第6章 圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)

1、第6章 圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn),主講：崔德山,目　錄,1. 概述2. 試驗(yàn)的基本原理3. 儀器設(shè)備4. 試驗(yàn)方法和主要技術(shù)要求5. 影響因素和試驗(yàn)指標(biāo)的修正6. 試驗(yàn)資料的整理與成果的應(yīng)用7. 工程實(shí)例8.下節(jié)課：第7章 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),1. 概 述,圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(DPT:dynamic penetration test)是利用一定的錘擊動(dòng)能，將一定規(guī)格的圓錐探頭打入土中，然后依據(jù)貫入擊數(shù)或動(dòng)貫入阻力判別土層的變化，確定土的

2、工程性質(zhì)，對(duì)地基土做出巖土工程評(píng)價(jià)。,試驗(yàn)?zāi)康?動(dòng)力觸探試驗(yàn)指標(biāo)主要用于以下幾個(gè)目的:(1)評(píng)定砂土的孔隙比或相對(duì)密實(shí)度、粉土及粘性土的狀態(tài)。(2)估算土的強(qiáng)度和變形模量。(3)評(píng)定場(chǎng)地地基的均勻性及承載力。(4)探查土洞、滑動(dòng)面、軟硬土層界面等。(5)估算樁基持力層和承載力。(6)檢驗(yàn)地基加固與改良的質(zhì)量效果。,適用范圍,,2. 試驗(yàn)的基本原理,DPT 的基本原理可以用能量平衡法來分析。在一次錘擊作用下的功能轉(zhuǎn)換按能量守恒

3、原理，其關(guān)系為：Em----穿心錘下落能量；Ek----錘與觸探器碰幢時(shí)損失的能量；Ec----觸探器彈性變形所消耗的能量；Ef----貫入時(shí)用于克服桿側(cè)壁摩阻力所耗能量；Ep----由于土的塑性變形而消耗的能量；Ee----由于土的彈性變形而消耗的能量,Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee,動(dòng)貫入阻力Rd,考慮在動(dòng)力觸探測(cè)試中，只能量測(cè)到土的永久變形，故將和彈性有關(guān)的變形略去，可推導(dǎo)得土的動(dòng)貫入阻力Rd為：e——貫

4、入度（mm），每擊貫入的深度；M——重錘質(zhì)量；m——觸探器質(zhì)量；A——圓錐探頭底面積（m2）,平均傳至探頭的能量，消耗于探頭貫入土中所作功(Ep=Rd*A*h/N)可見平均傳至探頭的能量與探頭單位面積的動(dòng)貫入阻力相關(guān)。當(dāng)規(guī)定一定的貫入深度，采用一定規(guī)格(規(guī)定的探頭截面、圓錐角和質(zhì)量)的落錘和規(guī)定的落距，那么，錘擊數(shù)N的大小就直接反映了動(dòng)貫入阻力的大小，即直接反映被貫入土層的密實(shí)程度和力學(xué)性質(zhì)。因此，實(shí)踐中常采用貫入土層一定深度

5、的錘擊數(shù)作為DPT的試驗(yàn)指標(biāo)。,3. 儀器設(shè)備,導(dǎo)向桿提引器穿心錘錘座探桿探頭,4. 試驗(yàn)方法和主要技術(shù)要求,4.1 試驗(yàn)方法圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的類型，按貫入能力的大小可分為輕型、重型和超重型3種。4.2 試驗(yàn)技術(shù)要求(1)采用自動(dòng)落錘裝置;(2)觸探桿最大偏斜度不應(yīng)超過2%，錘擊貫入應(yīng)連續(xù)進(jìn)行；同時(shí)防止錘擊偏心、探桿傾斜和側(cè)向晃動(dòng)，保持探桿垂直度；錘擊速率每分鐘宜為15 —30擊;(3)每貫入1m，宜將探桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈半

6、;當(dāng)貫入深度超過10m，每貫入20cm宜轉(zhuǎn)動(dòng)探桿一次；(4)對(duì)輕型動(dòng)力觸探，當(dāng)N10>100或貫入15cm錘擊數(shù)超過50時(shí)，可停止試驗(yàn);對(duì)重型動(dòng)力觸探，當(dāng)連續(xù)三次N63.5 >50時(shí)，可停止試驗(yàn)或改用超重型動(dòng)力觸探。,,,,,中國(guó)動(dòng)力觸探的分類及設(shè)備,,4.1 輕型動(dòng)力觸探(N10),1、試驗(yàn)設(shè)備 主要由圓錐頭、觸探桿、穿心錘三部分組成。觸探桿系用直徑25mm的金屬管，每根長(zhǎng)1.0—1. 5m，穿心錘重10kg。

7、2、試驗(yàn)要點(diǎn) (1)先用輕便鉆具鉆至試驗(yàn)土層標(biāo)高，然后對(duì)所需試驗(yàn)土層連續(xù)進(jìn)行觸探; (2)試驗(yàn)時(shí)，穿心錘落距為50cm，使其自由下落，將探頭豎直打入土層中，每打入土層30cm的錘擊數(shù)即為N10； (3)若需描述土層時(shí)，可將觸探桿拔出，取下探頭，換上輕便鉆頭，進(jìn)行取樣; (4)本試驗(yàn)一般用于貫入深度小于4m的土層; (5)當(dāng)N10>100時(shí)或貫入0.15m超過50時(shí)，可停止試驗(yàn);,地基土承載力

