第四節(jié)動力觸探試驗

1、巖土工程原位測試技術(shù)巖土工程原位測試技術(shù)第四節(jié) 圓錐動力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗內(nèi) 容 試驗設(shè)備和方法 基本測試原理 試驗成果的整理分析 試驗成果的應(yīng)用 小 結(jié) 試驗設(shè)備和方法 一、試驗設(shè)備一、試驗設(shè)備動力觸探使用的設(shè)備，包括動力設(shè)備和貫入系統(tǒng)兩大部分。動力觸探使用的設(shè)備，包括動力設(shè)備和貫入系統(tǒng)兩大部分。動力設(shè)備的作用是提供動力源，為便于野外施工，多采用柴油發(fā)動力設(shè)備的作用是提供動力源，為便于野外施工，多采用柴油發(fā)動機；對于輕型動力觸探也有采用人力提升方式的。貫入部分是動機；對于輕型動力觸探也有采用人力提升方式的。貫入部分是動力觸探的核心，由穿心錘、探桿和探頭組成。動力觸探的核心，由穿心錘、探桿和探

2、頭組成。測試設(shè)備與測試原理（一）測試設(shè)備 a. 探桿（包括導(dǎo)向桿） b.提引器（分內(nèi)掛式和外掛式兩種）c.穿心錘d. 錘座（包括鋼砧與錘墊）e. 探頭分類：依據(jù)為穿心錘的重量和探頭類型，可取樣），貫入，落距標(biāo)準(zhǔn)貫入測試（）超重型（）重型（）輕型（穿心錘重圓錐動力觸探cmcmkgkgkgkg30765 .631205 .6310中國動力觸探的分類及設(shè)備（DPT ） 利用一定的錘擊能量，將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土中，根據(jù)打入土中的難易程度來判別土層工程性質(zhì)的一種現(xiàn)場測試方法。 判別指標(biāo)采用的是貫入一定深度的錘擊數(shù)。二、動力觸探試驗的優(yōu)點及適用性 優(yōu)點：試驗設(shè)備相對簡單，操作方便，適應(yīng)土類較廣， 并

3、且可以連續(xù)貫入。缺點：試驗誤差較大，再現(xiàn)性較差。適用土類：對難以取樣的各種填土、砂土、粉土、碎石 土、砂礫土、卵石、礫石等含粗顆粒的土類。 1. 國際上 動力觸探的發(fā)展歷史較長。最先在歐洲各國得到廣泛應(yīng)用，就是因為這些國家廣泛分布著粗顆粒土層及冰積層，取土樣比較困難，適合采用動力觸探方法。2. 在國內(nèi)（1）50年代初由南京水利實驗處引進推廣。（2）至50年代后期得到普及，很多單位做了很有價值的試驗研究，積累了大量的使用經(jīng)驗。 （3 3）7070年代制定了相應(yīng)的規(guī)范，在試驗設(shè)備類型上趨于統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化，加快了發(fā)展進程。 （4 4）目前，已成為我國粗顆粒土的地基勘察測試的主要手段。 1國際分類 19

4、74年和1982年在歐洲召開的二次國際觸探學(xué)術(shù)會議，對動力觸探測試方法的統(tǒng)一起了推動作用。會議建議按使用穿心錘的重量（或錘擊能量）的不同，將動力觸探分為：輕型（10kg）、中型（1040kg）、重型（4060kg）及超重型（60kg）。2我國分類 我國土工試驗規(guī)程（SD12886）將動力觸探分為輕型、重型、超重型三種。其規(guī)格見下表。 根據(jù)所用穿心錘的質(zhì)量將動力觸探試驗分為輕型、中型、重根據(jù)所用穿心錘的質(zhì)量將動力觸探試驗分為輕型、中型、重型和超重型等種類。動力觸探類型及相應(yīng)的探頭和探桿規(guī)格見表型和超重型等種類。動力觸探類型及相應(yīng)的探頭和探桿規(guī)格見表3-1。1試驗成果（1）進行地基土的力學(xué)分層；（

