巖土工程勘察動力觸探中數據處理和地層界面深度的判定

張子祥

（甘肅煤炭地質勘察院，甘肅 蘭州 730000）

動力觸探是工程勘察中常規的原位測試方法，它具有判定地層界限深度和測試地層強度的雙重效能[1-2]，由于方法簡單、效率高、速度快、適用范圍廣，尤其對于碎石土或無法取樣的地層，動力觸探則更加顯示了優越性，目前幾乎所有的工程項目都采用動力觸探方法，因此動力觸探數據的合理處理對于提交可靠的巖土工程勘察報告具有十分重要的意義，但由于地層強度和地層結構的不同，動力動探擊數的突變點深度并不是地層變化的深度點，存在“超前”和“滯后”現象[3-4]，其在軟弱夾層動探擊數的統計中必須剔除“超前”和“滯后”區間的異常值，本研究就動力觸探中數據處理和地層界面深度的判定提出處理方法。

1 動探擊數曲線地層界限處存在明顯的“超前”和“滯后”現象

筆者在甘肅某大型建筑場地的地基勘察中[5]，對60 個勘探點首先做了動力觸探試驗，然后再做取芯鉆探，在報告整理時，對動力觸探深度～擊數[N63.5—h]曲線和鉆孔實際地層柱狀圖作對照分析，發現如下現象：

（1）在勘察施工中的K22 孔地表下8.80～9.8 m處，為一層厚約1.0 m 粉土，其上覆為礫質土，下臥層為中密卵石層，在該層厚度范圍內，從圖1 可看出，動力觸探的擊數為N63.5=1～9 擊/10 cm，變化很大，而中部約0.6 m 厚度范圍內的擊數（N63.5=1 擊/10 cm）小，擊數值穩定，其次擊數的突變點深度和地層界面深度不一致，中部約0.6 m 厚度范圍內的擊數反映了松散狀態粉土的力學性質，擊數突變點之間的厚度也不是實際地層的厚度，地層在上下界面附近的高擊數及漸變關系是由于上覆和下臥土層性質的影響所致，動探擊數曲線存在明顯的“超前”和“滯后”現象。

圖1 K22 鉆孔動探［N-h］曲線圖

（2）圖2 是依據K1、K2 兩個動探鉆孔繪制的埋深8.0 m 以下的工程地質剖面圖，圖中地層柱狀是依據實際開挖后的資料繪制，動探曲線利用的是開挖前的動探試驗數據。在K1 孔深14.8～17.8 m 處的粉砂動探測試結果為N63.5=3～5 擊/10 cm；在K2 孔深16.3～17.1 m 處同一層粉砂的動探測試結果為N63.5=6～10 擊/10 cm，上述兩孔相距不足20 m，屬于同一地層，埋藏深度接近，但兩孔的粉砂動探擊數卻相差近2 倍。為分析原因，基礎開挖過程中，對K1、K2動探孔位置處的粉砂層取樣進行土工試驗，其結果證明各項物理指標基本相同，分析認為擊數相差懸殊原因是K2 孔粉砂層處于透鏡體的邊緣，厚度薄，由于上、下卵石層的影響使粉砂層擊數明顯增大，同時也看出，在地層密實度相差較大的地層界面處，動探曲線的突變點深度和實際地層界限點深度相差0.2～0.4 m，動探曲線的“超前”和“滯后”現象非常明顯。

圖2 K1-K2 線工程地質剖面圖

2 地層界面對動探擊數（N63.5）的影響探討

（1）在不同地層界面上下，地層的動探擊數有明顯變化，動探擊數曲線存在提前反映段和滯后反映段，圖3 中T1、T2、T3、T4 是擊數突變點，在界面附近處擊數值呈漸變過渡，而不是突變；擊數值的突變點，出現在距界面上、下一定距離處，擊數突變點深度不代表地層界面深度，擊數突變點深度和實際地層界面深度相差0.1～0.4 m；T1 到T2 出現 “超前” 反映是因為下部T2 所代表的粗砂層密實度小于上部T1 所代表的卵石層密實度，正常情況下地層密度小則擊數值低，反之地層密度大則擊數值高，圖3 中T1 反映的是高密度卵石層地層擊數，T3 反映的是低密度粗砂層地層擊數，而兩個地層接觸面附近，動探擊數值是上、下兩個地層擊數的綜合反映，該擊數值小于上部卵石的擊數T1，高于下部的粗砂層的擊數T3。所以勘察中不能完全依據突變點深度來確定地層埋深，應參照實際曲線及地層上、下的軟硬差異度做適當調整。

