鎮(zhèn)江界牌地區(qū)單橋與雙橋靜力觸探劃分地層的對(duì)比

匡祥文

摘 要 靜力觸探試驗(yàn)作為一種最常見的原位測試技術(shù)和勘察手段，在工程地質(zhì)勘察、監(jiān)測、檢測等方面應(yīng)用廣泛，其成果高效、即時(shí)。鎮(zhèn)江地區(qū)普遍采用單橋和雙橋靜力觸探，本文通過舉例工程簡單討論了單橋和雙橋靜力觸探劃分地層的對(duì)比。

關(guān)鍵詞 靜力觸探 單橋 雙橋 比貫入阻力 錐尖阻力 側(cè)壁摩阻力 地層

一、引言

鎮(zhèn)江界牌地區(qū)地貌區(qū)屬于長江三角洲平原區(qū)，為滿足市場需求和勘探要求，提高工作效率，降低勘察成本，在土層較復(fù)雜的場地以及不易取得原狀土樣的飽和砂（粉）土和靈敏度中-高的軟土層的勘察原位測試手段中，靜力觸探試驗(yàn)具有操作簡單、施工效率高、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，可以最大限度地避免鉆探、取樣、室內(nèi)試驗(yàn)等過程對(duì)巖土體原生結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)和原位應(yīng)力的釋放，通過觸探參數(shù)與土的工程地質(zhì)特性之間的關(guān)系來劃分地層、辨別土類及提供工程性質(zhì)參數(shù)。

單橋靜力觸探在我國最先得到推廣和普及，至今也是我國獨(dú)有的，鎮(zhèn)江地區(qū)在過去的長期的工程地質(zhì)勘察中采用單橋靜力觸探作為主要的原位測試手段，技術(shù)人員將單橋靜力觸探比貫入阻力ps與眾多的土性參數(shù)建立了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，但隨著雙橋靜力觸探試驗(yàn)的施工難度和成本的降低，雙橋靜力觸探在鎮(zhèn)江地區(qū)的應(yīng)用得到推廣。因單橋靜力觸探顯得功能單一，分辨率不高及與國際標(biāo)準(zhǔn)不接軌等缺點(diǎn)表現(xiàn)的比較明顯，再加上雙橋靜力觸探對(duì)地層分析的可靠性較單橋靜力觸探有明顯的優(yōu)勢，雙橋靜力觸探愈來愈受到廣大工程地質(zhì)勘察技術(shù)人員的青睞，因此建立單橋靜力觸探與雙橋、孔壓靜力觸探的關(guān)系很有必要，也很迫切。由于鎮(zhèn)江地區(qū)工程地質(zhì)界多使用單橋和雙橋，孔壓靜力觸探資料有限，故本文主要對(duì)單橋和雙橋靜力觸探劃分地層進(jìn)行對(duì)比討論。

二、單橋靜力觸探和雙橋靜力觸探的應(yīng)用

靜力觸探試驗(yàn)（Cone Penetration Test，簡稱CPT）是用靜力勻速將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的探頭壓入土中，同時(shí)量測探頭阻力，測定土的力學(xué)特性，具有勘探和測試雙重功能。適用于軟土、一般黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土，可根據(jù)工程需要采用單橋靜力觸探試驗(yàn)、雙橋靜力觸探試驗(yàn)、孔壓靜力觸探試驗(yàn)，可測定比貫入阻力ps、錐尖阻力qc、側(cè)壁摩阻力fs和貫入時(shí)的孔隙水壓力u。

單橋靜力觸探只能測得比貫入阻力ps，根據(jù)ps值的大小和ps-z曲線形態(tài)變化粗略進(jìn)行土類判別、劃分土層，由于數(shù)據(jù)形式單一，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，在土體分層應(yīng)用時(shí)具有局限性。對(duì)同一層土，由于其形成年代、成因、受荷條件不同，其ps值可以相差很多；同時(shí)，不同土層也可能有相同的ps值，如老黏土和砂層，僅有ps一個(gè)參數(shù)時(shí)對(duì)劃分土層、判別土類的分辨率較低，實(shí)際工程中往往借助于鉆孔取樣和工程經(jīng)驗(yàn)來對(duì)比分析。雙橋靜力觸探可測得錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力fs，然后計(jì)算出摩阻比Rf（Rf=fs/qc×100%），由此可劃分土類，并結(jié)合qc-z曲線、fs-z曲線和Rf-z曲線進(jìn)行分析對(duì)比，其分辨率就高得多，并綜合各類規(guī)范給出的qc、fs和Rf判別土類的分類圖來較方便地劃分土層和辨別土類，使得分析判據(jù)綜合性強(qiáng)，結(jié)果更準(zhǔn)確。就目前鎮(zhèn)江地區(qū)工程地質(zhì)勘察界靜力觸探試驗(yàn)的應(yīng)用現(xiàn)狀可以概述為：單橋靜力觸探占統(tǒng)治地位；雙橋靜力觸探應(yīng)用已經(jīng)開始推廣，但發(fā)展緩慢；孔壓靜力觸探只有少數(shù)單位在應(yīng)用。從勘察精度與功能上來說，孔壓靜力觸探優(yōu)于雙橋靜力觸探，雙橋靜力觸探優(yōu)于單橋靜力觸探。雖然雙橋靜力觸探較之單橋靜力觸探的工作更為復(fù)雜，但由于其數(shù)據(jù)更為全面且精度更高，且得到國際認(rèn)可，因而推廣雙橋靜力觸探的應(yīng)用及研究單橋和雙橋靜力觸探劃分地層的對(duì)比具有實(shí)際意義。

