圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)機(jī)理及其在地勘中的應(yīng)用

文/杜文平 新疆土木建材勘察設(shè)計(jì)院（有限公司）阿克蘇分公司 新疆阿克蘇 843000

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圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)機(jī)理及其在地勘中的應(yīng)用

文/杜文平 新疆土木建材勘察設(shè)計(jì)院（有限公司）阿克蘇分公司 新疆阿克蘇 843000

【摘要】地質(zhì)勘測(cè)在我國(guó)建筑物的施工與建設(shè)中是一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，其不僅能夠勘探出有關(guān)施工地質(zhì)條件、地理位置以及地形特征等不同的信息，還能夠促進(jìn)施工進(jìn)程與施工質(zhì)量的發(fā)展。本論文就在此基礎(chǔ)上先對(duì)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的概念優(yōu)點(diǎn)、基本原理以及其在應(yīng)用中的基本方法作全面分析，再結(jié)合具體工程來深入探究其在地勘中的實(shí)際應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】圓錐動(dòng)力；觸探試驗(yàn)機(jī)理；地勘；應(yīng)用

一、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的概念優(yōu)點(diǎn)與基本原理

從科學(xué)角度來說，圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)（DPT）是在利用一定的錘擊動(dòng)能的基礎(chǔ)上，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格大小的圓錐探頭，將其深入探入土中，并根據(jù)計(jì)算探入土中所受阻力的大小或者是探入土中一定深度的錘擊數(shù)量來判斷土層的變化程度，最后再利用科學(xué)的力學(xué)平衡對(duì)受力土層進(jìn)行分析，確定土層的工程性質(zhì)，從而再對(duì)該施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)土層作全面的地質(zhì)評(píng)價(jià)，以供施工方的參考。

1.2圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的基本原理

筆者在此使用能量守恒定律來分析圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的基本原理。根據(jù)能量守恒定律，在圓錐探頭在土層里的一次錘擊中，其的能量變化公式如下：

Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee

其中Em表示的是錘頭在土層中錘心下落的總能量，而后面不同的能量則分別表示錘頭與觸探器、探刊側(cè)壁之間、土層之間產(chǎn)生的彈性形變的能量以及各自產(chǎn)生彈性形變而消耗的能量等。由該公式我們可以得出，在探頭深入到土層一定深度的時(shí)候，采取一定規(guī)格的落錘，并加以制動(dòng)，就可以通過錘擊數(shù)量的大小來計(jì)算出土層所受阻力的多少。

二、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的基本方法分析與工程簡(jiǎn)介

2.1圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的基本方法

在圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)中，共有三種不同類型的動(dòng)力觸探，分別是輕型、重型以及超重型。

在輕型的動(dòng)力觸探中：施工人員先需用電鉆在勘探土層中鉆至標(biāo)高以上的0.2-0.3m的位置，然后再使用圓錐探頭對(duì)土層實(shí)施連貫觸探。在試驗(yàn)的過程中也要注意穿心錘的落距需控制在0.02-0.50m之間，每隔0.02s需記錄下錘擊的數(shù)量狀況。在取樣過程中，只需將觸探桿拿出，換取鉆頭即可。而在重型與超重型的試驗(yàn)過程中，在實(shí)施觸探操作前還需將觸探架平穩(wěn)設(shè)置，使其與地面保持垂直狀態(tài)，垂直誤差也許控制在2%之內(nèi)；在錘擊過程中，穿心錘的速率需控制在每分鐘20-30次數(shù)之間，這樣才能很好的在每隔0.02s的時(shí)間內(nèi)記錄下錘擊數(shù)量，如果連續(xù)三次錘擊的次數(shù)已經(jīng)超過50次，那么應(yīng)立即停止操作，結(jié)束本次試驗(yàn)。

在方案中，研究對(duì)象的創(chuàng)新能力是識(shí)別的關(guān)鍵，筆者將借助團(tuán)隊(duì)在前期研究中設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)模型進(jìn)行選取。具體來說是利用計(jì)算機(jī)模糊認(rèn)別技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)將整理得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類處理和因素歸類處理，按評(píng)價(jià)模型的小類因素劃分；將處理得到結(jié)果形成因素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)因素庫(kù)的各類指標(biāo)進(jìn)行歸類和排序，再根據(jù)創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)模型歸類排序結(jié)果，選取符合創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)模型指標(biāo)的個(gè)體。

2.2工程簡(jiǎn)介

在本文中，筆者采用的是擬建的岑鞏注溪35kv的變電站的工程案例，這是一所據(jù)貴州省岑鞏縣近35km處的交流變電站，其據(jù)龍江河大致也有420m，據(jù)完全測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，其占地面積為2187.5m2。需施工的地方位于該變電站的開關(guān)室與設(shè)備操控室，其中所含有的主要控制變壓器有2臺(tái)，測(cè)量的地基深度大致為1.0m，設(shè)計(jì)構(gòu)架的地基深度也大致為1.0m。

