楊蘭 YANG Lan；馬小平 MA Xiao-ping；吳瑜 WU Yu

（銀川能源學(xué)院，銀川 750001）

0 引言

在建筑工程中，結(jié)構(gòu)上部荷載通過(guò)基礎(chǔ)傳遞與地基，所以要求地基具有一定的承載力。當(dāng)?shù)鼗休d力達(dá)到極限或超過(guò)時(shí)，地基將發(fā)生破壞，直接導(dǎo)致建筑物的不穩(wěn)定、沉降或損壞。地基土的類型、結(jié)構(gòu)、含水量、密度、顆粒大小等直接影響地基承載力，除此之外，建筑物的設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)尺寸、埋置深度、荷載分布等亦會(huì)影響地基承載力。

地基承載力的檢測(cè)是建筑工程中至關(guān)重要的一環(huán)，經(jīng)常通過(guò)地質(zhì)勘察、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、理論公式、計(jì)算分析等方法及經(jīng)驗(yàn)確定，其中現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動(dòng)力觸探和旁壓試驗(yàn)，室內(nèi)試驗(yàn)有土樣試驗(yàn)與重塑土試驗(yàn)。不同檢測(cè)方法適用條件不同，在實(shí)際工程中，為提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性往往多種方法結(jié)合進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。各檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件如表1 所示。

表1 地基承載力檢測(cè)方法及優(yōu)缺點(diǎn)

1 動(dòng)力觸探儀法測(cè)地基承載力

地基承載力中原位測(cè)試可靠性較高，而原位測(cè)試中動(dòng)力觸探儀檢測(cè)法最為常用。動(dòng)力觸探儀法測(cè)地基承載力是通過(guò)一定錘擊的能量將圓錐探頭打入土中，在觸探過(guò)程中，探頭受到土體阻力，根據(jù)貫入錘擊數(shù)結(jié)合貫入土層的深度判斷土層的類別和地基土工程性質(zhì)，從而對(duì)地基土壤承載力、變形模量等工程性質(zhì)做出綜合評(píng)價(jià)。動(dòng)力觸探儀在工程中適用范圍較廣，尤其是淺基礎(chǔ)工程中，為確保地基的穩(wěn)定性，重型動(dòng)力觸探儀可以檢測(cè)地基土的夯實(shí)程度；為給結(jié)構(gòu)工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，輕型動(dòng)力觸探儀可快速準(zhǔn)確地檢測(cè)地基承載力和變形模量、基底是否存在軟弱下臥層、土層的厚度和成層層序等；通過(guò)動(dòng)力觸探，亦可對(duì)土體中的干裂縫、裂隙、擾動(dòng)等危害進(jìn)行診斷。

動(dòng)力觸探儀根據(jù)錘重可分為輕型、重型和超重型三種。超重型動(dòng)力觸探法適用范圍較廣，尤其是密實(shí)砂卵石層、密實(shí)碎石土等地層。由于其具有較高的錘擊能量，能夠快速深入地層的較深處，獲取更準(zhǔn)確的地基承載力數(shù)據(jù)。在基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)階段，可快速準(zhǔn)確地評(píng)估地基土層的承載能力，為地基處理方案提供設(shè)計(jì)依據(jù)；在路堤施工過(guò)程中，可檢測(cè)填筑材料的壓實(shí)度和承載能力；在勘察過(guò)程中，可探測(cè)地下土層的分布情況及其物理力學(xué)性質(zhì)；在地基處理中可評(píng)估處理效果是否滿足設(shè)計(jì)要求等。然而，對(duì)于砂類土、卵石層等地層，超重型動(dòng)力觸探儀因其較高的能量可能會(huì)導(dǎo)致探頭過(guò)度貫入，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

重型動(dòng)力觸探儀適用于深層土層和較密實(shí)的土層，在地基承載力檢測(cè)方面發(fā)揮著重要的作用。重型動(dòng)力觸探由于錘擊動(dòng)能大，能夠快速穿透不同密實(shí)度的土層，檢測(cè)效率較高，可較準(zhǔn)確地評(píng)估地基土的承載力和工程性質(zhì)。但是錘重較大，設(shè)備較為笨重，適用空間受限，且對(duì)操作人員體力、技術(shù)要求較高，需要與其他地質(zhì)勘察方法結(jié)合使用。

輕型動(dòng)力觸探儀主要用于檢測(cè)淺基礎(chǔ)地基的承載力和變形模量，其錘重和最大貫入深度相對(duì)較小。廣泛應(yīng)用于建筑工地、道路、橋梁、港口等領(lǐng)域，特別是在換填地基、粘性土、粉土、粉砂、細(xì)砂等地質(zhì)條件下，具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。

