论文部分内容阅读
【摘要】本文举例简述了静力触探试验在岩土工程勘察中的具体应用，包括划分土层、确定土名，确定地基土的承载力，判定饱和粉土、砂层的液化，选择桩基持力层、估算单桩承载力及判定沉桩可能性等。
【关键词】静力触探；工程勘察；应用
CPT test in Engineering Exploration Applications
Ji Yong-bin
(Shandong Zhenyuan is the construction Engineering Co., LtdTaianShandong271000)
【Abstract】This example outlines the static cone penetration test in geotechnical engineering investigation of the specific applications, including division of the soil, to determine the soil name, determine the bearing capacity of foundation soil, determine the saturated silt, sand liquefaction, select the pile bearing stratum, pile capacity and to estimate the possibility of determining pile.
【Key words】CPT;Engineering inspections;Application
1. 前言
静力触探试验简称CPT，作为工程勘察中的一项原位测试方法，其应用十分广泛。其基本原理就是用准静力将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。
图1划分地层
2. 静力触探试验的应用
静力触探试验在工程勘察中应用十分普遍，下面以工程实例来详述其具体应用。
2.1工程和地质概况
滨州市地处黄河下游冲积平原，拟建的滨州建安集团沿街综合楼位于市区渤海五路与黄河七路交叉口之西北角，我公司于2009年9月3日开始至9月7日对拟建场地进行了勘察，其中完成静力触探孔4个，钻孔9个。在勘察期间，实测地下水稳定水位为0.90～1.30m，地下水对混凝土结构具微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。勘察深度范围内的地基土由第四系粘性土及粉土、砂土组成。下面根据静力触探试验成果分别叙述在本次勘察中的应用。
2.2划分土层、确定土名
本次采用的是双桥静力触探试验，可以同时测得锥尖阻力及侧壁阻力两个参数，因此采用双桥参数划分土层及土类比单桥触探提高了精度与准确性。当触探过程中遇到相同的qc而土性不同时，可再用fs加以区分土类，因为不同土的qc相同时fs会不同，反之，fs相同时，qc会不同。
触探关系与土类的关系受多种因素的相互制约，使触探参数交替重叠，但在复杂的关系中还是可以找出主要的趋势和规律。此时，摩阻比fs／qc是一个很重要的判别值，用它不单可以划分出粘性土和砂土，而且还可以划分出这两种土之间的过渡带——粉土。以4#孔为例，根据其静力触探曲线图，划分地层如图1。
由以上静力触探曲线图可知，粘性土（粉质粘土和粘土）地段的摩阻比fs／qc较粉土地段要大，但qc一般比粉土地段要小。以上土层的划分与钻孔资料相结合对比，从而提高了分层精度。其中上部填土厚度可根据静探孔相邻的钻孔的填土的颗粒组成情况、场地踏勘并结合静探曲线图来划分确定。
2.3确定地基土的承载力。
目前为了利用静力触探确定地基土的承载力，国内外都是根据对比试验结果提出经验公式，以解决生产上的应用问题。
参考工程地质手册第四版和岩土工程手册，有关计算地基土承载力特征值经验公式如下：
将以上数据代入公式（1）～（5），得出的结果与土工试验及标准贯入试验确定的结果对比，并结合地区经验综合得出各层地基土的承载力特征值。实践证明，在滨州地区由静力触探得出的浅层地基土承载力相对较为客观准确。
2.4判定饱和粉土、砂层的液化。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），滨州市抗震设防烈进行度为7度，由本场地的3、5、7、8层饱和粉土的粘粒含量百分率小于10，可初步判定以上地层具有液化的可能性。
根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）的有关采用静力触探试验法进行粉土和饱和砂土的液化判定的条文说明，当实测锥尖阻力值小于锥尖阻力临界值应判别为液化土，可按下式计算：
