原位测试在天津岩土勘察中的应用

原位测试技术在天津地区岩土工程勘察中的应用摘要：本文简要介绍原位测试技术在天津地区的使用现状及应用经验，对常用的标准贯入试验、静力触探试验方法，总结了研究成果，提出了试验成果的作用及测试中应注意的问题。关键词：原位测试标准贯入试验静力触探试验作者简介：0前言原位测试是岩土工程勘察中的重要手段，应用范围日益广泛。新的原位测试技术发展很快，并很快在勘察中推广应用。为了系统地总结天津地区岩土工程勘察中应用原位测试技术经验，天津市建委、科委组织开展的“岩土工程系列研究及岩土工程规范研究”课题中，将“应用原位测试评价天津市地基土性质”作为其中的一个二级子课题，于1998年完成。该课题研究的主要内容是：十字板试验在天津地区的应用经验；用静力触探评应用价天津市地基土性质；用标贯评价天津市地基土承载力。课题研究中注意了其它原位测试的发展及应用情况。本文重点介绍课题的研究成果，并结合近几年勘察技术进展情况，简介新的原位测试技术应用情况，提出对原位测试试验及成果应用中应注意的问题，今后的研究方向作了探讨。1静力触探试验1.1设备及使用情况目前天津市主要采用车载静力触探仪，双桥探头，最大贯入深度约60米，一般在40米左右。更大的深度一般要触到一定深度后再钻孔，主要是反力问题未能很好的解决。场地狭小时采用静力触探十字板两用仪等简易触探设备，深度一般不超过15米。目前孔隙水压力探头也已应用，但仅在少数工程中采用，并不普遍，主要是试验周期、探头饱和问题以及可以提供的参数实用价值问题，需综合考虑。天津市各勘察单位触探设备上的差异不大。1.2试验及成果使用中的问题试验中发现，触探孔深度超过25米时，探杆偏斜问题较突出，深度25～30米时，土层界面差异达1～2米，个别的相差达3米以上。一方面触探车就位时应平稳，保证前几米的垂直度，同时，深孔侧斜是必要的。另外，触探探头温度、率定问题亦应重视，触探成果中可见同一土层，综合场地室内试验及其它试验资料分析，并无大的变化，但单孔触探成果反映有无规律的较大差异，分析是探头温度、率定问题影响所致。触探成果均已采用计算机处理，曲线成果中一般可纳入天津市地方规范关于利用双桥静探指标划分土层、确定土类、f0及ES经验。但尚未统一成果的标准，多数单位都使用自编的软件，有的成果中图件比例不恰当，难以深入土层性质。天津市勘察院对触探成果的表现方式成熟可靠，如推广使用，对提高触探成果的使用价值很有益处。1.3不同贯入速率对静探成果的影响规范规定静力触探贯入速率为(1.2±0.3)m/min。天津市静力触探施工贯入速率难以按上述标准进行，一般分快、慢两档，快档为（6～7）m/min，慢档(1.94～2.22)m/min。即使系统调压，也很难符合规范要求。为研究贯入速率对静探成果是否有影响，影响有多大，在天津市区进行了专门的试验，作了7个静力触探对比孔，进行不同速率的对比，系统地对比了用快慢两档施工与按标准速率施工所得锥尖阻力侧壁摩阻力的相对误差，及查表所得f0、ES的相对误差，得出用快慢两档施工所得指标与用标准速率所得指标误差在10％左右，对评价地基土性质影响不大。但过慢，如贯入速率降到(0.42～0.18)m/min时，误差很大，锥尖阻力将较慢档增加一倍左右，粉质粘土指标将变为粉土指标，不能反映土质实际。厚层粉土、砂土中，探头进入土层一定深度后，触探贯入速率很慢，甚至几分钟贯入不到一米，与土层的密实度有关。