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。2标准贯入试验霞季2崖惨十字板剪械切试验奋随2斑.姻1钢坝十字板强亚度随深度怜变化规律示谜呈收集塘沽辱、开发区额、保税区弊及军粮城虾共冠2梦2勤个孔的十坟字板测试育资料，统列计出了各插地摆区匆C辫U驾～轰h词关系，得牲出织C醉U眯随深度变脸化规律与伏土质条件蜻、土的固器结历史密蚊切相关，捐不能给出辆天津市统颂一历的膨C搜U热～苦h响关系。盗2.屿2吉览十字板试饿验与室内敞试验的关揪系蜂裙泪根据保税脆区、天津窝开发区、于军粮城十得字板试验杏与室内试种验抗剪强模度对比，泥得出十字殃板强度一玉般较室内忆试验值大你，保税区隶内十字板接强度与直就剪固结快按剪相近。砖3死守用标准贯亏入试验评便价地基土引性质来研究中收困集了天津缺市多年来蔑有标贯试洪验及原状绢取土孔室唤内试验弟的般6踏4桶个大型场箱地，总计卖有接74未4镇个取土孔退、病39挤7连个标贯孔白，同时收呈集拿了劫“自天津市地膀基土承载玉力研瓦究亿”句科研用火的狮2丸4骂组载荷试疲验及相应顿的取土室景内试验、银标贯资料纲，对上述拥资料进行丝细致分析播、数理统碌计，作为墨研究用标甜贯评价天很津地基土售承载力及乖其他指标收的依据。妙自3荣.片1匠怎用标贯评炭价地基土热承载力印菌嗓首先对规蚊范中用标丘贯击数评佩价土的承谊载力表的述适用性进炮行了验证延。验证方威法是：首向先将场地期各取土孔滴所得土样面室内试验状指标进行拖统计，按占天津规笼范宴“强物性贷表恢”桃查承载力睁标准证值尝f眨k啊，对每层姓土标准贯样入击数进捏行统计，胶分杆长修范正、不修润正合,颗去掉异常巩值后取平卧均值。然息后用标贯霉击数分别龄查表得出白相应的承备载力。主磁要验证市庸区埋猫深载30毛m绢以上正常经沉积土层挂，共用市汽区第2揪4惨个场蓬地蜓10悉0参个子样。霸得出用承徐载违力倦孩表查出的舍承载力偏滥低叙,胞效果追差暴,祸相对误差饼小土于征10债%串的比例不净足肺40%驾,船相对误差削在匆20筑%风时一般也夹仅醉占洁50愧%伪～展60跪%蜂左摇右航,范说明难以钟在实际生画产中应用暂。兰约乐对于勘察喉、设计人彻员最重视满的降,司也是天津耍一般建筑盈浅基础持第力层晨的阅Q喉4身3叠a究l艺层轿(塌上部陆相枝层巨)帮，即使不外经杆长修班正，布用上N肆查表值也移较物性法叨得出值低挂。求遗鲁用经过杆皆长修正后欣的击数查奉表，亦不端能改善或妨提高其适共用性和准而确性。同枕时，统计富得出，均漠匀土层中红并无标贯青击数随杆把长（深度干）明显增逝大趋势，泪既标贯杆郑长修正无隔实际意义悬。麦宋唱实际上，趟上述对比删并不是对筒规范中标蹈贯击数与俯承载力关雪系的真实腿对比，因唐为规范中时标贯击数牌是经过杆喘长修正后拢再跌经侦1-1.弊64域5墓σ趟修正的。干本次研究休中及以往坟工作中均漏注意到：此在天津地及区，再次剖修正并无俭实际意义纯。因为标忆贯击数是仿地基土综膜合性状的蝴反映，不月仅仅受施己工操作影碍响，同时消更主要受烛土中的含冤有物、土同的固结历客史、层理摸等多种因捉素影响，鄙其变异系剑数偏大是坝正常的。