由表4可以看出，5層、8层、9层粉土无液化可能性，仅3层粉土部分地段具液化的可能性。经计算取液化指数平均值IlE=3.53，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）有关规定判定：地基土液化等级为轻微。
对中小工程利用静力触探判别，可以减少勘察成本和缩短勘察周期，对于大型工程可以采用多种液化判别方法进行对比，使判别结论更趋合理。
2.5探寻和确定桩端持力层，预估打入桩沉桩可能性和单桩承载力。
根据场地岩土工程条件，结合本工程荷载特点，拟建主楼适宜采用预应力管桩，根据静探试验结果，8层粉土埋藏深，厚度较大，物理力学性质好，可作为桩端持力层。
根据《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）附录C.0.2，当根据双桥探头静力触探资料，确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，对于粘性土、粉土和砂土，可按下式计算：
QuK =QSK+QPK=u ∑li•βi•fsi+α•qc•AP （9）
式中 fsi——第i层土的探头侧摩阻力（KPa）。
βi——第i层土桩身侧摩阻力修正系数，按下式计算：
粘性土：βi=10.043fsi-0.55 （10）
砂性土：βi=5.045fsi-0.45 （11）
α——桩端阻力修正系数，对粘性土取2/3，对饱和砂土取1/2。
qc——桩端上、下探头阻力，取桩尖平面以上4d范围内按厚度的加权平均值，然后再和桩端平面以下1d范围内的qc值进行平均（KPa）。按上述公式计算结果见表5。
静力触探试验不是依据理论分析求解，而是依靠经验建立回归方程解决工程问题，因此在实际工程应用中，静力触探应与桩载荷试验配合使用，以达到互相验证的目的。
3. 结束语
静力触探试验和常规的钻探、取样、室内土工试验相比，具有作业简单、方便，测试时间短，经济，使用范围广等优势，可以缩短勘察工期。除了以上列举的几种应用，还用于确定砂土的内摩擦角，相对密度和密实度，确定土的压缩模量等。有关静力触探的应用，有大量的研究成果和文献记载，我们要在以后的工作实践中不断地学习研究，以使工程勘察的水平和工作质量不断提高。
［文章编号］1006-7619（2011）12-14-245
［作者简介］ 纪永彬（1982.6-），男，职称：工程师，工作单位：山东正元建设工程有限责任公司，从事岩土工程勘察与施工。
【关键词】静力触探；工程勘察；应用
CPT test in Engineering Exploration Applications
Ji Yong-bin
(Shandong Zhenyuan is the construction Engineering Co., LtdTaianShandong271000)
【Abstract】This example outlines the static cone penetration test in geotechnical engineering investigation of the specific applications, including division of the soil, to determine the soil name, determine the bearing capacity of foundation soil, determine the saturated silt, sand liquefaction, select the pile bearing stratum, pile capacity and to estimate the possibility of determining pile.
【Key words】CPT;Engineering inspections;Application
1. 前言
静力触探试验简称CPT，作为工程勘察中的一项原位测试方法，其应用十分广泛。其基本原理就是用准静力将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。
图1划分地层
2. 静力触探试验的应用
静力触探试验在工程勘察中应用十分普遍，下面以工程实例来详述其具体应用。
2.1工程和地质概况
滨州市地处黄河下游冲积平原，拟建的滨州建安集团沿街综合楼位于市区渤海五路与黄河七路交叉口之西北角，我公司于2009年9月3日开始至9月7日对拟建场地进行了勘察，其中完成静力触探孔4个，钻孔9个。在勘察期间，实测地下水稳定水位为0.90～1.30m，地下水对混凝土结构具微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。勘察深度范围内的地基土由第四系粘性土及粉土、砂土组成。下面根据静力触探试验成果分别叙述在本次勘察中的应用。
