触探）的结果来确定黏性土地基及由黏性土和粉土组成的素填土地基的承载力标准值。轻型动力触探试验击数与地基承载力标准值对照表表 10 10 1.645N N l 评价地基土的承载力重型动力触探试验击数与地基承载力基本值 对照表 铁道部动力触探技术规定提出，可用重型动力触探的锤击数评定各类地基土的承载力基本值。 注： 1、该表适合于冲积、洪积土层；2、动力触探深度为120m；3、锤击数需经过前述探杆长度及地下水位校正。 l 估算单桩承载力标准值 广东省建筑科学研究院通过对广州地区的重型动力触探试验的锤击数N63.5与现场打桩资料的分析研究，认为打桩机最后30锤平均每锤的贯入度Sp与持力层的N63.5有如下经验关系： 63.52.86 /pS N 再利用打桩公式，即可估算单桩承载力标准值Rk对大型打桩机：对中型打桩机：63.5p +9(0.15 S ) 6000k WH NWHR 63.5p +8(0.15 S ) 2250k WH NWHR