超重型圓錐動力觸探在卵石層地基勘察中的應用

任 遠 劉 波 胡富昶

（1.四川江源工程咨詢有限公司，四川 成都 610000；2.四川閬中水城農業發展有限公司，四川 閬中 637400）

0 引言

鉆探是巖土工程勘察中最常用的手段，但是在卵石地層當中卵石粒徑不均勻、粒徑形狀不規則且粒徑堅硬，存在鉆進、取樣困難等問題[1]。鉆探只通過取芯及現場編錄，是不能準確對卵石層進行亞層劃分的。需要結合顆粒分析試驗等室內試驗手段才能準確地對卵石地層進行劃分，影響項目勘察進度。依托動力觸探等原位測試手段對卵石地層進行亞層劃分時，地區經驗很重要。我國部分地區已經積累了用動力觸探鑒別碎石土層密實度的相關經驗。圓錐動力觸探作為巖土工程勘察現場原位測試較常用的一種手段，它是利用標準落錘在一定下落高度下的錘擊能量，將探頭打入地層中標準深度，按打入標準深度的錘擊數來評價地層的軟硬程度，并對地層進行力學分層的一種原位測試方法[2]。

根據錘擊能量與探頭形狀，將圓錐動力觸探分為輕型、重型、超重型及標準貫入試驗4種[2]。對超重型圓錐動力觸探試驗應用的研究，目前已經有了很多實際案例成果，如：許凱蒂總結分析了在夾江卵石地層上運用超重型圓錐動力觸探代替傳統鉆探的有效性[1]；成曉煒依托某個工程實例總結分析了重型動力觸探（N63.5）和超重型圓錐動力觸探（N120）在該地區卵石地層中的換算關系[3]；溫衛國運用重型動力觸探，結合某工程實例分析總結了重型動力觸探（N63.5）在地基檢測及其承載力評價的應用效果[4]；芮雪蓮依托某工程實例總結分析了超重型圓錐動力觸探（N120）在地層劃分及承載力特征值取值上的應用[5]。本文在分析超重型圓錐動力觸探試驗效果影響因素的基礎上，結合四川某地區實際工程案例，對超重型圓錐動力觸探在卵石層地基勘察中的應用及效果進行闡述。

1 超重型圓錐動力觸探試驗效果影響因素分析

縱覽超重型圓錐動力觸探試驗應用成果，對影響超重型圓錐動力觸探試驗效果的因素進行分析，筆者認為主要有3個方面：

（1）地基土類型。有關試驗證明，卵石土的粒徑大小對動力觸探錘擊數的影響很大[6]，當卵石土顆粒較小且均勻，觸探錘擊數離散型較小，當卵石粒徑較大且分布不均勻，觸探錘擊數離散型變大。尤其是探頭碰上較大的卵石或漂石時，動力觸探錘擊數會大幅度上升，當穿越此層時，動力觸探錘擊數會有所下降。因此在進行數據處理分析時，要剔除這些異常值，不進行統計，它代表的只是較大顆粒的強度。

（2）超前滯后問題。地層劃分時應注意超前滯后現象，不同土層的超前滯后量是不同的，上為軟土層下為硬土層，超前約0.1～0.2m，滯后約為0.3～0.5m[7]。

（3）試驗操作方式。試驗過程中的不規范操作，也是導致試驗數據誤差的原因之一。例如桿件的垂直度、穿心錘是否垂直下落、每貫入1m是否轉動桿件1圈或0.5圈來減少側摩阻力等[7]。

2 工程地質條件

案例工程位于四川省某地區河流右岸，項目用地范圍原始地貌屬河流Ⅰ級階地地貌。根據現場勘察資料，項目區地層從上至下劃分為雜填土、耕植土、粉質黏土、粉土和卵石層。各地層主要特征描述如下：

（1）耕植土，該層廣泛分布于項目區表層，土黃色，松散，以粉土為主，卵石零星分布，土層內可見植物根系，層厚0.4～0.6m；

（2）雜填土，該層主要為棄渣堆填，在項目區東側少量分布，顏色不固定，產生原因主要為場地拆遷平整；該項目雜填土主要由粉質黏土及建筑垃圾和原址居民生活垃圾組成；呈欠固結松散狀；層厚2～5m，在項目區的分布不均勻，主要分布在拆遷區域；