渠对一般建痒筑场地的冬勘察中，劳标贯孔数递少，去掉省异常值后虽，子样数桨少到不能利统计其变忍异系数，捡或变异系眠数过大，蜻不能作为咳评价依据存。如天津血地区上部娃陆相耐层急(渗Q切4神3乌a慈l唤层捎)则厚度仅丧在获5私、耐6晶m恼左右，标示贯击数平重均值联在诸4.楚6疫击难(绢粘臂土轿)扑、绿4.秀9坑击循(骨粉质粘地土永)牛，如为一谅个孔，则父一般统计应不出变异歼系数，不狭能用规范绸表，即使仔孔数多，伞用再次修吊正公式进休行修正后舱，标贯击缘数降低较侄多，不能枕用表或误摇差过大。当一般土质附均匀场地候，用再次忧修正后的请击数查表侵值比查物问性表值也掌偏纺小棕3给9家～梅5兽0即％左右。顺即使是在巡标贯击数训较高的下愉部陆相夸层夜(形Q蛙4底1瞒a送l天层墓)削粉质粘土际，平均标所贯击数颂为屈8.飘6僵击，用再寺次修正后缴的击数查苹表，与用扮物性表查跳得的承载铸力相比，城偏小也钟达升41障%敏。考虑上倚述因素，设本次对比口未用经修脂正后的击魄数，仅用杠去掉异常士值后的平绸均锋值礼(孟包括杆长唉修正与不倍修锣正往)螺。此足票验证原规功范中标贯库击数与承象载力关系穗结果表明泛，用现有桌的魂N怪－涉fk素关系表评平价承载力麻效果较差白，应考虑晒重新建立弊表格或判较断能否用鸡标贯击数陡评价土的能承载力。单为建立天透津地区标凝贯击数与幸地基土承引载力的关说系，首先贞考虑用静捉载荷试验寿确定的承洲载力及相帮应的标贯售击数，进纽行统计分驶析，得棚出概N派－黎f逐k剖关系。共课收集语到馋2聋2专组静载荷缓试验及相界应的标贯穗击数资料难。从静载兽荷试验确去定的承载劫力奸f茫与相应的拌标贯击数版散点图上驱可见：载肠荷试验确掌定的承载碎力于标贯独击数之间翻并无良好碗的相关关孙系，难以流用载荷试蜂验方法确钻定标贯击仿数与承载闻力的相关接公式。呢将著6趣4糟个场地各各取土孔所扣得土样室亦内试验指绸标进行统堂计，按天千津规园范距“哥物性臂表络”播查承载力免标准灰值挂f念k竹，对每层饿土标准贯米入击数进关行统计，写做埋深层蚕30m润以捆上搞N酒－购f纳k秧散点图，桃可见，标吊贯击数与枪土的承载配力在各不晃同的成因丹层中有不年同关系。用具体表现哪在决：伏(a束)休相同的击毅数，逮在职Q障4榆3粉a排l周层中比接在胞Q不4济2唇m把层中其所卵代表的土角层的承载邮力高矮；舟(b品)感在姻Q淡4吹3鼓a夸l植及吉Q搅4窗2尘m技层中您，桶f辈k膊大致有随粥击数增加汁的趋势，染但线性关浇系较差裂；蚁(划c)Q痰4速1括h盗及以下土渣层条N雷－拦f抵k和关系较差影，散点图携并未表示隆出较明显掏的派f久k放随亦N盼增大而增碌大的趋势然。伸从对土层河的其他物皆理力学指经标统计结迁果的综合日分析中发访现，涨层池Q腰4拼2塑m办一般砂性搬较大击，铃I火l狂值较竿大否(矛一般大备于派1店)斥，鞋E明S末值也相对群较大，土嚼质力学性伟质尚可，期但站因抬Il聚犁值较大，患查表确定抬其承载力诱相对较低餐。对于这匀种砂性较匀大的土，闸仅用物性包查表确定孕其承载力丹是否能反坏映其真实序的状态，版尚需做进欺一步的工市作。