三、單橋靜力觸探和雙橋靜力觸探的對(duì)比研究

（一）對(duì)比試驗(yàn)

本文選取鎮(zhèn)江界牌地區(qū)的《界牌新農(nóng)村建設(shè)四期-1》工程地質(zhì)勘察報(bào)告為例，分析同一場地兩種不同探頭的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，主要研究單橋和雙橋靜力觸探劃分地層的應(yīng)用對(duì)比。使用的單橋和雙橋靜力觸探探頭規(guī)格如表1所示，記錄儀器為JC-H2型靜力觸探儀，自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，兩米回零一次，貫入方法為液壓動(dòng)力，貫入速度控制在1.2±0.3m/min。擬建項(xiàng)目界牌新農(nóng)村建設(shè)四期位于鎮(zhèn)江市丹陽界牌鎮(zhèn)西側(cè)，永紅路北側(cè)，通江路南側(cè)，小區(qū)40米大道東側(cè)。根據(jù)前期臨近鉆探勘察資料，場地地基土從上至下分別為第四系全新統(tǒng)（Q4）素填土、第四系全新統(tǒng)（Q4）長江沖淤積形成的粉質(zhì)黏土、粉砂夾粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂夾粉土、粉土夾砂、粉細(xì)砂及粉質(zhì)黏土、第四系上更新統(tǒng)（Q3）沖積相粉質(zhì)黏土、中細(xì)砂及中粗砂。

（二）劃分地層

目前鎮(zhèn)江界牌地區(qū)對(duì)于單橋靜力觸探采用目測經(jīng)驗(yàn)法，通過分析單橋靜力觸探曲線及統(tǒng)計(jì)原始數(shù)據(jù)，而單憑比貫入阻力ps不足以準(zhǔn)確判定土的類別，需根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和鉆孔取樣來輔助辨別土類、劃分土層。對(duì)于雙橋靜力觸探主要采用綜合確定法，以錐尖阻力qc為主，綜合考慮側(cè)壁摩阻力fs和摩阻比Rf進(jìn)行綜合分類，其他利用雙橋靜力觸探參數(shù)劃分土層和土類的方法還有：鐵道部第一設(shè)計(jì)院方法、北京鐵路局標(biāo)準(zhǔn)方法、鐵道部標(biāo)準(zhǔn)方法等。結(jié)合本地區(qū)勘察項(xiàng)目的地層特點(diǎn)，筆者在劃分地層中總結(jié)了些經(jīng)驗(yàn)，敘述如下：

第一，單橋靜力觸探劃分土類與力學(xué)分層。一是填土：觸探曲線變化毫無規(guī)律，往往表現(xiàn)為突變現(xiàn)象，位于地表，較好判定。二是粉質(zhì)黏土：觸探曲線中ps較大，曲線平緩，有緩慢的波形起伏，局部因結(jié)核存在有突變現(xiàn)象。三是淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：觸探曲線中ps較小，一般在0.4-1.0MPa，曲線平緩，夾薄層粉砂或粉土?xí)r有突變現(xiàn)象。四是粉土：觸探曲線起伏較大，波峰和波谷呈較緩短鋸齒狀（地下水位以下起伏較?。兓l率不高。五是粉細(xì)砂：觸探曲線起伏較大，波峰和波谷呈尖鋸齒狀，變化頻率大。六是對(duì)土中夾雜物或個(gè)別不同土質(zhì)的交互層或薄夾層而引起的ps值異常增大時(shí)，可不予考慮。

