扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)和圓錐動力觸探試驗(yàn)的中美測試標(biāo)準(zhǔn)差異研究

柳旻 夏玉云 王冉 陳金安 崔碩軒

摘要：目前，海外工程項(xiàng)目的巖土工程勘察多采用歐美標(biāo)準(zhǔn)，深入學(xué)習(xí)并消化歐美標(biāo)準(zhǔn)有助于中國企業(yè)執(zhí)行海外項(xiàng)目。針對國內(nèi)外巖土工程勘察中常用的扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)和圓錐動力觸探試驗(yàn)，從設(shè)備規(guī)格、適用范圍、試驗(yàn)技術(shù)要求和試驗(yàn)成果應(yīng)用4個方面，重點(diǎn)分析對比了美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)和中國巖土工程標(biāo)準(zhǔn)體系的差異。結(jié)果表明：中美標(biāo)準(zhǔn)中扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)設(shè)備規(guī)格基本相同，局部設(shè)備、技術(shù)要求、公式、操作和數(shù)據(jù)記錄存在少許差異；中美圓錐動力觸探試驗(yàn)技術(shù)要求沒有太大差異，但在試驗(yàn)終止條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄要求等方面有一定區(qū)別。研究結(jié)果可為中國實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略的勘察設(shè)計(jì)企業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：巖土工程； 美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)； 中國巖土工程標(biāo)準(zhǔn)體系； 原位試驗(yàn)

中圖法分類號：TU192

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.06.018

文章編號：1006-0081（2023）06-0094-05

0 引 言

隨著“一帶一路”倡議的推進(jìn)，中資勘察設(shè)計(jì)企業(yè)越來越多地在海外廣泛承接大型公路、鐵路、水利水電工程項(xiàng)目。目前，海外巖土工程勘察設(shè)計(jì)普遍采用歐美國標(biāo)準(zhǔn)，尤其以美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)、AASHTO標(biāo)準(zhǔn)及英國BS標(biāo)準(zhǔn)為主，因此，學(xué)習(xí)并消化歐美國標(biāo)準(zhǔn)是中資企業(yè)執(zhí)行海外項(xiàng)目更為現(xiàn)實(shí)的策略和選擇［1］。

近年來，前人針對中、美、歐規(guī)范的相關(guān)解讀進(jìn)行了諸多探討［1-3］，給在海外從事巖土工程勘察的中方人員帶來較多啟示和幫助。但目前多為宏觀分析，或僅涉及常用的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（SPT）、旁壓試驗(yàn)（PMT）、載荷試驗(yàn)（PLT）等，對于扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)（DMT）和圓錐動力觸探試驗(yàn)（DPT）的對比分析較少。

扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)［4-5］可作為一種特殊的旁壓試驗(yàn)，優(yōu)點(diǎn)在于簡單、快速、重復(fù)性好且便宜，能夠獲取多種巖土參數(shù)。圓錐動力觸探試驗(yàn)具有設(shè)備簡單、測試方便、精度較好、工效較高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)［6-8］。本文主要通過設(shè)備規(guī)格、適用范圍、技術(shù)要求及成果應(yīng)用等方面，將中國現(xiàn)行巖土工程標(biāo)準(zhǔn)［9-10］同美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)中涉及的以上兩種設(shè)備的差異性進(jìn)行對比研究，以期為海外巖土工程勘察提供參考。

1 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)對比

1.1 設(shè)備規(guī)格

中國標(biāo)準(zhǔn)的扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)設(shè)備構(gòu)件見圖1和圖2，美國標(biāo)準(zhǔn)的扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)設(shè)備構(gòu)件見圖3，中美扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)設(shè)備規(guī)格對比見表1。由圖表可以看出，兩國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)備規(guī)格基本相同，局部因設(shè)備生產(chǎn)品牌差異存在細(xì)微規(guī)格差別。

1.2 適用范圍

中國和美國標(biāo)準(zhǔn)中扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的適用范圍見表2。由表2可以看出兩者基本類似，但也存在一定的差異。

1.3 試驗(yàn)技術(shù)要求

中國扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)時膨脹片貫入速度宜為2 cm/s，美國標(biāo)準(zhǔn)中貫入速度為13 cm/s，美國標(biāo)準(zhǔn)中還對扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)推進(jìn)膨脹片的方法做了規(guī)范化的要求描述，確保滿足試驗(yàn)要求。

中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的試驗(yàn)點(diǎn)間距可取20～50 cm，而美國標(biāo)準(zhǔn)中扁鏟試驗(yàn)的試驗(yàn)點(diǎn)間距可取15～30 cm。對于扁鏟側(cè)脹消散試驗(yàn)部分，中國標(biāo)準(zhǔn)對測讀時間間隔做了具體規(guī)定，可取1，2，4，8，15，30 min和90 min，以后每90 min讀一次直至消散結(jié)束。美國標(biāo)準(zhǔn)中對此未做具體詳細(xì)的規(guī)定。對于試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)，中國標(biāo)準(zhǔn)和美國標(biāo)準(zhǔn)采取了完全相同的數(shù)據(jù)處理方式，處理公式完全一致。