脚上述说明漏统计整遇个敲3敢0族米以上土鞋层正N恶－瘦f枯k在相关关系芝并不适宜管。本次研悄究将重点晴放拥在督Q吵4鹅3彻a抬l渐层，既天邻津市一般巴建筑的浅烛基础持力立层上。统饭计了市饭区虾4等8瘦个场地得千出班Q您4踪3住a蜘l纯层督N头－纪f摔k陈关系如下宵：弹钓伐f罪k架＝舍103.盘134+交10.4垃2*N照型敞灵相关关战系晃r挂＝健0.62证3漏，子样桃数绒n忽＝她48侮用上式计聚算的承载越力与用物拜性表查出叛的承载力胶标准值相寨对比，其哨相对误差铺大小所占是的百分率芒如下解表岭(拦子样戒数煎n=48嗓)界：严相对误厦差姐(鱼%)特2愤0臣～辜30绵1匆0缠～扬20雄0柳～刃10愚1低～叙-10厘-1润0完～那-20业百分咬率踩(汉%)絮8.33列14.6酷25宇35.4览16.6矩7湿相对误差恳在悦5鬼％以内旷占阿6鼠0腐％，相对唐误差择在茂2拣0对％润占芒9耀0侧％，效果末较好，可裹以在实际委工程中应绘用。困统谈计电Q滤4律2性m凳层得出扒：材f蛙k姨＝温106.增68+4句.37宰N霸，懒n=2谋4磁，相关关龙系概r=0.土454义Q候4吐1蒜h剑层柔：扇f吴k礼=158螺.9+3冷.13招N方，调n=2血4光，晶r=0.哲307配Q欺4亩1忧a谎l伪层配：婚f嚼k焰=199咐.595街+0.1辆9窜N搅，俩n=2和4叉，蹦r=0.芝056即Q级3芳e绢a瞒l简层稠：妥f叨k绘=192陷.57+而0.75纸N领，黎n=2傲4析，撒r=0.环12斩燥3挪.2颜用标贯击李数评价粘颜性土势E秆S刃星路做埋筹深菠3器0演米以值上嫁(炼Q量4木3王a援l污层以搏上滤)食每层奔土输(留正常沉积悟土欣层劈)垂的压缩模刮量圈E轰S1-2彻及相应的泄标贯击雕数叼(送实测贴值浆)愚平均值，加每一层为统一个子样条。体做犬N啦－研E插s注散点图，买从图上可浸见妄E袭s巨随乖N莲线性增大攻。统计得赌出其相关泉关系如下海：布E黑s备＝持4.6+渡0.21沃N,n=览97肾,款相关关篇系晃r=0.西58亩8弓。痕用忌E渣s禾=4.6熄+0.2殿1找N套估算值与值室内试验疲值相对比滩，验证子瓜样响数通9竟7油，相对误烤差促在革10怀%信以内耐占楚60%,控20%但以内的占请85%塔,蔽效果较好乓。辅统泰计柄Q血4缸2态m肾层敌、毫Q撕4纠1砍a刚l窗层惹及屋Q乔3硬e值a坊l管层粉土允的棋N客－汁E达s昌相关关系字如下：亡Q甘4惰2缝m残层傍：毙E辣s挤=12.重0+0.正19N,忠n=50赤,生相关关漫系益r及＝溉0.39托7振，傻Q薯4眨1谎a侍l筋及扒Q咬3孕e畏a伶l情层难:Es=航12.7汇8+0.店06N,纽n=58遮,r=0纷.16馅2绕，塌N肌与关系较脚差，难以蓄应用。侧雹3仔.3槐用标贯评户价粉土的坦密实度锈规范采用斗孔隙比蜓e徐评价粉土肯的密实度编。研究用陈标贯评价棉粉土的密坝实度时，束首先考虑菌建涂立爸e月－魔N绢相关关系虽，用刑与撞e嗽相对应的国击卧数床N袜来确定粉脉土的密实拨度。共统令计了天津酿地通区牵5领8飘个场地根、届10渣8斜个子样。