圓錐動力觸探試驗機理及其在地勘中的應(yīng)用

文/杜文平 新疆土木建材勘察設(shè)計院（有限公司）阿克蘇分公司 新疆阿克蘇 843000

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圓錐動力觸探試驗機理及其在地勘中的應(yīng)用

文/杜文平 新疆土木建材勘察設(shè)計院（有限公司）阿克蘇分公司 新疆阿克蘇 843000

【摘要】地質(zhì)勘測在我國建筑物的施工與建設(shè)中是一項十分重要的內(nèi)容，其不僅能夠勘探出有關(guān)施工地質(zhì)條件、地理位置以及地形特征等不同的信息，還能夠促進施工進程與施工質(zhì)量的發(fā)展。本論文就在此基礎(chǔ)上先對圓錐動力觸探試驗的概念優(yōu)點、基本原理以及其在應(yīng)用中的基本方法作全面分析，再結(jié)合具體工程來深入探究其在地勘中的實際應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】圓錐動力；觸探試驗機理；地勘；應(yīng)用

一、圓錐動力觸探試驗的概念優(yōu)點與基本原理

從科學(xué)角度來說，圓錐動力觸探試驗（DPT）是在利用一定的錘擊動能的基礎(chǔ)上，結(jié)合標準規(guī)格大小的圓錐探頭，將其深入探入土中，并根據(jù)計算探入土中所受阻力的大小或者是探入土中一定深度的錘擊數(shù)量來判斷土層的變化程度，最后再利用科學(xué)的力學(xué)平衡對受力土層進行分析，確定土層的工程性質(zhì)，從而再對該施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)土層作全面的地質(zhì)評價，以供施工方的參考。

1.2圓錐動力觸探試驗的基本原理

筆者在此使用能量守恒定律來分析圓錐動力觸探試驗的基本原理。根據(jù)能量守恒定律，在圓錐探頭在土層里的一次錘擊中，其的能量變化公式如下：

Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee

其中Em表示的是錘頭在土層中錘心下落的總能量，而后面不同的能量則分別表示錘頭與觸探器、探刊側(cè)壁之間、土層之間產(chǎn)生的彈性形變的能量以及各自產(chǎn)生彈性形變而消耗的能量等。由該公式我們可以得出，在探頭深入到土層一定深度的時候，采取一定規(guī)格的落錘，并加以制動，就可以通過錘擊數(shù)量的大小來計算出土層所受阻力的多少。

二、圓錐動力觸探試驗的基本方法分析與工程簡介

2.1圓錐動力觸探試驗的基本方法

在圓錐動力觸探試驗中，共有三種不同類型的動力觸探，分別是輕型、重型以及超重型。

在輕型的動力觸探中：施工人員先需用電鉆在勘探土層中鉆至標高以上的0.2-0.3m的位置，然后再使用圓錐探頭對土層實施連貫觸探。在試驗的過程中也要注意穿心錘的落距需控制在0.02-0.50m之間，每隔0.02s需記錄下錘擊的數(shù)量狀況。在取樣過程中，只需將觸探桿拿出，換取鉆頭即可。而在重型與超重型的試驗過程中，在實施觸探操作前還需將觸探架平穩(wěn)設(shè)置，使其與地面保持垂直狀態(tài)，垂直誤差也許控制在2%之內(nèi)；在錘擊過程中，穿心錘的速率需控制在每分鐘20-30次數(shù)之間，這樣才能很好的在每隔0.02s的時間內(nèi)記錄下錘擊數(shù)量，如果連續(xù)三次錘擊的次數(shù)已經(jīng)超過50次，那么應(yīng)立即停止操作，結(jié)束本次試驗。

在方案中，研究對象的創(chuàng)新能力是識別的關(guān)鍵，筆者將借助團隊在前期研究中設(shè)計的創(chuàng)新能力評價模型進行選取。具體來說是利用計算機模糊認別技術(shù)和機器學(xué)習(xí)技術(shù)將整理得到的數(shù)據(jù)進行聚類處理和因素歸類處理，按評價模型的小類因素劃分；將處理得到結(jié)果形成因素數(shù)據(jù)庫，對因素庫的各類指標進行歸類和排序，再根據(jù)創(chuàng)新能力評價模型歸類排序結(jié)果，選取符合創(chuàng)新能力評價模型指標的個體。