从大量的标贯击数与触探锥尖阻力的对比分析，此时虽贯入速率小，但总体上仍能反映土质的密实程度。20米以下的贯入速率与规范相近，目前按快慢两档试验，不会引起太大的误差。对设备加压贯入系统进行改造更新，按规范要求控制贯入速率，将有利于触探试验技术的发展。1.4静力触探成果的应用静力触探成果应用范围很广，多种文献中都提出用触探成果可以得出土的多种性质，包括定性的定量的，但都是建立在统计基础之上。在天津地区主要用静力触探划分土类、分析土层变化情况、确定土的f0及ES、确定桩端持力层、钢筋混凝土预制桩单桩垂直承载力。天津市勘察院、天津大学和天津建研院等对上述应用情况做过大量研究工作，完成系列课题。94年“应用原位测试评价天津市地基土性质”课题组主要工作之一是对其适用情况进行验证修订总结。对钢筋混凝土预制桩单桩垂直承载力成果验证研究中，共收集了军粮城、天津开发区和大港共六个场地36根预制桩静载荷试验资料及相应的静力触探资料。通过估算值与静载荷试验值对比得出原课题中提供的公式：（1）可用于军粮城地区，且A式较B式效果好；（2）不适用于大港地区，其计试比较大；（3）静力触探资料的不同整理方法对估算结果影响较大。对《利用双桥静探指标划分土层、确定土类、f0及ES》（吴秋炎、韩富恒）成果的验证研究中，通过收集原有科研资料397个子样、近期报告中334个子样，对天津市区及滨海地区土层中应用情况进行了验证，结果如下：尽管原“综合土分类图”主要由市区15米以上资料研究所得，但在滨海地区应用效果同市区无差别，即“综合土分类图”亦适用于滨海地区；“综合土分类图”用于市区15米以下土层效果亦较好，说明可用于15米以下土层。用静力触探资料确定土的f0及ES：采用qc、fs、Rf由原“关系表”确定土层的压缩模量ES和承载力f0，由相应的物理力学指标由规范查表，估算其相对误差方法，对比了在市区埋深15米以上及以下下土层、滨海地区埋深15米以上土层中的相对误差，得出原成果中“关系表”估算f0在市区埋深15米以上土层中应用效果较好，15米以下土层中多较实际偏小（最大达40％），对滨海地区估算15米以上软土多偏大（最大达40％），对粉质粘土效果较好。‘关系表”对软土、粘土值ES应用效果差，估算值多较实测值偏大，粉值质粘土、粉土的应用效果好与软土及粘土。在2仆标准贯入试验拥2理材十字板剪切试秤验葱2谢.邻1芬崇远十字板强度随掘深度变化规律住市哗收集塘沽、开哭发区、保税区酷及军粮城替共恰2愉2垃个孔的十字板刑测试资料，统猾计出了各地馆区总C度U闹～边h补关系，得剂出撕C已U哨随深度变化规宏律与土质条件吃、土的固结历脂史密切相关，宋不能给出天津避市统一防的咏C蓄U松～莲h河关系。旧坐2.滤2仅丛十字板试验与从室内试验的关旧系寄童桌根据保税区、暮天津开发区、完军粮城十字板征试验与室内试请验抗剪强度对胶比，得出十字拐板强度一般较霜室内试验值大怖，保税区内十肚字板强度与直巡剪固结快剪相裳近。开么3要框用标准贯入试仓验评价地基土责性质慢研究中收集了役天津市多年来框有标贯试验及贞原状取土孔室贴内试验乱的呀6催4桐个大型场地，贸总计籍有绿74狡4岛个取土孔签、基39爱7肿个标贯孔，同跪时收集形了丈“而天津市地基土泼承载力研咸究顶”监科研用抵的嫂2府4旺组载荷试验及魂相应的取土室薯内试验、标贯美资料，对上述历资料进行细致今分析、数理统吊计，作为研究著用标贯评价天未津地基土承载贯力及其他指标腊的依据。惧3庭.漂1总菠讨用标贯评价地牢基土承载力寨历尖首先对规范中君用标贯击数评界价土的承载力通表的适用性进绩行了验证。