輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)在吉林省中部城市供水工程基槽驗(yàn)收中的應(yīng)用

劉 刊，呂 赫，趙海闊

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春 130021）

0 引言

工程地基驗(yàn)收是工程建設(shè)過(guò)程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，地基對(duì)整個(gè)工程的重要性不言而喻，關(guān)乎到工程地基是否能滿足要求，是工程建設(shè)施工中的重中之重[1]。對(duì)地基的驗(yàn)收有定性與定量?jī)煞N方式，定性是地基開(kāi)挖后地勘人員現(xiàn)場(chǎng)查勘判斷是否符合前期勘探資料，定量是地基開(kāi)挖后通過(guò)試驗(yàn)設(shè)備對(duì)地基進(jìn)行檢測(cè)[2]。

輕型動(dòng)力觸探儀器輕便，原理簡(jiǎn)單，能快速得出地基承載力、均勻性，在工程中較為常用，但實(shí)際工作生產(chǎn)過(guò)程中，施工期輕型動(dòng)力觸探數(shù)值遠(yuǎn)小于勘察期試驗(yàn)數(shù)值。根據(jù)輕型動(dòng)力觸探定量判斷是否滿足驗(yàn)收普遍存在爭(zhēng)議，現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)例對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行探討。

1 輕型動(dòng)力觸探原理

1.1 輕型動(dòng)力觸探簡(jiǎn)介

動(dòng)力觸探分為輕型、重型和超重型3種試驗(yàn)，是利用一定質(zhì)量的重錘，將與探桿相連接的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的探頭打入土中，根據(jù)探頭貫入土中一定距離時(shí)所需要的錘擊數(shù)，判斷土的力學(xué)特性。觸探儀主要包括落錘、擊錘桿、觸探桿、觸探頭等，參見(jiàn)圖1。

圖1 輕型觸探儀[5]

輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，首先鉆至試驗(yàn)土層標(biāo)高，保持探桿垂直，使落錘（10 kg）自由下落50 cm，將觸探頭豎直打入土層中，記錄每打入土層30 cm的錘擊數(shù)N10。當(dāng)N10＞100或貫入15 cm錘擊數(shù)超過(guò)50時(shí)，采用分段記錄，以每貫入10 cm記錄一次相應(yīng)的錘擊數(shù)，整理資料時(shí)按30 cm所需的擊數(shù)作為指標(biāo)計(jì)算。動(dòng)力觸探連續(xù)貫入，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制深度~擊數(shù)曲線，見(jiàn)圖2。

圖2 深度~擊數(shù)曲線

1.2 輕型動(dòng)力觸探特征分析

動(dòng)力觸探從地面向地基連續(xù)貫入時(shí)影響因素較多，但得到的貫入擊數(shù)與深度曲線圖有著共同特征和規(guī)律[4]。在貫入的初始階段，動(dòng)探擊數(shù)隨著貫入深度的增加而增大，地面產(chǎn)生隆起、開(kāi)裂，當(dāng)貫入到一定深度后，動(dòng)探擊數(shù)值漸趨于穩(wěn)定，地表變形不再繼續(xù)，在深度~擊數(shù)曲線上有較明顯的變化點(diǎn)，此處深度稱為動(dòng)力觸探臨界深度，在地面下的臨界深度以上時(shí)，土體以剪切形變?yōu)橹鲗?dǎo)。隨著貫入深度逐漸增加，土的側(cè)向約束力增大，剪切變形逐漸失去主導(dǎo)地位，并逐漸讓位于地基土的壓縮形變[3]，對(duì)于均一的地層，擊數(shù)趨于穩(wěn)定。當(dāng)貫入深度達(dá)到土層分界線附近且下層土體密實(shí)、承載力程度較低時(shí)，貫入擊數(shù)變低，產(chǎn)生沖穿。詳見(jiàn)圖3。

圖3 動(dòng)力觸探儀原理

2 實(shí)例分析

2.1 基本工程概況

吉林省中部城市引松供水工程為大型引調(diào)水工程，工程等別亦為Ⅰ等。吉林引松二期工程共包括11條輸水支線和1座調(diào)蓄水庫(kù)，線路總長(zhǎng)約280 km，供水范圍為長(zhǎng)春市、四平市、遼源市3個(gè)地級(jí)市。大部分為開(kāi)挖埋管回填方式施工，地基巖性主要為粘土、砂土等[6,7]。

