靜力觸探試驗在加固軟弱土地基質量檢驗中的應用

摘要 文章闡述了靜力觸探試驗的原理和方法，結合南充市嘉陵區公路項目實踐，分析了靜力觸探試驗在加固軟弱土地基質量檢驗中的應用，介紹了靜力觸探試驗試驗過程、數據處理及分析內容，得到了較好的檢測結論，并提出了靜力觸探試驗應用中需要注意的問題。通過對靜力觸探試驗的實際應用，可有效對軟弱土地基的加固效果進行評價，也可為類似項目提供參考。

關鍵詞 靜力觸探試驗；軟弱地基；質量檢驗；應用原理

中圖分類號 U412.22 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）04-0156-03

0 引言

軟弱土地基是工程建設中常見的一種地基類型，其承載力低、壓縮性高、穩定性差，給工程建設帶來了很大的困難。為了提高軟弱土地基的承載力和穩定性，需要進行加固處理。靜力觸探試驗是一種常用的地基土質檢測方法，可以對軟弱土地基的加固效果進行評價。該文主要探討了靜力觸探試驗在加固軟弱土地基質量檢驗中的應用。

1 靜力觸探試驗原理及方法

靜力觸探試驗是利用一種專用的靜力觸探裝置（簡稱觸探儀），通過測量土體在高壓靜載荷作用下的變形模量E及應力的變化情況，確定土的強度指標，判定其物理力學性質指標。它是由探桿、探具和探頭組成的，當壓力一定時，在規定時間內所施加的荷載稱為探桿所產生的有效應力，在觸探端所產生的荷載稱為有效貫入度。通過觸探儀可以得到土體的物理力學指標，以此來判定地基土是否滿足設計要求_[1]。

以靜壓力（相對動力觸探而言，無動力或少動力沖擊荷載）將一個內部裝有傳感器的圓錐形探頭以均速壓入土中，量測其貫入阻力。由于地層中各類土的軟硬程度不同。探頭所受的阻力不一樣，經傳感器將這種大小不同的貫入阻力通過電信號傳入到記錄儀中，再通過貫入阻力與土的工程地質特征定性及統計相關關系。實現按其所受阻力的大小劃分土層，確定土的工程性質，獲取土層剖面，用以推定原狀土與處理土的地基承載力。

靜力觸探試驗可以分為靜力觸探和動力觸探兩類，前者主要包括標準貫入儀（簡稱標貫）、圓錐動力觸探儀（簡稱圓錐）、單錘式動力觸探儀（簡稱單錘）等，后者主要包括重型圓錐動力觸探儀（簡稱重型圓錐）、重型圓錐動力觸探儀（簡稱重型圓錐）、輕型圓錐動力觸探儀（簡稱輕型圓錐）等。

2 靜力觸探試驗在軟弱土地基中的應用分析

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2011）規定，當天然地基承載力不能滿足設計要求時，可采用換填墊層法、振沖置換法、振沖樁、換填墊層與褥墊層聯合法，或采用樁基礎、復合地基等其他有效方法進行處理。對于軟弱土地基，靜力觸探試驗一般可用于判定樁基礎或復合地基的承載力特征值是否滿足設計要求。該方法具有操作簡便、直觀可靠、測試精度高等優點，因此得到廣泛應用。具體應用有以下幾個方面^[2-3]：

2.1 確定加固前軟弱土地基的物理力學性質

在進行軟弱土地基加固前，需要對土層進行詳細的調查，了解土層的物理力學性質。靜力觸探試驗可以提供土層的錐尖阻力、側壁摩阻力和貫入阻力等參數，為加固設計提供依據。

2.1.1 確定地基承載力

通過靜力觸探試驗可以測量土壤的重力響應曲線，從而計算出地基的承載力和極限壓力。根據響應曲線的形狀和特征，可以判斷土壤的性質、結構以及可能的缺陷，為設計合適的樁基礎提供依據。

2.1.2 地基穩定性分析

通過對靜力觸探試驗結果的分析，可以評估地基是否穩定可靠。如果響應圖形的峰值較高且分布均勻，說明地基具有較好的承載能力和穩定性；反之，則可能存在潛在的地質問題或施工質量問題導致的不良反應。

2.1.3 土體分類與評價

通過對比不同土體的響應曲線差異，可以將土體分為不同的類型，如砂土、粉土等。這有助于對不同類型的土體進行評估和選擇，以適應特定的工程需求。

2.2 評價加固后軟弱土地基的質量

在軟弱土地基加固過程中，需要對加固后的土層進行質量檢驗，以確保加固效果達到預期。靜力觸探試驗可以對加固后的土層進行檢測，評價其密實度、強度和壓縮性等指標，從而判斷加固效果是否滿足要求。例如樁身質量檢測：在鉆孔灌注樁施工過程中，可以通過靜力觸探試驗來檢測樁身的力學性能。通過比較樁身在不同位置的響應曲線變化，可以判斷樁身是否存在裂縫、變形等問題，及時采取措施修復或更換。沉降預測：通過分析靜力觸探試驗的結果，可以預測地面的沉降情況。沉降量的大小取決于地基承載力的強度和土層的厚度等因素的影響。因此，靜力觸探試驗可以幫助工程人員制定合理的沉降控制措施并避免不必要的損失。

2.3 指導軟弱土地基加固設計

根據靜力觸探試驗結果，可以對軟弱土地基的加固設計進行調整。例如，對于密實度較低的土層，可以采用加密法進行加固；對于強度較低的土層，可以采用加筋法進行加固。同時，靜力觸探試驗還可以為加固設計提供土層參數，如土層的錐尖阻力、側壁摩阻力和貫入阻力等。