總體上看，中國標(biāo)準(zhǔn)和美國標(biāo)準(zhǔn)對扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的技術(shù)要求及數(shù)據(jù)處理公式方法沒有太大差異，但在試驗(yàn)探頭貫入形式、試驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)記錄要求等方面有少許差異。

1.4 試驗(yàn)成果應(yīng)用

通過扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)值及試驗(yàn)指標(biāo)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)可劃分土類，確定黏性土狀態(tài)，計(jì)算靜止側(cè)壓力系數(shù)、超固結(jié)比OCR、不排水抗剪強(qiáng)度、變形參數(shù)，進(jìn)行液化判別等。在中國標(biāo)準(zhǔn)中，基于扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)，利用有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，可以換算以上力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，同時也可用于評價地基承載力、判別液化。但由于中國幅員遼闊，地質(zhì)情況多樣且復(fù)雜，無法總結(jié)出統(tǒng)一的經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，只能在各地區(qū)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中總結(jié)出適用的經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。美國標(biāo)準(zhǔn)中，基于扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)，可根據(jù)相關(guān)關(guān)系換算出豎向應(yīng)力、側(cè)向應(yīng)力和模量、孔隙水壓力等。

2 圓錐動力觸探試驗(yàn)對比

2.1 設(shè)備規(guī)格

中美兩國主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的動力觸探試驗(yàn)設(shè)備規(guī)格見表3、圖4和圖5。由圖表可以看出，中國和美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)備規(guī)格有一定不同。

2.2 適用范圍

中國和美國標(biāo)準(zhǔn)中動力觸探試驗(yàn)的適用范圍見表4，可以看出兩者基本類似，但也存在差異。

2.3 試驗(yàn)技術(shù)要求

中國和美國標(biāo)準(zhǔn)對動力觸探試驗(yàn)的技術(shù)要求差異性較小，但在試驗(yàn)終止條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄要求等方面有一定不同。

試驗(yàn)前，中美兩國標(biāo)準(zhǔn)中都要求檢查各組件磨損程度，確保滿足試驗(yàn)要求，設(shè)備安裝到位，保證各組件連接緊固，且探桿與探孔或地面保持垂直。中國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：輕型動力觸探試驗(yàn)在安裝好試驗(yàn)設(shè)備后，對所要進(jìn)行試驗(yàn)的土層連續(xù)擊入探頭，以每貫入30 cm時的錘擊數(shù)為試驗(yàn)指標(biāo)，用N10表示；當(dāng)遇到密實(shí)土層，其貫入30 cm的錘擊數(shù)大于100擊或貫入15 cm的錘擊數(shù)大于50擊時即可停止試驗(yàn)。

重型和超重型動力觸探試驗(yàn)技術(shù)要求為：采用自動落錘裝置，地面以上觸探桿不宜超過1.5 m，連續(xù)貫入，錘擊速率宜為15～30擊/min，以每貫入10 cm時的錘擊數(shù)為試驗(yàn)指標(biāo)，用N63.5或N120表示；每貫入1 m宜將觸探桿轉(zhuǎn)動一圈半，觸探深度超過10 m時，每貫入20 cm宜轉(zhuǎn)動觸探桿一次；當(dāng)重型動力觸探連續(xù)3次N63.5都大于50擊時，可停止試驗(yàn)或改用超重型動力觸探。

美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：安裝好試驗(yàn)設(shè)備后，先保證待測土層頂面與探頭零點(diǎn)位置平齊，連續(xù)擊入探頭，記錄錘擊次數(shù)和相應(yīng)總貫入度；當(dāng)錘擊數(shù)達(dá)到5擊、貫入度小于2 mm或手柄偏移垂直位置超過75 mm時應(yīng)停止試驗(yàn)，并移至與原位置距離大于300 mm的新位置再進(jìn)行下一個試驗(yàn)；同時也規(guī)定，在數(shù)據(jù)記錄時，通常情況下，在固定的錘擊數(shù)后讀取貫入度，1擊表示軟層，5擊表示正常土層，10擊為高阻力土層。當(dāng)土層特性或貫入速率發(fā)生顯著變化時，應(yīng)立即讀取貫入度。

對于試驗(yàn)結(jié)果實(shí)測數(shù)據(jù)，中國標(biāo)準(zhǔn)中的輕型動力觸探試驗(yàn)和美國ASTM中的動態(tài)圓錐貫入試驗(yàn)均不作任何修正。中國標(biāo)準(zhǔn)中，重型和超重型動力觸探試驗(yàn)需要對現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行桿長和地下水的相應(yīng)修正。

2.4 試驗(yàn)成果應(yīng)用

中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：觸探指標(biāo)大小可以反映不同地基土的密實(shí)度、地基承載力和其他工程性質(zhì)指標(biāo)大小，因此根據(jù)圓錐動力觸探試驗(yàn)的觸探曲線，并結(jié)合場地鉆探資料和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，對場地地層進(jìn)行力學(xué)分層，但需考慮觸探的界面效應(yīng)。