九德支線供水對(duì)象為九臺(tái)區(qū)和德惠市，設(shè)計(jì)流量5.57 m3/s，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)。供水工程主要包括調(diào)蓄水庫(kù)、九德取水口、有壓輸水隧洞、石頭口門水庫(kù)至九臺(tái)分水口供水管線、交叉及附屬建筑物等，線路全長(zhǎng)68 km。

2.2 基本工程地質(zhì)條件

2.2.1 地形地貌

九德支線總體走向由南向北，地貌單元主要有漫灘階地、波狀臺(tái)地。漫灘階地分布在九臺(tái)新區(qū)段，為飲馬河河床右岸，地勢(shì)較平坦，微向河床傾斜，坡度為2°～3°，地面標(biāo)高168.5～170.5 m，高出河水面2.0～4.5 m，組成巖性為第四系全新統(tǒng)沖積堆積的黃褐色低液限粘土、灰色低液限粘土、級(jí)配不良砂。波狀臺(tái)地分布在德惠末端段，一般地面坡度為3°～5°，其上為耕地（旱田），沖溝不發(fā)育，地面標(biāo)高168.0～175.5 m。由第四系中更新統(tǒng)沖積黃褐色低液限粘土組成。

2.2.2 地層巖性

工程區(qū)地層由第四系全新統(tǒng)沖積物（Q4al）、中更新統(tǒng)沖洪積物（Q2apl）組成，巖性自上而下分述。

1）全新統(tǒng)沖積物（Q4al）

人工填土：雜色，成份混雜，巖性不一，以雜填土和粘土為主。厚度一般1.5～2.5 m，多分布在路基及堤防部位。

黃褐色低液限粘土：可塑，表部含植物根系。厚度一般1.5～4.0 m，分布在漫灘階地表部。

灰色低液限粘土：可塑～軟塑，含少量中粗砂，具有腥臭味，含未腐爛的植物根系及氧化鐵污染斑點(diǎn)。厚度一般0.8～4.2 m，分布在漫灘階地黃褐色低液限粘土以下，地層不連續(xù)，局部缺失。

級(jí)配不良砂：表部1.0～2.0 m為黃綠色，濕，中密，以中細(xì)砂為主，少量粗砂、礫石；下部為灰綠色，飽和，密實(shí)，以粗砂、礫石為主，中細(xì)砂次之，少量粘粒、粉粒。厚度大于5.0 m，分布于漫灘階地下部。

2）中更新統(tǒng)沖洪積物（Q2apl）

低液限粘土：黃褐色，可塑，含少量砂粒，具有蒜瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)，兼有氧化鐵污染斑點(diǎn)及鐵質(zhì)結(jié)核，表層有0.3 m的耕植土。厚度大于10.0 m，分布于波狀臺(tái)地的表部。

2.2.3 地下水

引水線路按地下水按埋藏條件為第四系松散層中的孔隙潛水，孔隙潛水賦存于級(jí)配不良砂層，具有弱承壓性，含水層厚度不均，水量豐富，地下水位埋藏深0.5～3.5 m，接受大氣降水補(bǔ)給，汛期地下水受河水補(bǔ)給，平水及枯水期地下水補(bǔ)給河水。

2.3 輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果

九德支線某段基礎(chǔ)開(kāi)挖驗(yàn)收，基槽深3.0 m。地貌為漫灘，地勢(shì)平坦。地層為黃褐色低液限粘土（Q4al），可塑狀態(tài)?；坶_(kāi)挖后，基底、側(cè)壁干燥，未見(jiàn)地下水。在基槽底部按梅花形布置試驗(yàn)點(diǎn)位，進(jìn)行輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)[4]。檢測(cè)試驗(yàn)詳見(jiàn)圖4，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，2。