圖3 觸探曲線在不同地層界面處的反映

（2）依據60 個勘探點中多個土層界面處動探擊數的分析表明：土層界面上、下一定范圍內的土體性質都將對擊數產生影響，界面處動探擊數是界面上、下層地層密實度的綜合反映，不代表所在深度處實際地層固有的擊數。下土層對上覆土層的擊數將產生影響，同樣上覆土層對下臥層的擊數也將產生影響[6]，從圖4 可看出，上、下土層的密實度相差越大，“影響”就越大。地層動探擊數統計時，應剔除“超前”和“滯后”影響帶內的動探擊數[7-8]，這樣得出的擊數才真實反映該段地層的實際密實度。“超前”和“滯后”的規律為：當上覆為硬層、下臥為軟層時，其界面影響范圍大，而且超前反映段大于滯后反映段，影響范圍大小和上下地層強度的差值呈現正相關；當上覆為軟層、下臥為硬層時，其影響范圍較上述組合狀態小，且超前反映段小于滯后反映段[9]；當上下土層強度相近，雖有明顯土層界面存在，由于界面上、下土層的擊數差別不大，此時界面影響也就不明顯。

圖4 夾有薄層的動探［N-h］曲線圖

3 動探數據的處理

（1）卵石層中的軟弱透鏡體或者軟弱夾層，由于上、下層的影響，軟弱透鏡體或者軟弱夾層的擊數高于實際地層所反映的擊數，統計擊數時應剔除界面處“超前”和“滯后”的那部分動探擊數大值，取該層中間部分擊數小值的平均值代表軟弱透鏡體或者軟弱夾層的擊數值。

（2）當上、下層均為較松軟的土層時，中間的密實層的動探擊數平均值應剔除“超前”和“滯后”的那部分小的動探擊數值，取該層中間部分擊數大值的平均值[10-11]。

（3）動力觸探根據動探擊數、曲線形態、結合鉆探揭露的地層資料可進行力學分層，分層時應注意“超前”“滯后”現象，不同土層的超前滯后量是不同的。經對60 個鉆孔資料的統計分析，上為硬土層下為軟土層時，超前0.2～0.8 m，滯后0.2～0.3 m；上為軟土層下為硬土層時，超前0.1～0.3 m，滯后0.2～0.5 m。

（4）當界面上、下地層厚度都大于3 m 時，由硬土層進入軟土層分層界面的“超前”取值可按以下公式確定：

（5）當界面上、下地層厚度都大于3 m 時，由軟土層進入硬土層分層界面的“滯后”取值可按以下公式確定：

（1）、（2）式中：

N2 為桿長校正后的硬層平均擊數（N63.5），大于40 擊時按40 擊取值；

N1 為桿長校正后的軟層平均擊數（N63.5），小于4 擊時按4 擊取值；

Sc為由硬土層進入軟土層分層界面的“超前”取值(m)；

Sz為由軟土層進入硬土層分層界面的“滯后”取值(m)。

4 結論

（1）在上、下地層界面附近處，由于上覆和下臥土層性質、密度不同，動探擊數存在明顯的“超前”和“滯后”現象。

（2）計算單孔分層動探擊數平均值時，應剔除超前和滯后影響范圍內的異常值。

（3）當界面上、下地層厚度都大于3 m 時，由硬層進入軟層時分層界面“超前”值可按硬層擊數和軟層擊數比值的0.08 倍取值。由軟層進入硬層時分層界面“滯后”值可按硬層擊數和軟層擊數比值的0.05 倍取值。