2 地質(zhì)構(gòu)造及場(chǎng)區(qū)地層

本次試驗(yàn)選取的場(chǎng)地為銀川能源學(xué)院王太校區(qū)西南角區(qū)域，該位置行政區(qū)劃屬銀川市永寧縣，東鄰京拉線，場(chǎng)地現(xiàn)狀較為起伏。勘察場(chǎng)區(qū)位于銀川平原的中部，銀川平原位于賀蘭山褶皺帶與鄂爾多斯地臺(tái)之間，是在喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)期間形成的“銀川地塹”。這個(gè)地塹長(zhǎng)約170 公里，寬約50 公里，向北東方向延伸。由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的活躍，該地區(qū)經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致活動(dòng)斷裂的發(fā)展，歷史上地震活動(dòng)頻繁。盡管銀川地塹相對(duì)下降，形成了廣闊的湖盆，并在第三紀(jì)接受了大量的碎屑沉積物，但銀川平原的基底沿賀蘭山走向分布的次生斷裂帶至今未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)痕跡，也未對(duì)建筑物構(gòu)成直接威脅。地勘報(bào)告顯示，銀川平原的第四系土層厚度約為1600m，土層穩(wěn)定、密實(shí)且均勻，因此可以認(rèn)為該區(qū)域的工程地質(zhì)條件是穩(wěn)定的。這一地區(qū)的地質(zhì)穩(wěn)定性為工程建設(shè)提供了良好的基礎(chǔ)，減少了因地質(zhì)活動(dòng)導(dǎo)致的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

本場(chǎng)區(qū)在地貌上屬黃河沖積平原Ⅱ級(jí)階地，無(wú)不良工程地質(zhì)作用。場(chǎng)區(qū)地層自上而下為人工填土、第四系沖、湖積相黏性土、粉土和砂土層。擬建建筑物地基可采用輕型動(dòng)力觸探儀初步檢測(cè)，本次檢測(cè)時(shí)挖除上部素填土及雜填土，檢測(cè)粘性土層，判斷黏性土層地基承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。

3 輕型動(dòng)力觸探儀測(cè)地基承載力

3.1 試驗(yàn)設(shè)備

輕型動(dòng)力觸探儀，由圓錐探頭、探桿、穿心錘三部分組成，探桿頂端裝備了圓錐形的探頭，并與穿心錘相連。操作時(shí)，首先確保探桿垂直，然后讓穿心錘從50cm 的高度自由落體撞擊探桿底部。每當(dāng)探桿貫入土壤30cm 的深度時(shí)，記錄錘擊的次數(shù)。如果錘擊數(shù)達(dá)到每30cm100 次，或者在貫入15cm 時(shí)錘擊數(shù)超過(guò)50 次，結(jié)束試驗(yàn)。本次試驗(yàn)動(dòng)力觸探儀技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表2 輕型動(dòng)力觸探儀的技術(shù)參數(shù)

3.2 試驗(yàn)步驟

利用動(dòng)力觸探儀的錘擊功能，將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土中，根據(jù)打入土中的阻抗大小判別土層的變化，對(duì)土層進(jìn)行力學(xué)分層，并確定土層的物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)地基土作出工程地質(zhì)評(píng)價(jià)，具體內(nèi)容如下：

①測(cè)試點(diǎn)選取。本次試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)共選取測(cè)試孔10 個(gè)，測(cè)點(diǎn)情況如表3 所示。

表3 測(cè)點(diǎn)情況一覽表

②儀器設(shè)備等試驗(yàn)所需材料就位。

③使用輕型動(dòng)力觸探儀測(cè)地基承載力特征值，使用10kg 重錘重復(fù)以50cm 高度自由下落將探頭打入地基中，錘擊速率每分宜為15～30 擊，每貫入1m，宜將探桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈半；探頭每貫入30cm，記錄錘擊數(shù)N1；每貫入1m，宜將探桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈半。

④遇密實(shí)堅(jiān)硬土層，當(dāng)N 大于100 或貫入15cm 的錘擊數(shù)超過(guò)50 時(shí)，可終止輕型動(dòng)力觸探。場(chǎng)區(qū)內(nèi)無(wú)淺埋的全新活動(dòng)斷裂和發(fā)震斷裂時(shí)無(wú)需避讓。

⑤取距離以上測(cè)點(diǎn)2m 距離的另外兩點(diǎn)，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，得到N2、N3，每完成一次輕型觸探后，在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)核對(duì)所記錄的錘擊數(shù)及深度是否有錯(cuò)漏，去掉不合理的特異值。

⑥統(tǒng)計(jì)得到該測(cè)點(diǎn)本層土的錘擊數(shù)平均值N10。

⑦根據(jù)錘擊數(shù)平均值N10，利用《工程地質(zhì)手冊(cè)》第五版和《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》TB 100182018 中推薦的粘性土與地基承載力之間的關(guān)系，初步研判每層土的地基承載力。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 輕型動(dòng)力觸探結(jié)果