三、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)在地勘中的具體應(yīng)用

3.1實(shí)施圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)

在正式實(shí)施圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)之前，施工人員先對(duì)施工場(chǎng)地的地質(zhì)條件與地形狀況進(jìn)行了全面的分析，并根據(jù)分析結(jié)果采取的是重型圓錐動(dòng)力觸探設(shè)備，大致重量為63.5kg。并在此基礎(chǔ)上采取的是自動(dòng)脫鉤的設(shè)置，這樣才能更好的控制穿心錘的自由下落運(yùn)動(dòng)，同時(shí)穿心錘的落距也能更好的在施工人員所能控制的范圍之內(nèi)，一切準(zhǔn)備工作就緒，利用重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)，就可以更好的了解施工場(chǎng)地土層的性質(zhì)狀況，進(jìn)一步檢測(cè)出基巖面產(chǎn)生褶皺起伏的原因與狀況。

3.1.1錘擊數(shù)的記錄

在每隔0.02s的時(shí)間間隔內(nèi)，施工人員需細(xì)致記錄下穿心錘的連貫探入深度與錘擊的次數(shù)，為了更好的協(xié)調(diào)施工過程中的其他機(jī)械參數(shù)，筆者建議在該處工程中，施工人員可以采取記錄下每10個(gè)錘擊數(shù)的方法來了解觸探土層的受力狀況。

3.1.2計(jì)算試驗(yàn)參數(shù)

在記錄下相應(yīng)的穿心錘錘擊數(shù)量之后，還需對(duì)所記錄下的數(shù)據(jù)與結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的校正，這是需運(yùn)用到一個(gè)計(jì)算公式，如下所示：

N’63.5=αN63.5

左邊的參數(shù)表示的是經(jīng)過校正之后的錘擊數(shù)量，而右邊的參數(shù)則表示的是實(shí)際測(cè)量的穿心錘在觸探過程中的錘擊數(shù)量或者是在經(jīng)過校正的觸探桿上所檢測(cè)出的錘擊數(shù)量。

3.1.3試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置

在正式進(jìn)行圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)之前，施工人員采取的是重量為63.5kg的重型圓錐觸探設(shè)備，該重型圓錐觸探設(shè)備中共設(shè)置有鉆孔3個(gè)。

在計(jì)算相應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)與指標(biāo)時(shí)，可以采取一種利用平均值作單層分孔指標(biāo)分布值的方法來實(shí)施。如果所計(jì)算出的平均值離散型較小，那么則證明該處土層的土質(zhì)狀況良好，較為平穩(wěn)均勻。另外，施工人員還可采取利用土層厚度加權(quán)平均法來計(jì)算施工場(chǎng)地單層分孔的分布指標(biāo)。不同的探孔所測(cè)量出的平均試驗(yàn)指標(biāo)值也會(huì)有所不同，例如編號(hào)為ZK01的探孔，其所耕植的土質(zhì)平均指標(biāo)值為2.98，而其的卵石層所分布的平均指標(biāo)值為8.194；編號(hào)為ZK03的探孔，其所測(cè)量出的耕植土質(zhì)的平均指標(biāo)值為2.235，其卵石層所分布的平均指標(biāo)值為7.709‘編號(hào)為ZK03的探孔，其所耕植的土質(zhì)平均指標(biāo)值為2.682，其卵石層所分布的平均指標(biāo)值為7.503。綜合上述所測(cè)量出的土層平均試驗(yàn)指標(biāo)值，在耕植土中，其所受到的平均試驗(yàn)指標(biāo)值為2.61，而在卵石層中，其所受到的平均試驗(yàn)指標(biāo)值為7.70。

3.2地基承載負(fù)荷力的計(jì)算與確定

在本次工程中所采用的是重型圓錐動(dòng)力觸探儀器，而施工人員只要根據(jù)其的錘擊次數(shù)N63.5，便可以計(jì)算出地基承載負(fù)荷力的大小。一般來說，在土層受到最大錘擊次數(shù)的錘擊時(shí)，其耕植土的承載負(fù)荷力就達(dá)到最高，反之受到較小錘擊次數(shù)多的錘擊后，耕植土的承載負(fù)荷力就會(huì)相應(yīng)的減少。而卵石層在受到最大錘擊次數(shù)的錘擊產(chǎn)生的承載負(fù)荷力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及耕植土所承載的符合力，但是卵石層的承載負(fù)荷力綜合起來是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于耕植土的承載負(fù)荷力。因此，在具體施工中，施工人員也要依據(jù)具體的施工狀況來選擇合理的施工方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔京浩，徐金明,劉紹峰，等.巖土工程實(shí)用原位測(cè)試技術(shù)[M] .北京：中國(guó)水利水電出版社，2007-04-15.

[2]徐超.巖土工程原位測(cè)試[M] .上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2005-08-11.