靜力觸探在南京地區(qū)土層以及土類劃分的探討

李峰+++劉蓋

南京位于長江中下游，區(qū)內(nèi)存在軟弱土層，粘性土與砂土互層，采用單一靜力觸探手段進(jìn)行定土名，問題較多。本文總結(jié)南京地區(qū)利用單橋、雙橋靜力觸探成果應(yīng)用方法，提出單橋靜探采用目測經(jīng)驗(yàn)法、雙橋靜探采用綜合法進(jìn)行成果運(yùn)用。

1、靜力觸探技術(shù)在南京地區(qū)的發(fā)展

靜力觸探（Cone Penetration Test，簡稱CPT），在80年代后期引入南京，目前，工程界使用的靜力觸探探頭有三種：單橋探頭、雙橋探頭和孔壓觸探頭。單橋靜力觸方法功能簡單，但是存在分辨率低，而且和國際標(biāo)準(zhǔn)不接軌等問題。雙橋靜力觸探雖已應(yīng)用，但發(fā)展比較緩慢，孔壓靜力觸探應(yīng)用則相對較少。因目前南京地區(qū)工程界限多使用單橋與雙橋，孔壓觸探仍處于學(xué)術(shù)界，故本文就單橋與雙橋觸探進(jìn)行論述。

靜力觸探在工程上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個方面：劃分土層判別土類、確定土的工程性質(zhì)指標(biāo)和巖土工程的設(shè)計(jì)參數(shù)。就勘察精度與功能來說，雙橋靜力觸探優(yōu)于單橋靜力觸探，技術(shù)對比如下：

1.1單橋探頭法

單橋靜力觸探只能測試比貫入阻力Ps，因此只能根據(jù)Ps-h（深度）曲線形態(tài)變化和 值的大小對土體進(jìn)行定名、分層。工程實(shí)踐中，對同一層土，由于其形成年代、成因、受荷歷時不同，其Ps值可相差很多。另外，不同土層也可能具有相同的Ps值。因此只用一個指標(biāo)Ps對土層定名分層的分辨率是比較低的。工程實(shí)踐中往往借助于鉆孔取樣來對比分析。

1.2雙橋探頭法

雙橋靜力觸探可測得兩個參數(shù)及錐尖阻力 和側(cè)摩阻力 。又可以計(jì)算出摩阻比 （ ），由此可劃分土類。根據(jù)該項(xiàng)測試資料可獲得兩條曲線，即 和 關(guān)系曲線。兩相對比，精度較高。側(cè)摩阻力 也是劃分土層的極好的參數(shù)。

2、靜力觸探曲線在南京地區(qū)的應(yīng)用

南京地區(qū)運(yùn)用單橋靜力觸探曲線的方法為目測經(jīng)驗(yàn)法，它是通過檢驗(yàn)靜探原始數(shù)據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)辨認(rèn)土類、劃分土層。因?yàn)閱螛蜢o力觸探儀只能獲得一個單數(shù)Ps，單憑這一參數(shù)不足以準(zhǔn)確判定土的種類。根據(jù)筆者在南京地區(qū)的確多年工作經(jīng)驗(yàn)，其力學(xué)分層、土類劃分標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）當(dāng)實(shí)測貫入阻力不超過表1所列的變動幅度時，可合并一層，見表1。

表1 值并層容許變動幅度（MPa）

實(shí)測范圍值 變動幅度

Ps≤1 ±0.1-0.3

1

3

（2）當(dāng)對于一些很薄的交互層或含薄層粉砂層，不應(yīng)按表1進(jìn)行分層，而應(yīng)以Psmax/Psmin≤2為分層標(biāo)準(zhǔn)。

（3）對土中夾雜物或個別不同土質(zhì)的薄夾層而引起的Ps值異常增大時，可不予考慮。

（4）南京地區(qū)不同土層 曲線特征，見表2。

表2 不同土層的 曲線特征

土層 Ps曲線征 狀態(tài)劃分

（參考） Ps線型

淤泥及淤泥質(zhì)粘性土 Ps值較小，一般在0.4～1.0MPa，曲線平緩，偶夾薄層粉土、粉砂，有突變現(xiàn)象

粘土及粉質(zhì)粘土 Ps值較大，曲線平緩，有緩慢的波形起伏，當(dāng)土層中有結(jié)核存在時，存在個別突變現(xiàn)象 Ps≤0.7 流塑

0.7

1.2

2.5

Ps>3.5 堅(jiān)硬

粉土 曲線起伏較大，其波峰及波谷呈圓形（地下水位以下起伏較），變化頻率不大 Ps>5 密實(shí)

2.5

Ps≤2.5 稍密

砂土 曲線起伏較大，類似粉土的變化，變化頻率大，波峰及波谷呈現(xiàn)尖形 Ps≤3.5 松散

3.5

6.0

Ps12.0 密實(shí)