5、2）定性評價地基土的均勻性和物理性質(zhì)（狀態(tài)、密實度等）；（3）查明土洞、滑動面、軟硬土層界面的位置。2成果應(yīng)用（1）評定地基土的強度和變形參數(shù)；（2）評定天然地基的承載力；（3）估算單樁承載力。 1輕型動力觸探 包括導(dǎo)向桿、穿心錘、錘墊、探桿和圓錐探頭五部分，見圖4-2。重錘的提升有人力和機械兩種。 2重型動力觸探 重型、超重型設(shè)備與輕型設(shè)備相似，只是在尺寸和重量上有差別。另外，重型動探試驗一般都采用自動落錘方式，在錘上增加了提引器。重型動力觸探（N63.5）二、試驗方法二、試驗方法（一）輕型、重型、超重型動力觸探的測試程序和要求（一）輕型、重型、超重型動力觸探的測試程序和要求1輕型動力觸探輕

6、型動力觸探 （1）先用輕便鉆具鉆至試驗土層標(biāo)高以上）先用輕便鉆具鉆至試驗土層標(biāo)高以上0.3m處，然后對所處，然后對所需試驗土層連續(xù)進行觸探。需試驗土層連續(xù)進行觸探。（2）試驗時，穿心錘落距為（）試驗時，穿心錘落距為（0.50 0.02）m，使其自由下落。，使其自由下落。記錄每打入土層中記錄每打入土層中0.30m時所需的錘擊數(shù)。時所需的錘擊數(shù)。（3）若需描述土層情況時，可將觸探桿撥出，取下探頭，換）若需描述土層情況時，可將觸探桿撥出，取下探頭，換鉆頭進行取樣。鉆頭進行取樣。（4）如遇密實堅硬土層，當(dāng)貫入）如遇密實堅硬土層，當(dāng)貫入0.30m所需錘擊數(shù)超過所需錘擊數(shù)超過100擊擊或貫入或貫入0.15

7、m超過超過50擊時，即可停止試驗。如需對下臥土層進行試擊時，即可停止試驗。如需對下臥土層進行試驗時，可用鉆具穿透堅實土層后再貫入。驗時，可用鉆具穿透堅實土層后再貫入。（5）本試驗一般用于貫入深度小于）本試驗一般用于貫入深度小于4m的土層。必要時，也可的土層。必要時，也可在貫入在貫入4m后，用鉆具將孔掏清，再繼續(xù)貫入后，用鉆具將孔掏清，再繼續(xù)貫入2m。 2重型動力觸探重型動力觸探（1）試驗前將觸探架安裝平穩(wěn)，使觸探保持垂直地進行。垂）試驗前將觸探架安裝平穩(wěn)，使觸探保持垂直地進行。垂直度的最大偏差不得超過直度的最大偏差不得超過2%。觸探桿應(yīng)保持平直，連結(jié)牢固。觸探桿應(yīng)保持平直，連結(jié)牢固。（2）貫入

8、時，應(yīng)使穿心錘自由落下，落錘高度為（）貫入時，應(yīng)使穿心錘自由落下，落錘高度為（0.76 0.02）m。地面上的觸探桿的高度不宜過高，以免傾斜與擺動太大。地面上的觸探桿的高度不宜過高，以免傾斜與擺動太大。（3）錘擊速率宜為每分鐘）錘擊速率宜為每分鐘15-30擊。打入過程應(yīng)盡可能連續(xù)，擊。打入過程應(yīng)盡可能連續(xù)，所有超過所有超過5min的間斷都應(yīng)在記錄中予以注明。的間斷都應(yīng)在記錄中予以注明。（4）及時記錄每貫入）及時記錄每貫入0.10m所需的錘擊數(shù)。其方法可在觸探桿所需的錘擊數(shù)。其方法可在觸探桿上每上每0.1m劃出標(biāo)記，然后直接（或用儀器）記錄錘擊數(shù)；也可以記劃出標(biāo)記，然后直接（或用儀器）記錄錘擊數(shù)

9、；也可以記錄每一陣擊的貫入度，然后再換算為每貫入錄每一陣擊的貫入度，然后再換算為每貫入0.1m所需的錘擊數(shù)。最所需的錘擊數(shù)。最初貫入的初貫入的lm內(nèi)可不記讀數(shù)。內(nèi)可不記讀數(shù)。（5）對于一般砂、圓礫和卵石，觸探深度不宜超過）對于一般砂、圓礫和卵石，觸探深度不宜超過1215m；超過該深度時，需考慮觸探桿的側(cè)壁摩阻影響。超過該深度時，需考慮觸探桿的側(cè)壁摩阻影響。（6）每貫入）每貫入0.1m所需錘擊數(shù)連續(xù)三次超過所需錘擊數(shù)連續(xù)三次超過50擊時，即停止試擊時，即停止試驗。如需對下部土層繼續(xù)進行試驗時，可改用超重型動力觸探。驗。如需對下部土層繼續(xù)進行試驗時，可改用超重型動力觸探。（7）本試驗也可在鉆孔中分

