動(dòng)力觸探試驗(yàn)

1、 （dynamic penetration test，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(chǎng)測(cè)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(dòng)力觸探試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)及適用性二、動(dòng)力觸探試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)及適用性 優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，操作方便，適應(yīng)土類較廣， 并且可以連續(xù)貫入。缺點(diǎn)：試驗(yàn)誤差較大，再現(xiàn)性較差。適用土類：對(duì)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(guó)際上 動(dòng)力觸探的發(fā)展歷史較長(zhǎng)。最先在歐洲各國(guó)得到廣泛應(yīng)用，就是因?yàn)檫@些國(guó)家廣泛分布著粗顆粒土層及冰積層，取土樣比較困難，適

2、合采用動(dòng)力觸探方法。2. 在國(guó)內(nèi)（1）50年代初由南京水利實(shí)驗(yàn)處引進(jìn)推廣。（2）至50年代后期得到普及，很多單位做了很有價(jià)值的試驗(yàn)研究，積累了大量的使用經(jīng)驗(yàn)。（3）70年代制定了相應(yīng)的規(guī)范，在試驗(yàn)設(shè)備類型上趨于統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化，加快了發(fā)展進(jìn)程。（4）目前，已成為我國(guó)粗顆粒土的地基勘察測(cè)試的主要手段。 1國(guó)際分類 1974年和1982年在歐洲召開的二次國(guó)際觸探學(xué)術(shù)會(huì)議，對(duì)動(dòng)力觸探測(cè)試方法的統(tǒng)一起了推動(dòng)作用。會(huì)議建議按使用穿心錘的重量（或錘擊能量）的不同，將動(dòng)力觸探分為：輕型（10kg）、中型（1040kg）、重型（4060kg）及超重型（60kg）。2我國(guó)分類 我國(guó)土工試驗(yàn)規(guī)程（SD12886）將動(dòng)

3、力觸探分為輕型、重型、超重型三種。其規(guī)格及適用土類見表41。 表41 圓錐動(dòng)力觸探的類型及規(guī)格 1試驗(yàn)成果（1）進(jìn)行地基土的力學(xué)分層；（2）定性評(píng)價(jià)地基土的均勻性和物理性質(zhì)（狀態(tài)、密實(shí)度等）；（3）查明土洞、滑動(dòng)面、軟硬土層界面的位置。2成果應(yīng)用（1）評(píng)定地基土的強(qiáng)度和變形參數(shù)；（2）評(píng)定天然地基的承載力；（3）估算單樁承載力。 （1）動(dòng)力觸探試驗(yàn)的理想自由落錘能量計(jì)算M落錘的質(zhì)量（kg）；v錘自由下落碰撞探桿前的速度（m/s）。（2）能量損失修正 實(shí)際的錘擊能量與理想的落錘能量不同，受落錘方式、導(dǎo)桿摩擦、錘擊偏心、打頭材質(zhì)、形狀、大小、桿件傳輸能量效率等因素的影響，要損失一部分能量，應(yīng)進(jìn)行修

4、正： 221MvEm Epe1 e2 e3EM 或直接采用勢(shì)能定義：EpHMg（H表示落距）或近似為 Ep0.6EM Ep平均每擊傳遞給圓錐探頭的能量； e1落錘效率系數(shù)，對(duì)自由落錘，e10.92； e2能量輸入探桿系統(tǒng)的傳輸效率系數(shù)，對(duì)于國(guó)內(nèi)通用的大鋼探頭，e20.65 e3桿長(zhǎng)傳輸能量的效率系數(shù)，隨桿長(zhǎng)的增大而增大，桿長(zhǎng)大于3m時(shí)，e31。圖4-1 動(dòng)力觸探功能轉(zhuǎn)換原理示意圖（3）探頭貫入土中所作的功h貫入度；N貫入度為h的錘擊數(shù)。（因此，h/N表示錘擊一次的貫入度）Rd探頭單位面積的動(dòng)貫入阻力（J/cm2）； A探頭的截面積（cm2）。 NAhRWdWEmEphH（4）能量轉(zhuǎn)換與守恒 根

5、據(jù)能量轉(zhuǎn)換與守恒定律，落錘的勢(shì)能錘擊動(dòng)能探頭做功，因此，能量平衡：（見圖41）NAhRWEdpAsEhNAERppd（h/Ns，表示平均每擊的貫入度） pdEAhRN 或 當(dāng)規(guī)定一定的貫入深度h，采用一定規(guī)格（規(guī)定的探頭截面、圓錐角、重量）的落錘和規(guī)定的落距，那么錘擊數(shù)N的大小就直接反映了動(dòng)貫入阻力Rd的大小，即直接反映被貫入土層的密實(shí)程度和力學(xué)性質(zhì)。因此，實(shí)踐中常采用貫入土層一定深度的錘擊數(shù)作為圓錐動(dòng)力觸探的試驗(yàn)指標(biāo)。 1輕型動(dòng)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(jī)械兩種。 2重型動(dòng)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