雜填土 曲線變化無規(guī)律，往往出現(xiàn)突變現(xiàn)象

基巖風(fēng)化層 曲線起伏較大，波峰、波谷呈現(xiàn)圓形，變化頻率較大

雙橋靜探劃分土類與力學(xué)分層：

南京處于長江中下游，地貌單元主要為長江階地，長江漫灘，土的成因、成份、沉積年代、地層厚度及受地形、地貌等自然環(huán)境因素都將影響錐尖阻力qc值、fs值。南京地區(qū)運(yùn)用雙橋靜力觸探曲線的方法為綜合確定法。以Rf為主、以qc最大值為輔、一般曲線形態(tài)、特異曲線和土類等四因素綜合確定土類。

（1）Rf和土類的關(guān)系

根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第四版）第205頁圖3-4-6來劃分。

（2）錐尖阻力和土類的關(guān)系

靜力觸探探頭快速（每分鐘1m）壓入土體中，使土體迅速產(chǎn)生剪切破壞，錐尖阻力（qc）的大小主要與土的內(nèi)摩擦角（φ）密切相關(guān)，土顆粒越粗，φ值一般越大，各種類土的φ值有一定幅度范圍和常見最大值。其相關(guān)關(guān)系見表3。

表3

土類 Ip>17 17≥Ip>10 Ip<10 砂類土

qcmax 3 4 6 15.0

（3）曲線形態(tài)與土類的關(guān)系

表4

土層 曲線特征 Ps線型

填土 以粘性土為主的素填土和以生活垃圾為主的雜填土，曲線變化無規(guī)律，往往出現(xiàn)突變現(xiàn)象，由于其位于表層，比較好判定

軟土 qc曲線較平直，fs在qc右側(cè)，曲線偶爾局部有較大起伏

粘土 qc曲線比較平緩，有緩慢的波形起伏，局部略有突峰，fs曲線略有突峰，在曲線右側(cè)且距離較大

粉質(zhì)粘土 qc曲線比較平緩，有緩慢的波形起伏，局部略有突峰，fs曲線局部略有突峰，與qc曲線距離較粘土近，大部位于qc曲線右側(cè)，當(dāng)土質(zhì)不均時局部交叉越過qc曲線

粉土 qc值較大，曲線呈短鋸齒狀，齒峰較緩，fs曲線一般位于qc曲線右側(cè)，局部間隔較大，但偶爾也和qc曲線左右穿插

砂類土 qc值較大，曲線呈長鋸齒狀，fs 曲線一般和qc曲線間隔較小，曲線尖峰處大部位于qc曲線以左；砂類土顆粒不均勻時qc曲線和fs曲線的尖齒更為劇烈，局部呈不規(guī)則的、殘破的大鋸齒狀。

（4）特異曲線

4.1淤泥質(zhì)土和軟土層

實(shí)測對比發(fā)現(xiàn)，南京長江河漫灘廣泛的分布有飽和淤泥質(zhì)土、軟土層，其厚度大，qc≤1.5MPa，Rf值常見為0.8～1.0，曲線較平緩，其Ip>10，這類土僅從Rf判定，易判定為砂性土和粉土。

4.2）薄互層土

實(shí)測對比發(fā)現(xiàn)，南京長江河漫灘也廣泛的分布有粘性土與砂土相間的薄互層土，其Ip介于9～12之間，qc值、fs值較難確定，通過取樣對比分析，Rf在1.0～2.0之間時，當(dāng)qc<2.0 MPa時為淤泥質(zhì)粉土～淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，當(dāng)qc>2.0 MPa時為粉土。

3小結(jié)

利用靜力觸探試驗(yàn)成果，在我國早就使用，且積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐證明是可行的。但是由于我國幅員遼闊，各種成因類型的土都有，其土質(zhì)成份、沉積年代、地層厚度及結(jié)構(gòu)構(gòu)造，都將影響靜力觸探成果，出現(xiàn)曲線形態(tài)多彩多姿，易引起誤判。在南京地區(qū)應(yīng)用觸探成果流程為：

（1）應(yīng)根據(jù)相應(yīng)規(guī)范、規(guī)程應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范規(guī)程布置一定數(shù)量的鉆探孔，分層時和靜力觸探相互對照、互為參考，綜合劃分土層，使用單橋靜探成果時，必須要與鉆探孔印證；對有相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)和較小規(guī)模的工程，可單獨(dú)使用雙橋靜力觸探劃分土層。

（2）對每孔靜力觸探依據(jù)分層標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行宏觀分層，再與鉆探孔連成地質(zhì)剖面，相互對比后進(jìn)行調(diào)整或修正。

（3）先以雙橋曲線形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初判土名，再根據(jù)各層qc、fs和Rf平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)輔助判別修正，以此綜合判別出土類。

本文是本人多年來使用靜力觸探作為勘探手段與鉆探取樣試驗(yàn)對比后，并根據(jù)前人研究成果，對南京地區(qū)靜力觸探劃成果應(yīng)用的一種探討，難免有不周之處，待今后工程實(shí)踐驗(yàn)證中進(jìn)行補(bǔ)充、完善。以便更好為南京的建設(shè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《工程地質(zhì)手冊》（第四版） 中國建筑工業(yè)出版社

[2]《南京地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ32/J 12-2005）

[3]《靜力觸探技術(shù)規(guī)則》（TB38-93）

[4]《靜力觸探采用綜合法劃分土類的探討》 蔡守璋

[5]《基于靜力觸探技術(shù)的土層及土類劃分方法》 周森endprint