10、段進行，一般可先進行貫入，然）本試驗也可在鉆孔中分段進行，一般可先進行貫入，然后進行鉆探，直至動力觸探所測深度以上后進行鉆探，直至動力觸探所測深度以上1m處，取出鉆具將觸探器處，取出鉆具將觸探器放入孔內(nèi)再進行貫入。放入孔內(nèi)再進行貫入。3超重型動力觸探超重型動力觸探（1）貫入時穿心錘自由下落，落距為（）貫入時穿心錘自由下落，落距為（1.00 0.02）m。貫入深。貫入深度一般不宜超過度一般不宜超過20m，超過此深度限值時，需考慮觸探桿側(cè)壁摩阻，超過此深度限值時，需考慮觸探桿側(cè)壁摩阻的影響。的影響。（2）其他步驟可參照重型動力觸探進行。）其他步驟可參照重型動力觸探進行。貫入深度的一般限制：貫入深度

11、的一般限制： 對輕型，一般應(yīng)對輕型，一般應(yīng)4m，主要用于測試并提供淺基礎(chǔ)，主要用于測試并提供淺基礎(chǔ)的地基承載力參數(shù)；檢驗建筑物地基的夯實程度；檢驗的地基承載力參數(shù)；檢驗建筑物地基的夯實程度；檢驗建筑物機槽開挖后，基底以下是否存在軟弱下臥層等。建筑物機槽開挖后，基底以下是否存在軟弱下臥層等。 重型重型1215m，超重型，超重型20m，超過此深度應(yīng)考慮，超過此深度應(yīng)考慮側(cè)壁摩阻力的影響。主要用于查明地層在垂直方向和水側(cè)壁摩阻力的影響。主要用于查明地層在垂直方向和水平方向上的均勻程度。平方向上的均勻程度。試驗成果的整理分析1檢查核對現(xiàn)場記錄在每個動探孔完成后，應(yīng)在現(xiàn)場及時核對所記錄的擊數(shù)、尺寸是否有

12、錯漏，項目是否齊全；核對完畢后，在記錄表上簽上記錄者的名字和測試日期。2實測擊數(shù)校正（1）輕型動力觸探1）輕型動力觸探不考慮桿長修正，根據(jù)每貫入30cm的實測擊數(shù)繪制N10h曲線圖。2）根據(jù)每貫入30cm的錘擊數(shù)對地基土進行力學(xué)分層，然后計算每層實測擊數(shù)的算術(shù)平均值。（3）重型、超重型動力觸探1）鐵路動力觸探技術(shù)規(guī)定（TBJ8-87）中規(guī)定，實測擊數(shù)應(yīng)按桿長校正。重型動力觸探的實測擊數(shù)（N63.5），按下式進行校正：N63.5=N63.5 （3-13） 對桿長的影響，我國各個領(lǐng)域的規(guī)范或規(guī)程不盡相同。（1）巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001），對動力觸探試驗指標(biāo)均不進行桿長修正。（2）

13、鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程（TB10041-2003），規(guī)定需進行桿長修正。 因此，在進行成果整理時，應(yīng)根據(jù)巖土參數(shù)與動力觸探指標(biāo)之間的經(jīng)驗關(guān)系式時的具體條件，決定是否對試驗指標(biāo)進行桿長修正。 采用牛頓碰撞理論，建立桿長修正公式： N=N 可以對重型、超重型動力觸探結(jié)果進行修正。N經(jīng)修正后的圓錐動力觸探錘擊數(shù)；N實測的圓錐動力觸探錘擊數(shù)。 表3-16，3-17, 分別給出了重型、超重型動力觸探試驗結(jié)果的桿長修正系數(shù)。N63.5的桿長修正系數(shù)N120的桿長修正系數(shù)超重型動力觸探的實測擊數(shù)（N120），應(yīng)先按公式（3-14）換算成相當(dāng)于重型的實測擊數(shù)（N63.5），然后再按公式（3-1