本次試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)共選取測(cè)試孔10 個(gè)，在每個(gè)測(cè)試孔2m距離選定另外兩點(diǎn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到三個(gè)點(diǎn)的錘擊數(shù)N1、N2、N3。在測(cè)試時(shí)，首先啟動(dòng)儀器，使重錘自由落下，擊打探桿，使探頭打入土中。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）不進(jìn)行桿長(zhǎng)修正，在每次重錘落下后，記錄下錘擊數(shù)和貫入深度，每打入30cm 的錘擊數(shù)即為實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N。根據(jù)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N10和土的性質(zhì)，判斷地基土的承載力。具體檢測(cè)數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 CSD1～CSD10 測(cè)試孔檢測(cè)結(jié)果

4.2 試驗(yàn)分析

當(dāng)觸探深度小于4m 時(shí)可采用輕型動(dòng)力觸探儀測(cè)試，輕型動(dòng)力觸探不僅能夠提供關(guān)于地基承載力的直接數(shù)據(jù)，還可以通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)其它原位試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行地基土的綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)一步了解錘擊數(shù)與土層相對(duì)密實(shí)度之間的關(guān)系。此外，由于輕型動(dòng)力觸探設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、操作方便，可以通過(guò)檢測(cè)評(píng)價(jià)淺基礎(chǔ)地基承載力、變形模量、檢驗(yàn)地基土的夯實(shí)程度及基底是否存在軟弱下臥層。

4.3 影響本次試驗(yàn)的因素分析

影響輕型動(dòng)力觸探的因素有很多，與本次試驗(yàn)有關(guān)的因素主要有以下幾方面：①落錘的高度、錘擊速度和操作方法：本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于大學(xué)生開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中操作人員身高、體力不同，導(dǎo)致落錘的高度、錘擊速度略有差別；②讀數(shù)量測(cè)方法和精度：輕型動(dòng)力觸探儀每貫入30cm 記錄一次錘擊數(shù)，30cm 以桿件自帶刻度為準(zhǔn)，當(dāng)測(cè)孔周圍標(biāo)高不一致時(shí)，讀測(cè)數(shù)據(jù)有差別，影響精度；③觸探孔的差異性和探桿的垂直度；④觸探桿的截面尺寸、長(zhǎng)度和質(zhì)量；⑤地基土的密實(shí)度越大，錘擊數(shù)越小、含水量、狀態(tài)、顆粒組成、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、壓縮性和超固結(jié)比；⑥觸探桿側(cè)壁摩擦越大，造成錘擊數(shù)偏大。

4.4 評(píng)價(jià)地基承載力

根據(jù)原位測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果，參考《工程地質(zhì)手冊(cè)》第五版的相關(guān)資料，對(duì)實(shí)測(cè)地基承載力可進(jìn)行深度、寬度修正后參考使用。當(dāng)?shù)鼗休d力設(shè)計(jì)值小于200kPa 時(shí)，測(cè)試點(diǎn)向下0.9m 位置可滿足承載力要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

作為一種快速、經(jīng)濟(jì)的地基檢測(cè)手段，輕型動(dòng)力觸探在土木工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)比其它地基承載力檢測(cè)方法，當(dāng)采用淺基礎(chǔ)時(shí)，此方式操作簡(jiǎn)便、測(cè)試速度快，在地基基礎(chǔ)工程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，評(píng)估地基土的密實(shí)程度和承載力，可用于初步勘察階段評(píng)價(jià)地基承載力、基礎(chǔ)施工前基坑驗(yàn)槽過(guò)程中。在初步勘察階段，輕型動(dòng)力觸探法用特定的探頭對(duì)地基土進(jìn)行錘擊，通過(guò)每貫入30cm 錘擊數(shù)判斷該層土地基承載力和密實(shí)程度。在基礎(chǔ)施工前驗(yàn)槽階段，輕型動(dòng)力觸探法可以快速驗(yàn)證初步勘察的結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的地質(zhì)問(wèn)題，如土層的不均勻性、軟弱層或空洞等，這對(duì)于確保工程的安全性和可靠性至關(guān)重要。在實(shí)際應(yīng)用中，輕型動(dòng)力觸探法測(cè)地基承載力的結(jié)果受到多種因素的影響，包括落錘的高度、錘擊速度、操作方法、讀數(shù)量測(cè)方法、土層的性質(zhì)等。因此，為了提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，通常需要對(duì)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合室內(nèi)外的其他地質(zhì)和土工測(cè)試結(jié)果，如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)等，進(jìn)行綜合評(píng)估。采用輕型動(dòng)力觸探法測(cè)地基承載力可以在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)較大面積的地基進(jìn)行檢測(cè)，這對(duì)于搶抓工期、合理安排施工進(jìn)度具有重要意義。同時(shí)，由于其較低的測(cè)試成本，可以在不增加太多成本的情況下，對(duì)地基進(jìn)行更為頻繁的檢測(cè)，確保施工過(guò)程中的安全。在地基勘察中，不建議單一采用輕型圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)N10確定地基承載力，應(yīng)和其他原位測(cè)試方法綜合確定。