验众证方法是：首狸先将场地各取蚀土孔所得土样嚼室内试验指标绞进行统计，按镰天津规价范工“亚物性曾表惜”安查承载力标准替值铲f补k再，对每层土标扎准贯入击数进唱行统计，分杆筛长修正、不修仍正毒,吸去掉异常值后乞取平均值。然行后用标贯击数守分别查表得出停相应的承载力奇。主要验证市揉区埋全深才30恶m晨以上正常沉积毒土层，共用市纯区织2置4每个场枣地泥10喜0畅个子样。得出插用承载夸力爷萝表查出的承载幕力偏闯低立,甜效果导差曲,罪相对误差小产于辽10功%蚊的比例不狭足搜40%枕,醒相对误差维在迹20搁%住时一般也仅于占封50月%撤～答60千%幸左创右速,警说明难以在实舌际生产中应用很。辨质海对于勘察、设论计人员最重视伍的虏,秧也是天津一般血建筑浅基础持路力层惊的踢Q邮4语3售a桥l共层抹(雀上部陆相踩层环)茄，即使不经杆繁长修正，份用养N谊查表值也较物厚性法得出值低蛋。嫂谈毕用经过杆长修谈正后的击数查声表，亦不能改亲善或提高其适改用性和准确性影。同时，统计昆得出，均匀土闪层中并无标贯锯击数随杆长（波深度）明显增板大趋势，既标物贯杆长修正无绣实际意义。贿每谎实际上，上述痒对比并不是对榨规范中标贯击鹿数与承载力关屯系的真实对比椅，因为规范中堤标贯击数是经啦过杆长修正后席再缩经晨1-1.64雪5这σ宅修正的。本次戚研究中及以往鼠工作中均注意僚到：在天津地肝区，再次修正性并无实际意义习。因为标贯击脸数是地基土综竖合性状的反映倡，不仅仅受施壶工操作影响，降同时更主要受尘土中的含有物乘、土的固结历数史、层理等多街种因素影响，消其变异系数偏线大是正常的。情对一般建筑场业地的勘察中，燥标贯孔数少，威去掉异常值后鸦，子样数少到龄不能统计其变兄异系数，或变底异系数过大，专不能作为评价否依据。如天津缸地区上部陆相属层狱(慎Q返4脱3滔a赖l哈层峰)阳厚度仅欣在推5吨、抄6妇m逼左右，标贯击御数平均值姓在锄4.小6那击虽(南粘贼土颜)山、付4.绝9乖击洪(轻粉质粘悲土堂)餐，如为一个孔掠，则一般统计街不出变异系数帜，不能用规范围表，即使孔数起多，用再次修宜正公式进行修滨正后，标贯击亡数降低较多，压不能用表或误签差过大。一般尚土质均匀场地仅，用再次修正躁后的击数查表费值比查物性表历值也偏还小笋3楼9筋～赛5研0炮％左右。即使若是在标贯击数役较高的下部陆狠相词层表(搭Q段4竟1叮a凑l脖层助)堪粉质粘土，平芳均标贯击数云为奏8.宋6俯击，用再次修播正后的击数查涨表，与用物性乞表查得的承载棕力相比，偏小睡也虹达附41浅%坡。考虑上述因赖素，本次对比希未用经修正后诵的击数，仅用施去掉异常值后姓的平均贡值巷(乏包括杆长修正股与不修域正献)水。擦伏共验证原规范中乘标贯击数与承抛载力关系结果绵表明，用现有侧的酱N拦－窜fk校关系表评价承怀载力效果较差额，应考虑重新朗建立表格或判震断能否用标贯趋击数评价土的胶承载力。芳为建立天津地垦区标贯击数与哈地基土承载力艘的关系，首先腐考虑用静载荷恐试验确定的承辟载力及相应的朵标贯击数，进既行统计分析，缩得佣出匀N欣－蒙f梳k溪关系。共收集猫到志2器2俊组静载荷试验椒及相应的标贯性击数资料。从竖静载荷试验确第定的承载鼠力宾f萄与相应的标贯尼击数散点图上羡可见：载荷试芒验确定的承载召力于标贯击数卫之间并无良好钟的相关关系，介难以用载荷试欣验方法确定标唱贯击数与承载狂力的相关公式揭。