14、3）進行桿長擊數(shù)校正。N63.5=3N120-0.5 （3-14）2）中國西南建筑勘察院對桿長擊數(shù)的校正對超重型動力觸探的實測擊數(shù)N120，直接按表進行桿長擊數(shù)校正。N120=N120 （3-16）使用時不但應(yīng)注意兩者在計算結(jié)果上的差異，還應(yīng)注意兩者使用的探桿直徑不同。 劃分力學(xué)分層的原則：考慮動貫入阻力在土層變化附近的“超前反應(yīng)”。 超前反應(yīng)指的是當(dāng)探頭從軟層進入硬層或從硬層進入軟層之前，動貫入阻力就已感知土層的變化，提前變大或變小，反應(yīng)的范圍約為探頭直徑的23倍。 實際中可以這樣處理：當(dāng)擊數(shù)由小變大（軟層進入硬層）時，分層界限可選在軟層最后一個小值點以下23倍探頭直徑處；當(dāng)擊數(shù)由大變?。ㄓ?/p>

15、層進入軟層）時，分層界限可選在軟層第一個小值點以上23倍探頭直徑處。 3繪制動力觸探擊數(shù)沿深度分布曲線以桿長校正后的擊數(shù)為橫坐標(biāo)，以貫入深度為縱坐標(biāo)繪制曲線圖。因為采集的數(shù)據(jù)表示每貫入某一深度的錘擊數(shù)，故曲線圖一般繪制成沿深度方向的直方圖。動力觸探試驗的典型動力觸探試驗的典型N-h曲線曲線 根據(jù)我國建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GBJ50007-2002），可采用重型圓錐動力觸探的錘擊數(shù)N63.5評定碎石土的密實度，見表3-20。 注：（1）本表適用于平均粒徑小于50且最大粒徑不超過100mm的卵石、碎石、圓礫、角礫。 （2）表內(nèi)N63.5為修正后的平均值。 表3-20 碎石土的密實度 2確定地基土的

16、承載力中國建筑西南勘察院采用120kg重錘和直徑60mm探桿的超重型動探，并與載荷試驗的比例界限值pl進行統(tǒng)計，對比資料52組，得如下公式： f k=80N120 （3N12010）中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）對粘性土也有類似經(jīng)驗公式： fk=32.3N63.5+89 （2N63.516） N10估計粘性土和素填土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值N63.5估計中、粗、礫砂及碎石土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值N120估計碎石土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值 鐵道部第二設(shè)計院基于在四川、東北、廣西、甘肅等地的試驗資料得N63.5和E0的關(guān)系，見表4-7。 動力觸探試驗與打樁過程極其相似，因而用于樁基勘察時，對打入式的端承樁效果較為顯著，可用于確定樁基持

17、力層的位置和單樁承載力。（1）確定樁基持力層的位置 利用Nh曲線，結(jié)合鉆孔資料，可以較準(zhǔn)確地編制出勘察場地的工程地質(zhì)剖面，據(jù)此選擇樁基持力層，確定在勘察范圍內(nèi)各部位的樁長。 持力層位置的確定，各地區(qū)都有自己的經(jīng)驗值。如成都地區(qū)，對300mm*300mm方樁，N63.5應(yīng)大于1520擊/10cm，此卵石層的厚度不應(yīng)小于2.01.5m。（2）單樁承載力的確定 主要用于確定樁端承力為主的短樁（因為動探測試無法實測地基土的極限側(cè)壁摩阻力）。由樁的靜載荷試驗確定承載力標(biāo)準(zhǔn)值與樁尖平面處的動力觸探指標(biāo)進行統(tǒng)計分析，提出單樁承載力公式：成都地區(qū)的經(jīng)驗 一般樁基持力層為卵石土，由35組資料統(tǒng)計，得： Ru=2

18、99+126.1N120式中，Ru樁尖平面處地基土的極限承載力，kPa。 N120樁尖平面處上下4D（樁徑）范圍修正后的擊數(shù)平均值（/10cm）。 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗 一、定義一、定義動力觸探的一種，它是利用錘擊動能（錘重動力觸探的一種，它是利用錘擊動能（錘重63.5kg，落距，落距76cm),將一定規(guī)格的對開管式貫入器（外徑將一定規(guī)格的對開管式貫入器（外徑51mm，內(nèi)徑，內(nèi)徑35mm）,下端接管靴，上端接一內(nèi)外徑與對開管相同的鉆桿接頭打入鉆孔下端接管靴，上端接一內(nèi)外徑與對開管相同的鉆桿接頭打入鉆孔孔底的土中，判別土層的變化和土的工程性質(zhì)。貫入阻抗用貫入孔底的土中，判別土層的變化和土的工程性質(zhì)。貫入