（3）粉質黏土，該層廣泛分布于項目區表層，黃褐色，軟塑狀，層厚0.80～5.80m；

（4）粉土，該層在項目區廣泛分布，顏色呈灰黃或灰褐色，局部黏粒含量較多。干強度低，韌性低，密實，稍濕。分布連續，鉆孔揭露厚度0.8～2.8m；

（5）卵石層，黃灰色、灰色或雜色。成分以花崗巖、閃長巖為主，以圓礫和砂土為主要充填物，含少量粉粒和黏粒，上部含泥較重且較多強風化卵石。顆粒圓狀～次圓狀，磨圓度較好，部分微風化，部分中等～強風化。在項目區均勻分布，成層性好。

3 超重型圓錐動力觸探試驗分析

3.1 試驗過程

該項目共布置了52個鉆孔，全部鉆孔都進行了超重型圓錐動力觸探試驗。因該項目土層厚度多為3m左右，采用動力觸探開孔器取土至卵石層后，再進行超重型圓錐動力觸探試驗。另外對18個孔同時采用了植物膠護壁雙管取芯的鉆探和超重型圓錐動力觸探的方式，通過對卵石地層取樣進行顆粒分析試驗來對超重型圓錐動力觸探試驗成果進行驗證。既發揮出動力觸探作業快速的優勢，縮短勘察外業工作工期，也滿足了乙級勘察項目1/3以上鉆孔應采用鉆探的規范要求，保證外業質量。超重型圓錐動力觸探采用控制落距的自動落錘方式，確保每擊錘擊能的一致。同時注意試驗中應當保持桿的垂直度，偏斜度不超過規范規定的2%。開始試驗時應連續貫入不要中途終止作業，速率為15～30擊/min。試驗時記錄每貫入10cm的錘擊數[7]。

3.2 超重型圓錐動力觸探試驗對比分析

選取該項目區的12個鉆孔，利用超重型圓錐動力觸探與植物膠雙管取芯鉆探進行對比試驗，同時在植物膠護壁雙管取芯鉆孔內取擾動卵石樣進行顆粒分析試驗。通過12組卵石土樣的顆粒分析成果與經過桿長修正N120值來進行對比，N120值采用統計顆粒分析試驗取樣段的桿長修正擊數平均值，見表1所示。

表1 顆粒分析試驗與N120修正技術對比統計

通過12個鉆孔的對比試驗，可以清楚地看到超重型圓錐動力觸探試驗在該項目上基本準確地反映了該試驗段卵石含量的多少。而卵石含量的大小又能夠反映卵石地層的密實程度[7]。因此可以得出運用超重型圓錐動力觸探對卵石層劃分的方法在該項目上是可行的。

4 超重型圓錐動力觸探試驗的應用

4.1 超重型圓錐動力觸探試驗劃分地層

根據相關資料[7]給出的N120修正擊數與卵石密實度的對應關系（見表2所示），結合地區相關經驗，將該項目卵石層劃分為3個亞層（見表3所示）。同時在對卵石層亞層劃分時，也考慮圓錐動力觸探的超前滯后效應問題。該項目在由稍密卵石層進入中密卵石層，或由中密卵石層進入密實卵石層時，把兩地地層的界限向下移0.1m作為地層界限（見圖1所示）。

圖1 案例工程地質剖面圖

表2 卵石層密實度按N120修正擊數平均值分類標準

表3 該場地卵石亞層分類依據

4.2 超重型圓錐動力觸探試驗確定承載力特征值

根據有關資料，需將N120動探擊數根據公式（1）轉換成N63.5擊數。根據相關資料給出的N63.5擊數與承載力特征值對應經驗值（見表4所示），并結合該地區經驗來確定卵石地層承載力特征值[8]。

表4 N63.5擊數和承載力特征值fak對應關系

根據轉換后的N63.5擊數，結合該地區有關項目經驗，本次勘察采用此種思路提出了該項目卵石地層各亞層的物理力學參數建議值，見表5所示。

表5 卵石地層物理力學參數建議值

5 結束語

該項目通過采用超重型圓錐動力觸探代替一部分植物膠護壁雙管取芯鉆孔，來對項目區的卵石地層進行亞層劃分。充分發揮了超重型圓錐動力觸探勘察和原位測試的雙重作用，取得了一定的效果。通過該工程實例也說明圓錐動力觸探運用在成層性較好的卵石地層地區是一種行之有效、成本經濟、節約工期的勘察手段，并可以結合相關資料提出各卵石亞層的物理力學參數建議值。