圖4 基坑開(kāi)挖檢測(cè)示意圖

表1 基槽開(kāi)挖后輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果

表2 前期勘探時(shí)輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果

基槽開(kāi)挖后（深3.0 m）進(jìn)行輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，數(shù)值為4～9擊，平均值為6.25擊，承載力平均值為55 kPa。而在前期勘探時(shí)，同等深度處進(jìn)行輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)（圖4），數(shù)值為14～18擊，平均值為15.5擊，承載力平均值為92.5 kPa。試驗(yàn)結(jié)果相差過(guò)大。

3 討論

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，基槽開(kāi)挖后試驗(yàn)數(shù)值和前期勘探時(shí)相比出現(xiàn)嚴(yán)重差異，原因主要有5點(diǎn)。

1）輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)應(yīng)連續(xù)貫入。根據(jù)規(guī)范GB 50202-2018《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[3]，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)試驗(yàn)貫入深度應(yīng)為2.1 m，然后繪制深度~擊數(shù)曲線，根據(jù)曲線分析一定深度的穩(wěn)定數(shù)據(jù)。

初始階段，動(dòng)力觸探從地面開(kāi)始貫入，動(dòng)力觸探擊數(shù)是隨著貫入深度的增加而增大，相應(yīng)地表發(fā)生開(kāi)裂、隆起等變形，土體是以剪切變形為主。當(dāng)貫入深度達(dá)到某一深度之后，觸探數(shù)值趨于穩(wěn)定，地表變形也相應(yīng)地不再繼續(xù)發(fā)展，土體主要表現(xiàn)為壓縮變形。根據(jù)輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)原理，地表附近貫入擊數(shù)必然很低，為異常數(shù)據(jù)，不能以地表的數(shù)據(jù)判定地基承載力。

2）操作是否符合規(guī)范。動(dòng)力觸探試驗(yàn)有3種，分輕型動(dòng)力觸探、重型動(dòng)力觸探和超重型動(dòng)力觸探，它們?cè)硐嗤?，操作手法相同，但記取?shù)據(jù)不同，輕型動(dòng)力觸探為每30 cm計(jì)數(shù)，重型動(dòng)力觸探為每10 cm計(jì)數(shù)，并且每貫入1.0 m應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)探桿一圈。在實(shí)際操作過(guò)程中應(yīng)注意這些細(xì)節(jié)，否則失之毫厘，謬以千里。

3）要用多種方法綜合判斷。根據(jù)GB 50202-2018，當(dāng)一種檢驗(yàn)結(jié)果存在不確定性時(shí)，應(yīng)結(jié)合其他檢驗(yàn)方法綜合判斷。因?yàn)閹r土學(xué)科更多的是一種經(jīng)驗(yàn)學(xué)科[12-15]，每種檢驗(yàn)方法都有其適用性和局限性。施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)以前期勘探數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，積極聽(tīng)取地質(zhì)專家意見(jiàn)。

4）著重查驗(yàn)承載力均勻性。根據(jù)GB 50202-2018，施工期檢驗(yàn)時(shí)，主要查勘地層是否符合前期勘探資料，采用輕型動(dòng)力觸探主要為查驗(yàn)承載力均勻性，防止地基產(chǎn)生不均勻沉降。

5）施工過(guò)程不規(guī)范?；娱_(kāi)挖時(shí)，施工人員用鉤機(jī)直接開(kāi)挖至建基面，未按規(guī)范要求預(yù)留保護(hù)層，開(kāi)挖后基坑底部土層發(fā)生擾動(dòng)，導(dǎo)致?lián)魯?shù)較低，承載力變低。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)原理，地表附近貫入擊數(shù)低，為異常數(shù)據(jù)，不能作為判定地基承載力依據(jù)。

巖土工程是一種經(jīng)驗(yàn)學(xué)科，每種檢驗(yàn)方法都有其適用性和局限性，要用多種方法綜合判斷。

巖土從業(yè)人員要加強(qiáng)自身專業(yè)素質(zhì)，對(duì)各工程試驗(yàn)，不僅要熟悉操作過(guò)程，而且要掌握試驗(yàn)原理。建筑工程的安全關(guān)系到社會(huì)、人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全，各從業(yè)人員應(yīng)牢記在心。