茄每一个子拌样为粉土搁层孔隙比扎e枯与标贯击橡数外N里的对应值倒（倾Q拍3勒e冶a径l艘层以上）肠。统计结用果表明交：迁Q唐4董2而m蔬以上扩e盟一般颈在章0奉.思7驳～犹0晨.望8序5尺之间指，鱼N仍一般立在狡4糕～心12蛛柿击，茶e<潮0继.泽7敬时驰，住N>1墓2亚击捎。丈Q狐4揪1仿a扒l怠以下土厘层旦e局一般话在旧0.5搂5悄～稿0紫.渠7趴之间明，气N忘一般扰在森1叛5偏～沃3蜜5拔之间。统如计饱Q辜4猪2非m界以上、以底下土层呈e编～守N碑关系如下育：至Q掌4访2寒m拦以上决：着e墙＝躁0.80敌8危－霞0覆.违01罢N潜，吨n坚＝稻5匹0鸦，票r私＝角-0此.渐50何3怨；栽Q蝶4炎1榴a厘l软以吵下催N产与友e搭之间相关捷关系较差抹，泡无子N栋与袜e嗽的减小而哑增大的趋缺势。故难臂以膛用如N针与它e取相对应关惭系评价粉胁土的密实掩度。记蜘龙用嘉N舰评价粉土颂密实度时慈，应重点划考虑土的钥工程性质欢。分析天琴津地区饱砖和粉土液牛化判别科漆研课题用朝的予1丢9切个场地冰年庭10域9冶个标贯资买料，可见症饱和粉土护液化最大壁深度凶为饭1著2统米，最大育击数腥为傍12涂估击。用国设标《抗震宾设计规范潮》中关于床液化判别炭公式估算绒天津地区菊饱和粉土睛的最大临功界击数冻为严1观2养击，即实有测击数大勇于转1测2仁击时，粉犁土均不液隙化。故可牧认纠为鹿N罪＝慎1奶2柄击是粉土港工程性质咐变化的一肠个分界点片。菜当步N歪＝摘1倾2鬼击，评价班为稍密，折为可液化杏土层是适总宜的。因递难以拖从侄N闪与室内试舅验指标优e凑的对比中音区别出确蝇切的土质剥性质变化敲点，故粉狭土的中密廉与密实的您界限确定写难度较大冷。削Q谦4辆1辉a坑l帝层以下土肥层中，粉涛土工程性苹质一般较仗好，可作堆为桩基础赖桩端持力归层，从龟e纤～薄N声散点图上断可见，其失标贯击块数已8肯0渗％以上大筛于串1方8锤击。因目悦前规范、菜规程中涉无及用粉土取密实度定吐量评价、董提供设计桶参数的主搂要是桩侧喜、桩端阻守力，而规查范、规程肝中涉及用望粉土密实语度是用孔周隙比划分荡的衰。融Q糕4哲1铺a取l徒层以下土洞层按孔隙块比划分基赖本上为密筹实，故邀以呆N透＝腰1吩8怎作为中密伯与密实的遮分界点在什目前条件棍下是适宜悉的。浪即强N>1海8北为密实，洗《毙1随8膝为中密。醉本次研究讯认为用孔翻隙比顿e帜划分粉土眯的密实度侮不如用标冠贯击数尘N原准确合理凑。棍3.4百吗用标贯击数数评价粘设性土状态绪踩闸统计天津挺地盟区家24僵小个大型场号地埋撇深乳3提0代米以上粘走性土凝层外N亲～录I冲l鹊关系，每工一层土源的践I蒸l矩平均值与油实测击数挑平均值作妻为一个子库样，衬共差10宜0桃个子样，东作梅N蒸～孔I蚂l拣散点图，累从图中可精见开，举N热与雁I独l显相关关系句较差，难往以拐用塘N芝与满I述l扫对应关系枯确定土的焦状态。本栏次研究认蜻为讽，和Il源区值仅是用射于反映土钢的强度的危物性指标疗之一，不统能提供定纷量参数，昂而标贯击视数是土的欣物理力学既指标的综灭合反映，阳用标贯击芒数评价土