巖土工程勘察動力觸探中數(shù)據(jù)處理和地層界面深度的判定

張子祥

（甘肅煤炭地質勘察院，甘肅 蘭州 730000）

動力觸探是工程勘察中常規(guī)的原位測試方法，它具有判定地層界限深度和測試地層強度的雙重效能[1-2]，由于方法簡單、效率高、速度快、適用范圍廣，尤其對于碎石土或無法取樣的地層，動力觸探則更加顯示了優(yōu)越性，目前幾乎所有的工程項目都采用動力觸探方法，因此動力觸探數(shù)據(jù)的合理處理對于提交可靠的巖土工程勘察報告具有十分重要的意義，但由于地層強度和地層結構的不同，動力動探擊數(shù)的突變點深度并不是地層變化的深度點，存在“超前”和“滯后”現(xiàn)象[3-4]，其在軟弱夾層動探擊數(shù)的統(tǒng)計中必須剔除“超前”和“滯后”區(qū)間的異常值，本研究就動力觸探中數(shù)據(jù)處理和地層界面深度的判定提出處理方法。

1 動探擊數(shù)曲線地層界限處存在明顯的“超前”和“滯后”現(xiàn)象

筆者在甘肅某大型建筑場地的地基勘察中[5]，對60 個勘探點首先做了動力觸探試驗，然后再做取芯鉆探，在報告整理時，對動力觸探深度～擊數(shù)[N63.5—h]曲線和鉆孔實際地層柱狀圖作對照分析，發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：

（1）在勘察施工中的K22 孔地表下8.80～9.8 m處，為一層厚約1.0 m 粉土，其上覆為礫質土，下臥層為中密卵石層，在該層厚度范圍內，從圖1 可看出，動力觸探的擊數(shù)為N63.5=1～9 擊/10 cm，變化很大，而中部約0.6 m 厚度范圍內的擊數(shù)（N63.5=1 擊/10 cm）小，擊數(shù)值穩(wěn)定，其次擊數(shù)的突變點深度和地層界面深度不一致，中部約0.6 m 厚度范圍內的擊數(shù)反映了松散狀態(tài)粉土的力學性質，擊數(shù)突變點之間的厚度也不是實際地層的厚度，地層在上下界面附近的高擊數(shù)及漸變關系是由于上覆和下臥土層性質的影響所致，動探擊數(shù)曲線存在明顯的“超前”和“滯后”現(xiàn)象。

圖1 K22 鉆孔動探［N-h］曲線圖

（2）圖2 是依據(jù)K1、K2 兩個動探鉆孔繪制的埋深8.0 m 以下的工程地質剖面圖，圖中地層柱狀是依據(jù)實際開挖后的資料繪制，動探曲線利用的是開挖前的動探試驗數(shù)據(jù)。在K1 孔深14.8～17.8 m 處的粉砂動探測試結果為N63.5=3～5 擊/10 cm；在K2 孔深16.3～17.1 m 處同一層粉砂的動探測試結果為N63.5=6～10 擊/10 cm，上述兩孔相距不足20 m，屬于同一地層，埋藏深度接近，但兩孔的粉砂動探擊數(shù)卻相差近2 倍。為分析原因，基礎開挖過程中，對K1、K2動探孔位置處的粉砂層取樣進行土工試驗，其結果證明各項物理指標基本相同，分析認為擊數(shù)相差懸殊原因是K2 孔粉砂層處于透鏡體的邊緣，厚度薄，由于上、下卵石層的影響使粉砂層擊數(shù)明顯增大，同時也看出，在地層密實度相差較大的地層界面處，動探曲線的突變點深度和實際地層界限點深度相差0.2～0.4 m，動探曲線的“超前”和“滯后”現(xiàn)象非常明顯。

圖2 K1-K2 線工程地質剖面圖

2 地層界面對動探擊數(shù)（N63.5）的影響探討

（1）在不同地層界面上下，地層的動探擊數(shù)有明顯變化，動探擊數(shù)曲線存在提前反映段和滯后反映段，圖3 中T1、T2、T3、T4 是擊數(shù)突變點，在界面附近處擊數(shù)值呈漸變過渡，而不是突變；擊數(shù)值的突變點，出現(xiàn)在距界面上、下一定距離處，擊數(shù)突變點深度不代表地層界面深度，擊數(shù)突變點深度和實際地層界面深度相差0.1～0.4 m；T1 到T2 出現(xiàn) “超前” 反映是因為下部T2 所代表的粗砂層密實度小于上部T1 所代表的卵石層密實度，正常情況下地層密度小則擊數(shù)值低，反之地層密度大則擊數(shù)值高，圖3 中T1 反映的是高密度卵石層地層擊數(shù)，T3 反映的是低密度粗砂層地層擊數(shù)，而兩個地層接觸面附近，動探擊數(shù)值是上、下兩個地層擊數(shù)的綜合反映，該擊數(shù)值小于上部卵石的擊數(shù)T1，高于下部的粗砂層的擊數(shù)T3。所以勘察中不能完全依據(jù)突變點深度來確定地層埋深，應參照實際曲線及地層上、下的軟硬差異度做適當調整。