第二，雙橋靜力觸探劃分土類與力學(xué)分層。經(jīng)驗(yàn)表明，一是不同土層可能有相同的端阻，而側(cè)阻和摩阻比可大不相同，因此在劃分土層時(shí)，要求以端阻為主（即qc-h關(guān)系曲線），結(jié)合側(cè)阻、摩阻比進(jìn)行劃分，原則是同一分層內(nèi)的觸探參數(shù)值基本相近。二是填土：觸探曲線中位于表層且曲線變化無規(guī)律，往往表現(xiàn)為突變現(xiàn)象。三是粉質(zhì)黏土：觸探曲線中qc曲線呈較緩的波形起伏，變化緩慢，局部略有向右的突峰，fs曲線局部略有突峰，接近qc曲線，大部分位于qc曲線右側(cè)，當(dāng)土質(zhì)不均勻時(shí)局部交叉越過qc曲線，而Rf平均值一般在1.0-2.5之間。四是淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：觸探曲線中qc曲線較平直，fs曲線在qc曲線右側(cè)，間隔較小，曲線基本無起伏，而Rf平均值一般在1.0-3.0之間。五是粉土：觸探曲線中qc值較大，呈短鋸齒狀，齒峰較緩，fs曲線一般在qc曲線右側(cè)，局部間隔較大，偶爾fs曲線和qc曲線呈麻花狀交叉，而Rf平均值一般在0.8-2.0之間。六是粉細(xì)砂：觸探曲線中qc值較大，呈長鋸齒狀，起伏較大，fs曲線和qc曲線間隔不大，fs曲線尖峰處大部分在qc曲線左側(cè)，細(xì)砂中qc曲線和fs曲線的尖齒更為突出，局部呈不規(guī)則的、殘破的短鋸齒狀，fs曲線大部在qc曲線左邊，而Rf平均值一般在0.7-1.3之間。七是根據(jù)超前深度和滯后深度確定界面位置，一般可將超前、滯后總深度段中點(diǎn)偏向低端阻值（qc）層10cm處定為土層界面，當(dāng)上、下土層端阻值區(qū)別不明顯時(shí)，則應(yīng)結(jié)合Rf、fs值來確定。

第三，單橋和雙橋靜力觸探劃分地層的進(jìn)一步分析。傳統(tǒng)的單橋靜力觸探只能測量比貫入阻力ps，數(shù)據(jù)單一、圖形簡單，在已有大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的較小規(guī)模簡單場地能較好地滿足工程需要，但對(duì)于巖土種類較多的復(fù)雜場地，單橋靜力觸探就具有較大的局限性，而雙橋靜力觸探可以測得錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力fs，還能計(jì)算出摩阻比Rf，數(shù)據(jù)多元、圖形豐富，相比單橋靜力觸探具有測試能力強(qiáng)、分層更準(zhǔn)確等特點(diǎn)，單橋和雙橋靜探曲線的線型對(duì)比如表2所示。

本項(xiàng)目中將保存在記錄儀器中的靜探數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線批量傳輸至電腦內(nèi)，然后依次導(dǎo)入華巖V9.20（巖土工程勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)HY2000）中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制出各個(gè)孔的觸探曲線圖（ps-z，qc-z，fs-z），再根據(jù)曲線特征進(jìn)行分層，同時(shí)與場地機(jī)鉆鑒別相互對(duì)照、互為參考，綜合確定地層的巖土類別，劃分土層，最終生成靜力觸探曲線圖。

四、結(jié)語

本文對(duì)鎮(zhèn)江界牌地區(qū)地質(zhì)勘察項(xiàng)目中利用單橋與雙橋靜力觸探劃分地層的應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比探討，僅能代表長江三角洲平原區(qū)地貌中存在飽和砂（粉）土和黏性土的地層，如需推廣應(yīng)用還需進(jìn)一步驗(yàn)證和補(bǔ)充。單橋靜力觸探在我國早就開始使用，積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，但雙橋靜力觸探比單橋靜力觸探可測得參數(shù)更多，數(shù)據(jù)多元、圖形豐富，對(duì)比性好，用于勘測土層較復(fù)雜的場地及不易取得原狀土樣的飽和砂（粉）土和靈敏度中-高的軟土地層的力學(xué)性質(zhì)具有更大的優(yōu)越性，具測試能力強(qiáng)、分層更準(zhǔn)確等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中與鉆探孔連成地質(zhì)剖面，進(jìn)而相互對(duì)比，經(jīng)調(diào)整或修正后可以較準(zhǔn)確的劃分土層、辨別土類。在地層復(fù)雜、軟土深厚的鎮(zhèn)江界牌地區(qū)大量使用單橋和雙橋靜力觸探進(jìn)行測試，很好地滿足了工程的需要，提高了勘察質(zhì)量，保證了勘察效益，取得了較好的實(shí)踐效果，在目前工程地質(zhì)勘察市場趨于飽和，勘察費(fèi)用被壓縮的情況下，我們更應(yīng)該熟練掌握單橋和雙橋靜力觸探的性能、原理，在工程實(shí)踐中驗(yàn)證、補(bǔ)充、完善、總結(jié)、積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)今后的勘察工作具有很大幫助。

（作者單位為鎮(zhèn)江市地質(zhì)勘探隊(duì)）

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