2.2划分土层、确定土名
本次采用的是双桥静力触探试验，可以同时测得锥尖阻力及侧壁阻力两个参数，因此采用双桥参数划分土层及土类比单桥触探提高了精度与准确性。当触探过程中遇到相同的qc而土性不同时，可再用fs加以区分土类，因为不同土的qc相同时fs会不同，反之，fs相同时，qc会不同。
触探关系与土类的关系受多种因素的相互制约，使触探参数交替重叠，但在复杂的关系中还是可以找出主要的趋势和规律。此时，摩阻比fs／qc是一个很重要的判别值，用它不单可以划分出粘性土和砂土，而且还可以划分出这两种土之间的过渡带——粉土。以4#孔为例，根据其静力触探曲线图，划分地层如图1。
由以上静力触探曲线图可知，粘性土（粉质粘土和粘土）地段的摩阻比fs／qc较粉土地段要大，但qc一般比粉土地段要小。以上土层的划分与钻孔资料相结合对比，从而提高了分层精度。其中上部填土厚度可根据静探孔相邻的钻孔的填土的颗粒组成情况、场地踏勘并结合静探曲线图来划分确定。
2.3确定地基土的承载力。
目前为了利用静力触探确定地基土的承载力，国内外都是根据对比试验结果提出经验公式，以解决生产上的应用问题。
参考工程地质手册第四版和岩土工程手册，有关计算地基土承载力特征值经验公式如下：
将以上数据代入公式（1）～（5），得出的结果与土工试验及标准贯入试验确定的结果对比，并结合地区经验综合得出各层地基土的承载力特征值。实践证明，在滨州地区由静力触探得出的浅层地基土承载力相对较为客观准确。
2.4判定饱和粉土、砂层的液化。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），滨州市抗震设防烈进行度为7度，由本场地的3、5、7、8层饱和粉土的粘粒含量百分率小于10，可初步判定以上地层具有液化的可能性。
根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）的有关采用静力触探试验法进行粉土和饱和砂土的液化判定的条文说明，当实测锥尖阻力值小于锥尖阻力临界值应判别为液化土，可按下式计算：
由表4可以看出，5層、8层、9层粉土无液化可能性，仅3层粉土部分地段具液化的可能性。经计算取液化指数平均值IlE=3.53，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）有关规定判定：地基土液化等级为轻微。
对中小工程利用静力触探判别，可以减少勘察成本和缩短勘察周期，对于大型工程可以采用多种液化判别方法进行对比，使判别结论更趋合理。
2.5探寻和确定桩端持力层，预估打入桩沉桩可能性和单桩承载力。
根据场地岩土工程条件，结合本工程荷载特点，拟建主楼适宜采用预应力管桩，根据静探试验结果，8层粉土埋藏深，厚度较大，物理力学性质好，可作为桩端持力层。
根据《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）附录C.0.2，当根据双桥探头静力触探资料，确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，对于粘性土、粉土和砂土，可按下式计算：
QuK =QSK+QPK=u ∑li•βi•fsi+α•qc•AP （9）
式中 fsi——第i层土的探头侧摩阻力（KPa）。
βi——第i层土桩身侧摩阻力修正系数，按下式计算：
粘性土：βi=10.043fsi-0.55 （10）
砂性土：βi=5.045fsi-0.45 （11）
α——桩端阻力修正系数，对粘性土取2/3，对饱和砂土取1/2。
qc——桩端上、下探头阻力，取桩尖平面以上4d范围内按厚度的加权平均值，然后再和桩端平面以下1d范围内的qc值进行平均（KPa）。按上述公式计算结果见表5。
静力触探试验不是依据理论分析求解，而是依靠经验建立回归方程解决工程问题，因此在实际工程应用中，静力触探应与桩载荷试验配合使用，以达到互相验证的目的。
3. 结束语
静力触探试验和常规的钻探、取样、室内土工试验相比，具有作业简单、方便，测试时间短，经济，使用范围广等优势，可以缩短勘察工期。除了以上列举的几种应用，还用于确定砂土的内摩擦角，相对密度和密实度，确定土的压缩模量等。有关静力触探的应用，有大量的研究成果和文献记载，我们要在以后的工作实践中不断地学习研究，以使工程勘察的水平和工作质量不断提高。
［文章编号］1006-7619（2011）12-14-245
［作者简介］ 纪永彬（1982.6-），男，职称：工程师，工作单位：山东正元建设工程有限责任公司，从事岩土工程勘察与施工。