6、差別。另外，重型動(dòng)探試驗(yàn)一般都采用自動(dòng)落錘方式，在錘上增加了提引器。提引器可分為內(nèi)掛式和外掛式兩種。（1）內(nèi)掛式提引器：利用導(dǎo)桿的頸縮，使提引器內(nèi)的活動(dòng)裝置（鋼珠、偏心輪或掛鉤）發(fā)生變位，完成掛錘、脫鉤及自由落錘的過程。（2）外掛式提引器：利用上提力完成掛錘，靠導(dǎo)桿頂端所設(shè)彈簧錐或凸塊強(qiáng)制掛鉤張開，使重錘自由落下。 （1）將穿心錘穿入帶鋼砧與錘墊的觸探桿上；（2）將探頭及探桿垂直地面放于測(cè)試地點(diǎn)；（3）提升穿心錘至預(yù)定高度，使其自由下落撞擊錘墊，將探頭打入土中；（4）記錄每貫入30cm（或10cm）的錘擊數(shù)；（5）重復(fù)上述步驟，直至預(yù)定試驗(yàn)深度。 三、技術(shù)要求 1為確保恒定的錘擊能量，應(yīng)采用固

7、定落距的自動(dòng)落錘裝置。2錘擊時(shí)應(yīng)保持探桿的垂直，錘擊過程應(yīng)防止錘擊偏心、探桿歪斜和探桿側(cè)向晃動(dòng)。 因此，要求探桿連接后的最初5m最大偏斜度不應(yīng)超過1，大于5m后的最大偏斜度不應(yīng)超過2。每貫入1m，應(yīng)將探桿轉(zhuǎn)一圈半，使觸探能保持垂直貫入，并減少探桿的側(cè)阻力。貫入深度超過10m后，每貫入0.2m即旋轉(zhuǎn)一次。3每一觸探孔應(yīng)連續(xù)貫入，只是在接探桿時(shí)才允許停頓。4對(duì)輕、重型圓錐動(dòng)力觸探N10、N63.5正常范圍是350擊，對(duì)超重型N120的正常范圍是340擊。 當(dāng)擊數(shù)超過正常范圍，如遇軟粘土層，可記錄每擊的貫入度；如遇硬土層，可記錄一定擊數(shù)下的貫入度。5當(dāng)N1050即可停止試驗(yàn)；當(dāng)N63.550，可停止

8、試驗(yàn)改用超重型試驗(yàn)。6我國(guó)一般采用貫入錘擊速率為1530擊/min。7貫入深度的一般限制： 對(duì)輕型，一般應(yīng)4m，主要用于測(cè)試并提供淺基礎(chǔ)的地基承載力參數(shù)；檢驗(yàn)建筑物地基的夯實(shí)程度；檢驗(yàn)建筑物機(jī)槽開挖后，基底以下是否存在軟弱下臥層等。 重型1215m，超重型20m，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平方向上的均勻程度。 對(duì)桿長(zhǎng)的影響，我國(guó)各個(gè)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(duì)動(dòng)力觸探試驗(yàn)指標(biāo)均不進(jìn)行桿長(zhǎng)修正。（2）鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程（TB10041-2003），規(guī)定需進(jìn)行桿長(zhǎng)修正。 因此，在進(jìn)行成果整

9、理時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖土參數(shù)與動(dòng)力觸探指標(biāo)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式時(shí)的具體條件，決定是否對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行桿長(zhǎng)修正。 采用牛頓碰撞理論，建立桿長(zhǎng)修正公式： N=N 可以對(duì)重型、超重型動(dòng)力觸探結(jié)果進(jìn)行修正。N經(jīng)修正后的圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)；N實(shí)測(cè)的圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)。 表4-2，4-3分別給出了重型、超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果的桿長(zhǎng)修正系數(shù)。表4-2 N63.5的桿長(zhǎng)修正系數(shù)表4-3 N120的桿長(zhǎng)修正系數(shù) （1）中密-密實(shí)砂土，尤其在地下水位以上，由于探頭直徑比探桿直徑大，可不考慮側(cè)壁摩擦；（2）軟粘土和有機(jī)土，側(cè)壁摩擦對(duì)擊數(shù)有重要影響。（3）在一般土層條件下，重型觸探在深度15m范圍內(nèi)，超重型觸探在20m深度范圍內(nèi)，

