用静力触探试验测试砂土密实度

用静力触探试验测试砂土密实度

大量的模型试验和现场试验结果表明，静力触探都可用于工程地质勘察回填砂土的密实度检测，为了从理论上揭示两者的相关性的根源，通过试验测试出，静力触探在砂土中试验结果相关性的必然性。

标签：静力触探；砂土；密实度

静力触探是岩土工程勘察中一项常用的原位测试方法，因其普遍适用性和有效性而在岩土工程勘察工程中广泛应用，它适宜于软土、粘性土、粉土、砂性土层。特别是对于地层情况变化较大的复杂场地及不易取得原状土的饱和砂土和高灵敏度的软粘土地层的勘察，更适合采用静力触探进行勘察。

静力触探试验是广泛用于岩土工程勘探、监测和检测方面的原位测试技术，具有轻便、快速、高效的特点。基本原理就是用准静力（相对动力触探而言，没有或很少冲击荷载）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。静力触探是常用的土体原位测试方法。触探试验的成果反应了地基土在竖向动荷载与静荷载作用下的强度与变形能力，都是地基土强度与变形性能的综合反映。

砂土的密实度决定着地基承载力、桩的摩阻力与端承力，是工程地质勘察中的一项重要内容。

砂土（无粘性土）的密实度是表征其物理性质的一项重要指标，直接影响到砂土的工程性质。密实状态的砂土，强度高是良好的天然地基，反之，松散状态的砂土，强度低，不能作为天然地基。

因此如何表示砂土的密实程度是土力学中重要问题之一。在一定程度上，砂土的密度程度可用其孔隙比来表示。但砂土的孔隙比的变化范围受土粒大小、磨圆程度、形状和级配的影响很大，即使两种无粘性土的孔隙比相同，但它们所处的密实状态未必一样。例如就某一确定的天然孔隙比，级配不良的砂土，根据该孔隙比可评定为密实状态；而对于级配良好的土，同样具有这一孔隙比，则可能判为中密或者稍密状态。因此，工程上一般采用相对密度Dr来衡量无粘性土的密实程度。相对密度Dr的表达式如下：

式中：emax-同一土样情况下无粘性土的最大孔隙比，由它的最小干密度换算；一般按“松砂器法”测定；emin-同一土样情况下无粘性土的最小孔隙比，由它的最大干密度换算；一般按“振击法”测定；e-同一土样情况下无粘性土的天然孔隙比。

但在工程实际工作中最常用确定砂土的密实度是依据标准贯入试验的锤击数。实际工作中，有两种情况难以用标准贯入试验确定砂土的密实度：一种是饱和砂土，尤其是具有承压水的砂层，标准贯入试验难以进行；另一种是钻杆长超过21米时，取出了取出了规范上的校正范围而无法校正击数。通过几年的工作与资料的积累，在20m深度内，可正常进行的标准贯入试验与静探试验对比，建立标准贯入击数与静力触探试验指标一一锥尖阻力的回归方程，从而可直接用静力触探试验测试出砂土的密实度。

对比试验是在牡丹江市地区，方法是标准贯入试验孔与静力触探试验孔孔距0.6-1.5m，并先进行静探试验，从32个对比中得到了52组粉细砂、37组中粗砂的N63.5与qc对比数据，对这些数据分别做了回归分析，得到了两个回归方程。

粉细砂：Nf·x=0.0025qc+3.12 （1）

中粗砂：Nz·c=0.003qc+5.22 （2）

式中：Nf·x、Nz·c：分别为粉细砂、中粗砂的标准贯入试验锤击数（击/30cm）；qc：静力触探试验锥尖阻力（Kpa）

对于公式（1），在给定信度α=0.01时，F=877.67≥F0.01=6.63；对于公式（2），在给定信度α=0.01时，F=768.42≥F0.01=6.63；公式（1）、（2）的F检验均极为显著。

标准贯入试验锤击数N63.5与静力触探试验指标锥尖阻力qc的关系，为了确定砂土密实度界限的qc值，我们利用N=10、N=15、N=30三个标准贯入试验界限值代入公式（1）、（2）中，求出对应的qc，并列入下表。

国内外评定砂土密实度界限值对比表

通过对比，有一定差别，但不是很大，尤其与辽宁煤矿设计院、哈尔滨市勘察设计院、同济大学的资料很接近，且介于二者之间。而造成的差别与地区、砂土的级配，矿物成分及饱和度有关。因此，我们建立的公式适用于牡丹江地区，其它地区只能参考适用。再后来勘察工作中，我们应用了这两的公式来确定砂土密实度，从而给出地基承载力、桩端承载力、摩阻力，与地区经验压桩试验对比，结果是正确的。

静力触探既是一种原位测试手段，也是一种勘探手段，它和常规的钻探——取样——室内试验等勘探程序相比，具有快速、精确、经济和节省人力等特点。此外，在采用桩基工程勘察中，静力触探能准确地确定桩端持力层等特征也是一般常规勘察手段所不能比拟的。

参考文献

[1]曾国熙.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1988，8.

[2]叶书麟.地基处理实例应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[3]GBJ50007-2002 建筑地基基础设计规范[S].