葛将绢6霉4准个场地各取土舰孔所得土样室启内试验指标进墓行统计，按天欣津规冷范星“股物性圾表灌”勇查承载力标准船值舞f环k滋，对每层土标疫准贯入击数进网行统计，做埋狐深层瞎30m锋以赏上腐N肉－四f曲k券散点图，可见脑，标贯击数与臭土的承载力在佳各不同的成因承层中有不同关史系。具体表现熄在少：含(a黑)身相同的击数，彼在产Q强4酿3崭a洽l尼层中比锻在杂Q饰4弃2码m淋层中其所代表涝的土层的承载啊力高父；甜(b崇)坑在垮Q躲4陪3毛a护l收及灯Q蜡4杨2蜘m猪层中发，驰f悟k耽大致有随击数伞增加的趋势，敢但线性关系较帮差谁；迹(门c)Q供4长1骑h米及以下土徐层善N锅－穷f悔k上关系较差，散扇点图并未表示吗出较明显映的威f裕k昼随熄N这增大而增大的校趋势。贵从对土层的其反他物理力学指蚊标统计结果的移综合分析中发来现，蹄层驾Q庄4臣2窜m诉一般砂性较大总，晴I没l专值较齿大吊(擦一般大局于兄1彼)纹，奇E看S始值也相对较大蒸，土质力学性犬质尚可，但南因德Il塞添值较大，查表亦确定其承载力搁相对较低。对兄于这种砂性较吨大的土，仅用锡物性查表确定甜其承载力是否扣能反映其真实这的状态，尚需齐做进一步的工篇作。日上述说明统计热整个述3国0墓米叠以上土渡层尾N愈－移f倦k斗相关关系并不木适宜。本次研逼究将重点放握在滩Q键4呆3宏a镇l摊层，既天津市帖一般建筑的浅赠基础持力层上诊。统计了市蜂区蛾4净8图个场地得铅出团Q异4经3道a锹l规层捏N拳－趟f花k眨关系如下：款杜f岁k范＝咐103.13柏4+10.4饥2*N洁跌渠刊相关关避系决r疮＝兴0.62歼3粒，子样凳数印n除＝朝48屠用上式计算的拨承载力与用物盲性表查出的承镇载力标准值相闻对比，其相对习误差大小所占牲的百分率如下洒表纯(估子样响数筛n=48散)漠：菠相对误捎差耽(云%)问2难0惧～详30暮1躬0和～加20老0茄～达10陪1哀～趟-10贿-1垮0司～任-20竖百分胆率咽(唉%)误8.33粉14.6宅25汪35.4羽16.67毙相对误差究在路5脖％以内规占辽6递0器％，相对误差球在靠2冒0口％川占恳9减0摘％，效果较好遮，可以在实际皇工程中应用。右统英计本Q员4女2织m截层得出雨：鞠f都k测＝沈106.68李+4.37锹N酱，瑞n=2误4掉，相关关观系很r=0.45敬4街Q姥4鲁1俯h岭层克：劣f堪k走=158.9孙+3.13缺N胞，页n=2焦4承，差r=0.30裂7澡Q燥4闻1稿a锁l界层灵：描f着k逢=199.5梢95+0.1肤9谱N偶，联n=2梁4富，双r=0.05肺6乞Q概3奸e罪a生l衔层倦：厕f鱼k差=192.5习7+0.75象N闷，雨n=2泽4感，敬r=0.12织3哪.2销用标贯击数评门价粘性土幸E香S兵忍漆做埋沈深腰3围0汁米以呆上仪(朝Q布4勾3豆a半l坛层以怜上残)薄每层驻土补(壮正常沉积土赞层异)背的压缩模践量秘E鸟S1-2喘及相应的标贯酒击嘉数布(化实测孩值导)弹平均值，每一马层为一个子样贺。售做器N暴－联E谣s狸散点图，从图遍上可肚见构E没s榨随亭N龄线性增大。统跟计得出其相关挠关系如下：拳E帽s宣＝娱4.6+0.集21N,n=笛97均,毅相关关垂系狐r=0.58遮8特。罗用顽E偿s腰=4.6+0浇.21脉N悉估算值与室内携试验值相对比戚，验证子样泪数街9启7潮，相对误差俭在稿10涂%毯以内尘占告60%,土20%帝以内的占骂85%谁,浪效果较好。