10、可不考慮側(cè)壁摩阻的影響。在此深度之外，可采用泥漿或加套管以消除側(cè)壁摩阻的影響。 隨著貫入深度的增加，土的有效上覆壓力和側(cè)壓力都會(huì)增加。實(shí)驗(yàn)也表明，上覆壓力對(duì)觸探貫入阻力的影響也是顯著的。 但對(duì)于一定相對(duì)密實(shí)度的砂土，上覆壓力對(duì)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果存在一個(gè)“臨界深度”，即錘擊數(shù)在此深度范圍內(nèi)隨著灌入深度的增加而增大，超過此深度后，錘擊數(shù)趨于穩(wěn)定，并且臨界深度隨著相對(duì)密度和探頭直徑的增加而增大。 對(duì)于一定密度組成的砂土，動(dòng)力觸探擊數(shù)N與相對(duì)密度Dr和有效上覆壓力v存在著一定的相關(guān)關(guān)系，即： N/Dr2 = a + bv式中，a，b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，隨砂土的粒度組成變化?；蛘卟捎脴?biāo)貫試驗(yàn)深度影響修正公式：

11、 N63.5=CN N63.5 CN=1-1.25lgvCN修正系數(shù)；N63.5修正后的擊數(shù)；N63.5實(shí)測(cè)的擊數(shù)；v實(shí)測(cè)N63.5處土的有效上覆壓力。 繪制錘擊數(shù)沿深度的變化曲線，不論是實(shí)測(cè)的N還是修正的N，處理方法都相同。 以錘擊數(shù)為橫坐標(biāo)，貫入深度為縱坐標(biāo)。對(duì)輕型動(dòng)力觸探按每貫入30cm的擊數(shù)繪制N10h曲線，重型動(dòng)力觸探每貫入10cm的擊數(shù)繪制N63.5h曲線或N63.5h曲線。 劃分力學(xué)分層的原則：考慮動(dòng)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(jìn)入硬層或從硬層進(jìn)入軟層之前，動(dòng)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(shí)際中

12、可以這樣處理：當(dāng)擊數(shù)由小變大（軟層進(jìn)入硬層）時(shí)，分層界限可選在軟層最后一個(gè)小值點(diǎn)以下23倍探頭直徑處；當(dāng)擊數(shù)由大變?。ㄓ矊舆M(jìn)入軟層）時(shí)，分層界限可選在軟層第一個(gè)小值點(diǎn)以上23倍探頭直徑處。 按單孔統(tǒng)計(jì)各層貫入指標(biāo)平均值及變異系數(shù)，用厚度加權(quán)平均法計(jì)算。統(tǒng)計(jì)時(shí)，應(yīng)剔除個(gè)別異常點(diǎn)，且不包括“超前”和“滯后”范圍的測(cè)試點(diǎn)。 根據(jù)我國(guó)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ50007-2002），可采用重型圓錐動(dòng)力觸探的錘擊數(shù)N63.5評(píng)定碎石土的密實(shí)度，見表4-4。 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4-4 碎石土

13、的密實(shí)度 2確定地基土的承載力確定地基土的承載力 利用動(dòng)力觸探的試驗(yàn)成果評(píng)價(jià)地基的承載力和變形模量，主要是依靠當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)積累，以及在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立的統(tǒng)計(jì)關(guān)系是。 我國(guó)原來的建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ789）曾以附表的形式給出采用動(dòng)力觸探錘擊數(shù)估算地基土承載力基本值的有關(guān)成果，但在新規(guī)范中（GBJ500072002）中刪去了，主要原因是用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式很難概括不同地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)和成果。 （1）用N10估計(jì)粘性土和素填土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值，見表4-5。 （2）用N63.5估計(jì)中、粗、礫砂及碎石土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值，見表4-6。 （3）用N120估計(jì)碎石土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值，見表4-7。（原水利電力部試驗(yàn)規(guī)程）表

14、4-5 N10估計(jì)粘性土和素填土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值表4-6 N63.5估計(jì)中、粗、礫砂及碎石土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值表4-7 N120估計(jì)碎石土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值 鐵道部第二設(shè)計(jì)院基于在四川、東北、廣西、甘肅等地的試驗(yàn)資料得N63.5和E0的關(guān)系，見表4-7。 動(dòng)力觸探試驗(yàn)與打樁過程極其相似，因而用于樁基勘察時(shí)，對(duì)打入式的端承樁效果較為顯著，可用于確定樁基持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(chǎng)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(zhǎng)。 持力層位置的確定，各地區(qū)都有自己的經(jīng)驗(yàn)值。如成都地區(qū)，對(duì)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?yàn)閯?dòng)探測(cè)試無法實(shí)測(cè)地基土的極限側(cè)壁摩阻力）。由樁的靜載荷試驗(yàn)確定承載力標(biāo)準(zhǔn)值與樁尖平面處的動(dòng)力觸探指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提出單樁承載力公式：a沈陽地區(qū)經(jīng)驗(yàn) 通過N63.5與樁的載荷試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析，得以下