靜力觸探試驗和標準貫入試驗的對比研究

韓 鵬

(天津市北洋水運水利勘察設計研究院有限公司，天津 300460)

1 概述

在工程勘察中，標準貫入試驗作為一種可靠的原位測試試驗，在地震液化判別、粉土和砂土的狀態判別、地基承載力估算、土層均勻性評價、成樁可能性評價等方面有著廣泛的應用，并積累了豐富的工程經驗。靜力觸探試驗(CPT)由于具有試驗時間短、成本低、操作簡單等優點，在工程勘察得到廣泛應用，同樣是一種重要的勘察手段。在工程勘察、地基加固效果檢測、地基承載檢測中，綜合考慮錘擊數和靜力觸探指標，是工程技術人員普遍采用的方法，也是保證工程安全可靠的前提。隨著靜力觸探在工程勘察中的應用，在土性劃分、地基承載力、單樁承載力計算等方面積累一定的工程經驗。目前關于靜力觸探試驗的研究主要集中在土層物理力學指標和錐尖阻力相關性方面，關于標貫擊數與錐尖阻力的研究較為匱乏。

本文以多個實際工程為基礎，通過進行現場標準貫入試驗、靜力觸探試驗及室內土工試驗，對濱海新區埋深35 m以上淤泥質黏土、粉質黏土、粉土層的標準貫入擊數和錐尖阻力指標之間的關系進行詳細的對比研究，為靜力觸探試驗在工程實踐中的應用提供參考。

2 試驗方案及設備

2.1 試驗方案設計

為了做到標準貫入擊數和錐尖阻力指標完全匹配和一致，以天津濱海地區實際工程項目為基礎，在現場布置標準貫入試驗孔和靜力觸探試驗孔，進行現場標準貫入試驗和靜力觸探試驗，標準貫入試驗孔和靜力觸探試驗孔的間距為2.0 m。具體方法如下：

首先，在標準貫入試驗孔中進行標準貫入試驗，試驗間距為1.0 m，試驗完成后，采取標貫器中的擾動土樣，依次類推，直至試驗終止深度。標準貫入試驗結束后，在旁邊的靜力觸探試驗孔中進行靜力觸探試驗，采取錐尖阻力和側摩阻力，直至試驗終止深度；其次，通過室內土工試驗對采取的土樣進行含水率、液塑限等試驗，獲得土樣的含水率、液塑限等物理指標；最后，在完成所有標準貫入試驗、靜力觸探試驗及室內土工試驗結束后，對不同土層的標準貫入擊數和錐尖阻力指標進行對比分析，對兩者之間的相關性進行研究。

2.2 試驗設備

本次靜力觸探試驗采用的探頭為雙橋探頭，探頭規格詳見表1。

表1 雙橋靜力觸探探頭規格表

2.3 靜力觸探試驗步驟

表2 物理力學指標分層統計表

1)平整場地，將履帶車開到預定孔位，然后在4個液壓支腿下分別墊上枕木，撥動多路換向支腿閥，將車身水平調整好，根據探測深度選擇下錨的數量和錨徑。

2)由機長啟動液壓下錨機，將下錨機上升到適當位置，將地錨連接在下錨機上并固定，開動下錨機將地錨下至預定深度后再次對車身水平進行調整，確保車身水平。

3)將已與探頭電纜線連接好的探桿，穿過插板體，待探頭距地面50 mm時，裝上導正瓦，然后卡上探桿。

4)量測儀表放置穩妥處后，接上電纜。然后校調儀表，視正常即可開始進行貫入。

5)扳動貫入缸換向閥手柄，使活塞桿“上升”及“下降”同時相應卡緊及松脫探桿，從而把探桿間斷勻速壓入土層中，貫入中每10 cm記錄一次數據。

6)貫入過程中，如需停止，只要將貫入缸換向手柄，扳到中間位置即可，快速上升時把差動油路開關關掉，如發現地錨有松動現象，應及時予以吊緊。

7)貫入到預定深度后，結束貫入操作，并盡快拔起探桿，防止出現拔桿困難或埋桿事故。

8)起錨，對場地進行恢復，準備下一次靜力觸探試驗。

9)當測試中出現觸探桿明顯彎曲或者錐尖阻力大于34 MPa時，應停止貫入并在記錄中注明。

3 試驗土層對象及土性指標

4 錘擊數與錐尖阻力對比分析

表3 錘擊數、錐尖阻力及錘擊數與錐尖阻力比值分層統計值表

4.1 土層錘擊數及錐尖阻力

剔除異常值，對各土層的標準貫入擊數和錐尖阻力進行統計，各土層的標準貫入擊數和錐尖阻力及錘擊數與錐尖阻力比值的統計值如表3所示。

從表3可以看出，土層的錐尖阻力隨錘擊數的增大而增大。錘擊數與錐尖阻力的比值并不是一個定值，也不是土層標貫擊數越大，錘擊數與錐尖阻力的比值越大，錘擊數與錐尖阻力的比值與土性具有直接關系。從表3可以看出，對于淤泥質黏土和粉質黏土而言，土層錐尖阻力越大，錘擊數與錐尖阻力的比值越大；對于粉土而言，土層錐尖阻力越大，錘擊數與錐尖阻力的比值越小。在淤泥質黏土、粉質黏土及粉土中，粉土層的錘擊數與錐尖阻力的比值最小，淤泥質黏土和粉質黏土的錘擊數錐尖阻力的比值相對較大。

4.2 土層錘擊數及錐尖阻力相關性分析

對淤泥質黏土(地層編號①，②)、粉質黏土(地層編號③，⑤，⑥，⑧)及粉土(地層編號④，⑦)層的錘擊數與錐尖阻力進行線性回歸分析，各土層線性回歸曲線見圖1～圖8。各土層的錘擊數與錐尖阻力的線性回歸表達式見表4。各土層線性回歸分析表明，各土層錘擊數與錐尖阻力之間具有較好線性關系，相關系數為0.733～0.815之間，可靠度較高，在實際工程具有一定的指導意義。

表4 各土層錘擊數與錐尖阻力線性擬合關系式

5 結語

1)土層的錐尖阻力隨錘擊數的增大而增大。

2)錘擊數與錐尖阻力的比值并不是一個定值，該比值與土性具有直接關系。對于淤泥質黏土、粉質黏土及粉土而言，粉土層的錘擊數與錐尖阻力的比值最小，淤泥質黏土和粉質黏土的錘擊數錐尖阻力的比值相對較大。

3)對于同一土層，錘擊數與錐尖阻力之間存在較好的線性相關性。

4)本文中各土層錘擊數與錐尖阻力擬合關系式適用于天津濱海地區，對于該區域以內的地區的使用性需要進一步驗證。