總之，靜力觸探試驗在土地基中具有重要的實際意義，能夠幫助工程師們更好地了解土體特性、評估地基承載能力、預測沉降情況，并為樁基礎的設計和施工提供科學依據。

3 實例分析

3.1 項目概況

該項目位于南充市嘉陵區，技術標準按二級公路建設，設計速度采用40 km/h，路基寬度8.5 m。項目主要分布在地形寬緩區的山（丘）間寬谷或坳溝處，屬第四系全新統坡洪積層，其中K1+300～K1+420軟基厚度約10 m，K0+580～K0+960軟基厚度約2 m，下部基巖大多屬強風化泥巖。軟弱土主要以低液限黏土為主，含水量w=20%～42%，Ps=0.3～1.5 MP之間。

3.2 試驗過程

（1）貫入前，應先將觸探頭貫入土中0.5～1 m，然后提升5～10 cm，待記錄無明顯零漂移位時開始貫入。觸探的貫入速率應控制在（1.2±0.3）m/min范圍內，在同一檢測孔的實驗過程中宜保持勻速貫入。

（2）在貫入過程中，每隔2～3 m提升探頭一次，測讀零漂值，調整零位；反復直到終位，一般實驗深度為15 m左右。終止試驗時，必須測讀和記錄零漂值。測讀和記錄貫入阻力的測點間距宜為0.1～0.2 m，同一檢測孔的測點間距應保持不變。

（3）探桿全部拔離土體后及時清洗，拔出地錨，探頭須上潤滑保護，此時，試驗孔觸探結束。

3.3 試驗終止條件

（1）達到試驗要求的貫入深度。

（2）試驗記錄顯示異常。

（3）反力裝置失效。

（4）觸探桿的傾斜度已經超過了10 °。

3.4 數據處理與分析

（1）在場地的靜探試驗完成后，靜探微機連接臺式計算機，進行分層統計計算，根據各標準層地基土的力學指標確定同一土層，提供地基土變形模量參考值和承載力特征值^[4]。

p_s=K_p（ε_p?ε₀） （1）

q_c=K_q（ε_q?ε₀） （2）

f_s=K_f（ε_f?ε₀） （3）

α=f_f/q_c×100% （4）

式中，p_s——單橋探頭的比貫入阻力（kPa）；q_c——雙橋探頭的錐尖阻力（kPa）；f_s——雙橋探頭的側壁摩阻力（kPa）；α——摩阻比（%）；K_p——單橋探頭率定系數（kPa/με）；K_q——雙橋探頭的錐尖阻力率定系數（kPa/με）；K_f——雙橋探頭的側壁摩阻力率定系數（kPa/με）；ε_p——單橋探頭的比貫入阻力應變量（με）；ε_q——雙橋探頭的錐尖阻力應變量（με）；ε_f——雙橋探頭的側壁摩阻力應變量（με）；ε₀——觸探頭的初始讀數或零讀數應變量（με）。

（2）對于每個檢測孔，雙橋探頭應整理并繪制錐尖阻力、側壁摩阻力、摩阻比與深度的關系曲線，并以此曲線為主進行土層力學分層。

（3）檢測記錄及分析圖。根據對檢測樁號K1+410（左10 m）檢測數據，整理形成靜力觸探檢測記錄表，如表1所示。

根據靜力觸探檢測記錄表，形成比貫入阻力曲線圖，如圖1所示。

3.5 檢測結論

將原始數據經過相關驗算后，K1+410左10 m，孔觸探深度為0～3.6 m，結合比貫入阻力曲線圖，場地自上而下承載力符合設計要求。

4 靜力觸探試驗應用需注意的問題

當土層為飽和軟黏土，因土中含砂量較多，觸探時有一定的困難，可采用干取樣法；當土層為飽和軟土或地下水位較高時，應盡量采用靜力觸探試驗確定土的地基承載力特征值；在進行靜力觸探試驗時，應保證鉆頭與地面垂直，避免鉆穿軟土層而引起事故；為了減少貫入阻力的損失，可在錐尖上裝一個或兩個小鉛錘，通過調整鉛錘的重量來控制其貫入深度；為使土樣在貫入過程中能保持較高的密實度，應注意^[5]：

（1）取樣時應注意避免損傷土樣。

（2）由于土的密實度隨深度增加而降低，為使土的密實度保持穩定，應在試驗后及時測定土樣的密度，并盡快測定土樣的密實度。

（3）采用圓錐動力觸探時，其貫入速度控制在2～3 m/min為宜。

（4）試驗結束后應立即進行土樣的密度和土的承載力等指標測定。

（5）當采用靜力觸探試驗確定地基承載力時，為減少對建筑結構的影響，可在建筑物結構底部鋪設一層50～60 mm厚的砂層作為墊層。

（6）對于液化土層，應將該土層視為正常土處理。

（7）當采用靜力觸探擊數確定地基承載力時，宜每貫入一次記一次擊數，當用其他方法確定地基承載力時，可每貫入一次記一次擊數。

5 結語

靜力觸探試驗是一種有效的地基土質檢測方法，可以對軟弱土地基的加固效果進行評價。通過對軟弱土地基進行靜力觸探試驗，可以為地基加固設計提供依據，確保加固效果達到預期。在實際工程中，應充分利用靜力觸探試驗這一方法，對軟弱土地基進行質量檢驗和加固設計。

參考文獻

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[5]李靜. 靜力觸探在高速公路軟土路基勘察中的應用[J]. 建筑工程技術與設計， 2018（12）： 253.

收稿日期：2023-12-08

作者簡介：青明軍（1973—），男，本科，工程師，從事道路橋梁工程試驗檢測工作。