靜力觸探在巖土工程勘察中的應用

任明明

河北中核巖土工程有限責任公司 河北石家莊 050000

1 概述

靜力觸探作為一種常用勘察手段，與常規鉆探取樣試驗相比，靜力觸探試驗具有高效、準確、經濟等特點，它可以直接在現場測得各土層的貫入阻力數據，通過數據分析了解各土層初始狀態下的相關力學性質。但是，靜力觸探試驗在實際應用上也有一些限制，那就是不能直接識別土層，試驗的深度也有一定限制，遇到碎石土、密實砂土無法或者難以貫入，下面就以雙橋靜力觸探為例，結合工程實例敘述其在劃分土層及類別方面的應用[1]。

2 靜力觸探的成果應用

土層劃分的一般參考原則：

（1）劃分土層時，當實測錐尖阻力qc值為qc≤1MPa、1MPa＜qc≤3MPa、3MPa＜qc≤6MPa，其所對應的變動幅度為 ±0．1-0．3、±0．3-0．5、±0．5-1 時，可參考劃為一層。

（2）對于相對較薄的交互層或者夾薄層粉砂層的土層，當錐尖阻力qc的最大值與最小值之比小于2時，可參考劃為一層。

（3）如果出現探頭由砂土層進入黏性土層或者由黏性土層進入砂層時，要注意靜探曲線的提前或滯后問題。其變動幅度約為15cm。

在工程實例上的分層定名經驗：

（1）根據靜探曲線形狀來分層：對于黏土層，其錐尖阻力qc值較小，側摩阻力fs值相對較大，摩阻比fs/qc值較大，qc-h與fs-h曲線變化幅度不大；對于砂土層，其錐尖阻力qc值較大，側摩阻力fs值相對較小，摩阻比fs/qc值較小，qc-h與fs-h曲線變化幅度較大，成鋸齒狀。對于粉土和粉質黏土，其變化介于兩者之間。

如圖1，為曹妃甸化學產業園區公共管廊工程勘察中9#鉆孔的靜力觸探曲線圖。粉砂層（地層編號③）的錐尖阻力qc值與側摩阻力fs值對比相鄰粉質黏土層（地層編號：②、③1、④）的值均較高，fs-h曲線比qc-h曲線靠左，側摩阻力fs值相對較小，摩阻比fs/qc值較小，qc-h與fs-h曲線變化較大成鋸齒狀。然而，粉質黏土層（地層編號④）對比相鄰粉砂層（地層編號：③、⑤），其qc值與fs值均較低，fs-h曲線比qc-h曲線靠右，側摩阻力fs值相對較大，摩阻比fs/qc值較大，qc-h與fs-h曲線變化幅度不大。

如圖2，為某地鐵工程勘察中A153#鉆孔的靜力觸探曲線圖。這張圖比較明顯的對比了砂層和黏性土層在錐尖阻力qc和側摩阻力fs上各自的特點。對于砂層，其對靜探探頭頂端的阻力較大，對側壁的摩擦阻力相對較?。粚τ诜圪|黏土層，其對靜探探頭頂端的阻力較小，對側壁的摩擦阻力相對較大。從而造成的結果是砂層（細砂、中砂）測得的錐尖阻力qc值普遍比粉質黏土層的錐尖阻力qc值高，fs-h曲線在qc-h曲線的內側，側摩阻力fs值相對較小，qc-h與fs-h曲線變化較大成鋸齒狀；粉質黏土層正好相反，其測得的錐尖阻力qc值普遍比砂層（細砂、中砂）層的錐尖阻力qc值低，fs-h曲線在qc-h曲線的外側，側摩阻力fs值相對較大，qc-h與fs-h曲線變化幅度不大。下面我們再來看看細砂層與中砂層曲線的變化情況。在靜探探頭由細砂層進入中砂層之后，我們可以看到qc-h曲線發生了突變，靜探探頭所受到的錐尖阻力qc瞬間增大，這是由于中砂層和細砂層相比較難貫入。然而，對于fs-h曲線，其突變幅度就沒錐尖阻力qc大了。究其原因，無論是細砂層還是中砂層，它們對靜探探頭的阻力作用，主要體現在錐尖阻力qc上，而在側摩阻力fs的體現上相對弱一點，從而在細砂層與中砂層造成了錐尖阻力qc變化幅度大于側摩阻力fs。從另一方面講，這也就造成了中砂層摩阻比fs/qc值普遍比細砂層的高[2]。

（2）根據摩阻比隨深度變化的曲線來確定分層界線。利用摩阻比隨深度變化的曲線確定分層界線的原理：雙橋探頭由黏性土進入砂土中時錐尖阻力qc突變增大，側摩阻力fs變化較小，從而導致摩阻比fs/qc發生突變減小，如圖1中地層④與地層⑤1交界處，見“位置1”；雙橋探頭由砂土進入黏性土中時錐尖阻力qc突變減小，側摩阻力fs變化較小，從而導致摩阻比fs/qc發生突變增大，如圖1中地層⑤1與地層⑤交界處，見“位置2”。這種方法對于力學分界明顯的地層有效，對于力學分界不明顯的地層，其應用效果要差一些。

（3）根據曲線形狀完成分層后可參考圖3對土層進行分類定名。這里還以9#鉆孔為例，粉砂層（地層編號③）的平均錐尖阻力qc=8．73MPa，側摩阻力fs=86．38kPa，摩阻比 Rf=100×fs/qc=0．99，將錐尖阻力 qc 帶入分界公式 Rf=0．1013qc+0．32 中，計算出Rf=1．20＞0．99，所以地層③的類型可以定位到砂土類。粉質黏土層（地層編號②）的平均錐尖阻力qc=0．87MPa，側摩阻力fs=19．22kPa，摩阻比Rf=100×fs/qc=2．21，將錐尖阻力qc帶入分界公式 Rf=0．2973qc+1．6 中，計算出 Rf=1．86 ＜ 2．21，地層③的類型定位到了粉質黏土和黏土類，為進一步定位，再將錐尖阻力qc帶入分界公式Rf=0．5915qc+2．8中，計算出Rf=3．31＞2．21，所以地層③的類型為粉質黏土類。依據圖3判別土的類型有一定的局限性，對于比較單一的土層，其判別比較準確，對于有薄夾層或者存在互層現象的地層判別就不大準確了。再者，對砂土也無法細分，只能定位到砂土類。所以在實際應用中，必須結合鉆探取芯和室內試驗綜合定名[3]。

3 結語

靜力觸探試驗除了應用于劃分土層及類別，還可應用于判別黏性土的塑性狀態；檢驗地基加固效果；判定砂土液化、確定地基承載力等等。靜力觸探作為一種高效、準確、經濟的原位測試方法，與鉆探、室內試驗相結合能夠更加準確更加全面的評價場地工程地質條件，從而達到巖土工程勘察的目的。