GB 50021-2001（2009年版）《巖土工程勘察規(guī)范》中規(guī)定了根據(jù)重型和超重型觸探試驗(yàn)判定碎石土密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)，見表5。值得注意的是，表5中采用的圓錐動力觸探試驗(yàn)擊數(shù)為經(jīng)桿長和地下水修正后的修正值。

在中國標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)圓錐動力觸探試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)，基于相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，可換算出地基土承載力、變形模量、單樁承載力、抗剪強(qiáng)度等力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，同時也可以用于評價地基均勻性和確定地基持力層。但由于中國幅員遼闊，地質(zhì)情況多樣且復(fù)雜，無法總結(jié)出統(tǒng)一的經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，只能在各地區(qū)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中總結(jié)出適用的經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，此處不一一列出。

美國ASTM D6951中指出，基于動態(tài)圓錐貫入試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)，可根據(jù)相關(guān)關(guān)系換算出地基土的CBR（加州承載比）或抗剪強(qiáng)度，見表6。

3 結(jié) 論

（1） 中美標(biāo)準(zhǔn)中的扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)設(shè)備規(guī)格基本相同，局部因設(shè)備生產(chǎn)品牌差異存在細(xì)微差別。中國和美國標(biāo)準(zhǔn)對扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的技術(shù)要求及數(shù)據(jù)處

理公式方法差異較小，但在試驗(yàn)探頭貫入形式、試驗(yàn)

操作和數(shù)據(jù)記錄要求等方面有少許差異。在中美標(biāo)準(zhǔn)中，均可利用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)數(shù)據(jù)換算相應(yīng)的巖土參數(shù)。

（2） 中美兩國主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的動力觸探試驗(yàn)設(shè)備規(guī)格有一定的不同。中國和美國標(biāo)準(zhǔn)中動力觸探試驗(yàn)的適用性基本類似，但也存在差異。中國和美國標(biāo)準(zhǔn)中，對動力觸探試驗(yàn)的技術(shù)要求沒有太大差異，但在試驗(yàn)終止條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄要求等方面有一定不同。中國標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)觸探指標(biāo)判斷地基土的密實(shí)度、地基承載力和其他工程性質(zhì)指標(biāo)，美國標(biāo)準(zhǔn)可利用動態(tài)圓錐貫入試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)獲取地基土的CBR或抗剪強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 劉衛(wèi)民，丁小軍，谷志文，等.歐美巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)解讀［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

［2］ 成利民，孫寧.中、美、歐巖土工程勘察規(guī)范差異性分析［J］.水運(yùn)工程，2018（6）：225-230，236.

［3］ 周貽鑫.中、美、歐巖土工程勘察規(guī)范對比研究［D］.南京：東南大學(xué)，2015.

［4］ ASCE.Standard Test Method for Performing the Flat Plate Dilatometer（ASTM/D6635-15）［S］.Reston：ASCE，2015.

［5］ 劉斌奇，陳忠清，劉培成，等.扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)及其工程應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.科技通報(bào)，2021，37（8）：8-15.

［6］ ASCE.ASTM Standard test method for use of the Dynamic Cone Penetrometer in shallow pavement applications（D6951/6951M-09.）［S］.Reston：ASCE，2018.

［7］ 寶艷軍，王增超.圓錐動力觸探與取土樣試驗(yàn)在填土檢測中的對比分析［J］.土工基礎(chǔ)，2017，31（4）：533-536.

［8］ 鄭潔，王晉榮，王菁莪.滑坡體滲透性原位試驗(yàn)與反演研究［J］.人民長江，2022，53（6）：141-145，173.

［9］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.巖土工程勘察規(guī)范：GB50021—2001［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［10］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程：JGJ/T87-2012［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

（編輯：李 慧）

Research on difference between Chinese and American test standards of

Flat Plate Dilatometer Test and Dynamic Cone Penetration Test

LIU Min1，2，XIA Yuyun1，2，WANG Ran1，2，CHEN Jin′an1，2，CUI Shuoxuan1，2

（1.China JK Institute of Engineering and Design Co.，Ltd.，Xi′an 710043，China；

2.Shaanxi Key Laboratory of Special Geotechnical Properties and Treatment，Xi′an 710043，China）

Abstract：

Currently，most of the geotechnical investigation of overseas engineering projects adopt European and American standards，it is necessary for Chinese survey and design enterprises to conduct in-depth study and digestion of European and American standards for implementing overseas projects.Aiming at the Flat Plate Dilatometer Test and Dynamic Cone Penetration Test commonly used in geotechnical engineering investigations at home and abroad，the differences between American ASTM standards and Chinese geotechnical engineering specifications and standards were analyzed and compared from four aspects：equipment specifications，scope of application，test technical requirements，and application of test results.The results showed that the specifications of Flat Plate Dilatometer Test equipment in Chinese and American standards were basically the same，with slight difference in local equipment，technical requirements，formulas，operations and data records.There was no significant difference in the technical requirements of Dynamic Cone Penetration Test between China and the United States，but there were some differences in test termination conditions and test data recording requirements.The research results can provide reference for survey and design enterprises in China to implement the go global strategy.

Key words：

geotechnical engineering； ASTM standards； Chinese geotechnical engineering specifications and standards； in-situ test