2.2工程簡介

在本文中，筆者采用的是擬建的岑鞏注溪35kv的變電站的工程案例，這是一所據(jù)貴州省岑鞏縣近35km處的交流變電站，其據(jù)龍江河大致也有420m，據(jù)完全測量后發(fā)現(xiàn)，其占地面積為2187.5m2。需施工的地方位于該變電站的開關(guān)室與設(shè)備操控室，其中所含有的主要控制變壓器有2臺，測量的地基深度大致為1.0m，設(shè)計構(gòu)架的地基深度也大致為1.0m。

三、圓錐動力觸探試驗在地勘中的具體應(yīng)用

3.1實施圓錐動力觸探試驗

在正式實施圓錐動力觸探試驗之前，施工人員先對施工場地的地質(zhì)條件與地形狀況進行了全面的分析，并根據(jù)分析結(jié)果采取的是重型圓錐動力觸探設(shè)備，大致重量為63.5kg。并在此基礎(chǔ)上采取的是自動脫鉤的設(shè)置，這樣才能更好的控制穿心錘的自由下落運動，同時穿心錘的落距也能更好的在施工人員所能控制的范圍之內(nèi)，一切準備工作就緒，利用重型圓錐動力觸探試驗，就可以更好的了解施工場地土層的性質(zhì)狀況，進一步檢測出基巖面產(chǎn)生褶皺起伏的原因與狀況。

3.1.1錘擊數(shù)的記錄

在每隔0.02s的時間間隔內(nèi)，施工人員需細致記錄下穿心錘的連貫探入深度與錘擊的次數(shù)，為了更好的協(xié)調(diào)施工過程中的其他機械參數(shù)，筆者建議在該處工程中，施工人員可以采取記錄下每10個錘擊數(shù)的方法來了解觸探土層的受力狀況。

3.1.2計算試驗參數(shù)

在記錄下相應(yīng)的穿心錘錘擊數(shù)量之后，還需對所記錄下的數(shù)據(jù)與結(jié)果進行相應(yīng)的校正，這是需運用到一個計算公式，如下所示：

N’63.5=αN63.5

左邊的參數(shù)表示的是經(jīng)過校正之后的錘擊數(shù)量，而右邊的參數(shù)則表示的是實際測量的穿心錘在觸探過程中的錘擊數(shù)量或者是在經(jīng)過校正的觸探桿上所檢測出的錘擊數(shù)量。

3.1.3試驗參數(shù)的設(shè)置

在正式進行圓錐動力觸探試驗之前，施工人員采取的是重量為63.5kg的重型圓錐觸探設(shè)備，該重型圓錐觸探設(shè)備中共設(shè)置有鉆孔3個。

在計算相應(yīng)的試驗參數(shù)與指標時，可以采取一種利用平均值作單層分孔指標分布值的方法來實施。如果所計算出的平均值離散型較小，那么則證明該處土層的土質(zhì)狀況良好，較為平穩(wěn)均勻。另外，施工人員還可采取利用土層厚度加權(quán)平均法來計算施工場地單層分孔的分布指標。不同的探孔所測量出的平均試驗指標值也會有所不同，例如編號為ZK01的探孔，其所耕植的土質(zhì)平均指標值為2.98，而其的卵石層所分布的平均指標值為8.194；編號為ZK03的探孔，其所測量出的耕植土質(zhì)的平均指標值為2.235，其卵石層所分布的平均指標值為7.709‘編號為ZK03的探孔，其所耕植的土質(zhì)平均指標值為2.682，其卵石層所分布的平均指標值為7.503。綜合上述所測量出的土層平均試驗指標值，在耕植土中，其所受到的平均試驗指標值為2.61，而在卵石層中，其所受到的平均試驗指標值為7.70。

3.2地基承載負荷力的計算與確定

在本次工程中所采用的是重型圓錐動力觸探儀器，而施工人員只要根據(jù)其的錘擊次數(shù)N63.5，便可以計算出地基承載負荷力的大小。一般來說，在土層受到最大錘擊次數(shù)的錘擊時，其耕植土的承載負荷力就達到最高，反之受到較小錘擊次數(shù)多的錘擊后，耕植土的承載負荷力就會相應(yīng)的減少。而卵石層在受到最大錘擊次數(shù)的錘擊產(chǎn)生的承載負荷力還遠遠不及耕植土所承載的符合力，但是卵石層的承載負荷力綜合起來是遠遠高于耕植土的承載負荷力。因此，在具體施工中，施工人員也要依據(jù)具體的施工狀況來選擇合理的施工方法。

參考文獻：

[1]崔京浩，徐金明,劉紹峰，等.巖土工程實用原位測試技術(shù)[M] .北京：中國水利水電出版社，2007-04-15.

[2]徐超.巖土工程原位測試[M] .上海：同濟大學(xué)出版社，2005-08-11.