圖3 觸探曲線在不同地層界面處的反映

（2）依據(jù)60 個勘探點中多個土層界面處動探擊數(shù)的分析表明：土層界面上、下一定范圍內的土體性質都將對擊數(shù)產(chǎn)生影響，界面處動探擊數(shù)是界面上、下層地層密實度的綜合反映，不代表所在深度處實際地層固有的擊數(shù)。下土層對上覆土層的擊數(shù)將產(chǎn)生影響，同樣上覆土層對下臥層的擊數(shù)也將產(chǎn)生影響[6]，從圖4 可看出，上、下土層的密實度相差越大，“影響”就越大。地層動探擊數(shù)統(tǒng)計時，應剔除“超前”和“滯后”影響帶內的動探擊數(shù)[7-8]，這樣得出的擊數(shù)才真實反映該段地層的實際密實度?！俺啊焙汀皽蟆钡囊?guī)律為：當上覆為硬層、下臥為軟層時，其界面影響范圍大，而且超前反映段大于滯后反映段，影響范圍大小和上下地層強度的差值呈現(xiàn)正相關；當上覆為軟層、下臥為硬層時，其影響范圍較上述組合狀態(tài)小，且超前反映段小于滯后反映段[9]；當上下土層強度相近，雖有明顯土層界面存在，由于界面上、下土層的擊數(shù)差別不大，此時界面影響也就不明顯。

圖4 夾有薄層的動探［N-h］曲線圖

3 動探數(shù)據(jù)的處理

（1）卵石層中的軟弱透鏡體或者軟弱夾層，由于上、下層的影響，軟弱透鏡體或者軟弱夾層的擊數(shù)高于實際地層所反映的擊數(shù)，統(tǒng)計擊數(shù)時應剔除界面處“超前”和“滯后”的那部分動探擊數(shù)大值，取該層中間部分擊數(shù)小值的平均值代表軟弱透鏡體或者軟弱夾層的擊數(shù)值。

（2）當上、下層均為較松軟的土層時，中間的密實層的動探擊數(shù)平均值應剔除“超前”和“滯后”的那部分小的動探擊數(shù)值，取該層中間部分擊數(shù)大值的平均值[10-11]。

（3）動力觸探根據(jù)動探擊數(shù)、曲線形態(tài)、結合鉆探揭露的地層資料可進行力學分層，分層時應注意“超前”“滯后”現(xiàn)象，不同土層的超前滯后量是不同的。經(jīng)對60 個鉆孔資料的統(tǒng)計分析，上為硬土層下為軟土層時，超前0.2～0.8 m，滯后0.2～0.3 m；上為軟土層下為硬土層時，超前0.1～0.3 m，滯后0.2～0.5 m。

（4）當界面上、下地層厚度都大于3 m 時，由硬土層進入軟土層分層界面的“超前”取值可按以下公式確定：

（5）當界面上、下地層厚度都大于3 m 時，由軟土層進入硬土層分層界面的“滯后”取值可按以下公式確定：

（1）、（2）式中：

N2 為桿長校正后的硬層平均擊數(shù)（N63.5），大于40 擊時按40 擊取值；

N1 為桿長校正后的軟層平均擊數(shù)（N63.5），小于4 擊時按4 擊取值；

Sc為由硬土層進入軟土層分層界面的“超前”取值(m)；

Sz為由軟土層進入硬土層分層界面的“滯后”取值(m)。

4 結論

（1）在上、下地層界面附近處，由于上覆和下臥土層性質、密度不同，動探擊數(shù)存在明顯的“超前”和“滯后”現(xiàn)象。

（2）計算單孔分層動探擊數(shù)平均值時，應剔除超前和滯后影響范圍內的異常值。

（3）當界面上、下地層厚度都大于3 m 時，由硬層進入軟層時分層界面“超前”值可按硬層擊數(shù)和軟層擊數(shù)比值的0.08 倍取值。由軟層進入硬層時分層界面“滯后”值可按硬層擊數(shù)和軟層擊數(shù)比值的0.05 倍取值。