19、阻抗用貫入器貫入土中器貫入土中30cm的錘擊數(shù)的錘擊數(shù)N表示。表示。 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗適用于砂土、粉土和一般粘性土。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗適用于砂土、粉土和一般粘性土。 （二）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗（二）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗 1試驗方法試驗方法（1）先用鉆具鉆至試驗土層標(biāo)高以上）先用鉆具鉆至試驗土層標(biāo)高以上0.15m處，清除殘土。處，清除殘土。（2）將貫入器放入孔內(nèi)，避免沖擊孔底，注意保持貫入器、）將貫入器放入孔內(nèi)，避免沖擊孔底，注意保持貫入器、鉆桿、導(dǎo)向桿聯(lián)接后的垂直度。測定貫入器所在深度，要求殘土鉆桿、導(dǎo)向桿聯(lián)接后的垂直度。測定貫入器所在深度，要求殘土厚度不大于厚度不大于0.1m。（3）將貫入器以每分鐘擊打）將貫入器以每

20、分鐘擊打1530次的頻率，先打入土中次的頻率，先打入土中0.15m，不計錘擊數(shù)；然后開始記錄每打入，不計錘擊數(shù)；然后開始記錄每打入0.10m及累計及累計0.30m的錘的錘擊數(shù)擊數(shù)N，并記錄貫入深度與試驗情況。若遇密實土層，錘擊數(shù)超過，并記錄貫入深度與試驗情況。若遇密實土層，錘擊數(shù)超過50擊時，不應(yīng)強行打入，并記錄擊時，不應(yīng)強行打入，并記錄50擊的貫入深度。擊的貫入深度。 式中式中S50 擊時的貫入度擊時的貫入度(cm) （二）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗（二）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗 （4）旋轉(zhuǎn)鉆桿，然后提出貫入器，取貫入器中的土樣進行鑒別、描）旋轉(zhuǎn)鉆桿，然后提出貫入器，取貫入器中的土樣進行鑒別、描述記錄，并測量其長度。

21、將需要保存的土樣仔細(xì)包裝、編號，以備試驗述記錄，并測量其長度。將需要保存的土樣仔細(xì)包裝、編號，以備試驗之用。之用。（5）重復(fù)）重復(fù)14步驟，進行下一深度的標(biāo)貫測試，直至所需深度。一步驟，進行下一深度的標(biāo)貫測試，直至所需深度。一般每隔般每隔1m進行一次標(biāo)貫試驗。進行一次標(biāo)貫試驗。 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗成果標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗成果N可直接標(biāo)在工程地質(zhì)剖面圖上可直接標(biāo)在工程地質(zhì)剖面圖上,也可繪制單也可繪制單孔標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)孔標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N與深度關(guān)系曲線或直方圖。與深度關(guān)系曲線或直方圖。 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)N值，可對砂土、粉土、粘性土的物理狀值，可對砂土、粉土、粘性土的物理狀態(tài)態(tài),土的強度、變形參數(shù)、

22、地基承載力、單樁承載力，砂土和粉土土的強度、變形參數(shù)、地基承載力、單樁承載力，砂土和粉土的液化，成樁的可能性等做出評價。應(yīng)用的液化，成樁的可能性等做出評價。應(yīng)用N 值時是否修正和如何值時是否修正和如何修正，應(yīng)根據(jù)建立統(tǒng)計關(guān)系時的具體情況確定。修正，應(yīng)根據(jù)建立統(tǒng)計關(guān)系時的具體情況確定。 1. 劃分土類或土層剖面 錘擊數(shù)越少，土的顆粒越細(xì)；錘擊數(shù)越多，土的顆粒越粗。2注意事項：注意事項：鉆孔時應(yīng)注意下列各條。鉆孔時應(yīng)注意下列各條。（1）須保持孔內(nèi)水位高出地下水位一定高度，以免塌孔，保）須保持孔內(nèi)水位高出地下水位一定高度，以免塌孔，保持孔底土處于平衡狀態(tài)，不使孔底發(fā)生涌砂變松，影響持孔底土處于平衡狀態(tài)，不使孔底發(fā)生涌砂變松，影響N值；值；（2）下套管不要超過試驗標(biāo)高；）下套管不要超過試驗標(biāo)高；（3）須緩慢地下放鉆具，避免孔底土的擾動；）須緩慢地下放鉆具，避免孔底土的擾動；（4）細(xì)心清除孔底浮土，孔底浮土應(yīng)盡量少，其厚