槽统躺计女Q等4吃2右m刷层驼、递Q峰4促1最a日l催层悉及息Q壶3珍e而a免l贸层粉土骆的汽N段－尽E俗s罢相关关系如下仇：旷Q须4趴2俭m往层于：咽E秤s抱=12.0+虾0.19N,乳n=50虏,洒相关关倡系鲜r歌＝皮0.39狗7旋，星Q愧4臣1灭a道l采及延Q桶3繁e放a知l奉层增:Es=12谜.78+0.放06N,n=蚂58,r=0丝.16市2漂，屠N龟与关系较差，屯难以应用。灯3絮.3应用标贯评价粉钩土的密实度岭规范采用孔隙映比角e寻评价粉土的密荡实度。研究用盲标贯评价粉土板的密实度时，舱首先考虑建症立截e凑－醋N钻相关关系，用纸与甚e南相对应的击厘数怒N雅来确定粉土的疯密实度。共统匙计了天津地犯区爪5抚8互个场地托、队10汤8木个子样。每一牛个子样为粉土智层孔隙比缸e每与标贯击固数史N阅的对应值宏（虽Q境3炉e丰a除l口层以上）。统夹计结果表明服：永Q斑4它2份m拔以上返e局一般日在仅0止.挖7丝～艳0陪.败8帽5畅之间壮，阅N氏一般动在予4佳～诚12乘搁击，猪e<摊0猴.绞7商时扁，华N>1期2啦击骨。想Q语4戏1捷a勤l铅以下土担层猎e皇一般告在刊0.5进5提～严0桐.没7孩之间迟，仰N傅一般吩在潮1啦5疫～撤3伍5旁之间。统岸计绿Q增4版2颂m锦以上、以下土压层巨e寨～面N尽关系如下非：忘Q遣4倍2贫m表以上宏：难e义＝皆0.80锻8俭－适0济.卷01哥N倒，痰n咳＝袖5路0寿，腾r尽＝非-0毁.盐50果3愁；植Q梯4盆1硬a仍l滋以泰下炊N雷与蒸e守之间相关关系米较差，腔无贩N活与勇e奶的减小而增大湿的趋势。故难骡以懒用堪N蔽与脸e拼相对应关系评吧价粉土的密实励度。潮办麻用淹N希评价粉土密实煮度时，应重点厘考虑土的工程醋性质。分析天恳津地区饱和粉吉土液化判别科雁研课题用腥的景1暑9翁个场地和年法10货9痛个标贯资料，蔽可见饱和粉土迹液化最大深度第为比1李2族米挨，最大击数育为胞12写余击。用国标《丢抗震设计规范弯》中关于液化格判别公式估算氏天津地区饱和列粉土的最大临史界击数绑为绪1店2帽击，即实测击学数大击于影1院2穷击时，粉土均环不液化。故可高认翻为错N些＝肚1泪2鸦击是粉土工程柄性质变化的一别个分界点。汉当光N完＝俊1窄2捐击，评价为稍蛾密，为可液化卫土层是适宜的航。因难以陷从甲N纤与室内试验指驶标厨e胜的对比中区别偏出确切的土质难性质变化点，椅故粉土的中密启与密实的界限和确定难度较大喜。舒Q争4美1连a歼l餐层以下土层中肤，粉土工程性巩质一般较好，触可作为桩基础童桩端持力层，致从殖e骂～锹N破散点图上可见疗，其标贯击春数庄8句0棚％以上大湾于散1象8集击。因目前规姨范、规程中涉暗及用粉土密实摩度定量评价、近提供设计参数映的主要是桩侧份、桩端阻力，求而规范、规程书中涉及用粉土园密实度是用孔麻隙比划分的犬。庸Q赶4演1割a谈l窄层以下土层按摄孔隙比划分基郑本上为密实，郑故煌以隆N妨＝寄1搂8尽作为中密与密惰实的分界点在卫目前条件下是畅适宜的。秘即侵N>1编8墙为密实，丛《庆1业8竞为中密。本次凶研究认为用孔赠隙比穷e芳划分粉土的密香实度不如用标神贯击数厨N能准确合理。帐醉3.4睬用标贯击数评欢价粘性土状态绍籍斧统计天津地饶区尘24妇示个大型场地埋题深慈3饥0树米以上粘性土杏层矩N屋～怠I桐l梁关系，每一层膛土招的代I泊l抛平均值与实测报击数平均值作冰为一个子样，樱共般10峰0客个子样，肥作困N晶～箭I炉l驶散点图，从图晃中可见猎，纽N粘与她I秃l地相关关系较差券，难以执用跨N仇与青I惭l融对应关系确定鬼土的状态。本蹲次研究认为纷，胸Il父竹值仅是用于反桌映土的强度的止物性指标之一脱，不能提供