8、與變形模量的確定,,砂土密實(shí)度的確定,,4.2 重型動(dòng)力觸探（N63.5）,1、試驗(yàn)設(shè)備 設(shè)備規(guī)格及探頭構(gòu)造，如圖所示。觸探桿一般采用直徑42mm、穿心錘重63.5kg。 2、試驗(yàn)要點(diǎn) (1)試驗(yàn)前，觸探架應(yīng)安裝平穩(wěn)，保持觸探孔垂直，垂直度偏差不超過2%; (2)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使穿心錘自由下落，落距為76cm; (3)錘擊速度宜控制在每分鐘15—30擊，打入過程應(yīng)是連續(xù)的; (4)及時(shí)記錄每貫入

9、0. 1m的錘擊數(shù)，也可記錄每一陣擊的貫入度，然后再換算為每貫入0.10m所需的錘擊數(shù); (5)對(duì)于一般砂、圓礫和卵石、觸探深度不宜超過12—16m; (6)當(dāng)連續(xù)三次N63.5>50擊時(shí)，若要繼續(xù)觸探，可考慮使用超重型動(dòng)力觸探; (7)每貫入1m，宜將鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈半;當(dāng)貫入深度超過10m，每貫入20cm宜轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿一次。,,,,,,,確定地基土的承載力和變形模量,《工業(yè)與民用建筑工程地質(zhì)勘察規(guī)范》 推薦使用

10、的地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值,確定砂土的孔隙比,,確定砂土的密實(shí)度,,確定樁的持力層和承載力,(1)確定樁基持力層 對(duì)有建筑經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)是行之有效的辦法，如廣州地區(qū)，上部為淤泥，底部為紅砂巖殘積土或直接為基巖，動(dòng)力觸探穿過軟土層即到樁的持力層。因此利用動(dòng)力觸探，快速、有效，節(jié)約了鉆探工作量，得到廣泛的使用，但必須是有經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，并配少量鉆孔驗(yàn)證。對(duì)沒有經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，要持謹(jǐn)慎的態(tài)度，以免產(chǎn)生誤判。 (2)確定單樁承載力 沈陽(yáng)市

11、樁基礎(chǔ)試驗(yàn)研究小組根據(jù)沈陽(yáng)樁的持力層主要為砂層。利用重型動(dòng)力觸探與單樁靜載荷試驗(yàn)所得出的單樁容許承載力建立的相關(guān)關(guān)系，得到用重型動(dòng)力觸探計(jì)算單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值的經(jīng)驗(yàn)公式。,4.3 超重型動(dòng)力觸探(N120）,1、試驗(yàn)設(shè)備及技術(shù)規(guī)格 穿心錘:質(zhì)量120kg，落距100cm，自由落錘;探頭:圓錐角60，直徑74mm ,截面積40cm2；直徑60mm，長(zhǎng)度1-1.5m/節(jié)，質(zhì)量11.4kg/m;錘墊、導(dǎo)向桿、探頭的總質(zhì)量約15.0kg。

12、2. 適用范圍 主要適用于貫入指標(biāo)N120為6擊以上(N63.5>15擊)的中密、密實(shí)卵石層和含有少量漂石的卵石層，不適用于砂類土和漂石層。觸探最大深度不超過20m。,,N120動(dòng)力觸探在工程勘察的實(shí)踐中主要應(yīng)用于如下方面:(1)查明卵石層的密實(shí)度和均勻性，并與鉆探和工程物探資料相結(jié)合進(jìn)行分層、定名和地基評(píng)價(jià)。(2)圈定卵石層內(nèi)的軟弱夾層，選擇樁基持力層和確定需要進(jìn)行加固處理(如灌漿、振沖等)的范圍。(3)評(píng)估地基的承

13、載力和變形。(4)查明基巖的埋深和軟質(zhì)巖石強(qiáng)風(fēng)化帶的厚度。 (5)檢驗(yàn)砂卵石人工墊層地基和碎石樁地基的施工質(zhì)量和加固效果。,確定卵石土的密實(shí)度及均勻性,,確定卵石土地基承載力和變形模量,,確定樁端土的承載力,,試驗(yàn)要點(diǎn),(1)觸探前應(yīng)認(rèn)真檢查設(shè)備規(guī)格，丈量工具、探桿的垂直度，經(jīng)常維修保養(yǎng)自動(dòng)脫鉤裝置，保證自由落錘。不符合規(guī)定的部件應(yīng)及時(shí)更新。 (2)觸探時(shí)，應(yīng)下入一定長(zhǎng)度的套管作為孔口穩(wěn)定和探桿導(dǎo)向的裝置，柴油機(jī)中速運(yùn)轉(zhuǎn)，錘

14、擊速率均勻，每分鐘錘擊18次左右。 (3)探頭、探桿、錘墊的絲扣必須擰緊，每接一根鉆桿，就應(yīng)推轉(zhuǎn)，減少摩擦。 (4)探桿露出地表部分的長(zhǎng)度應(yīng)控制在1. 5m以內(nèi)，以免晃動(dòng)，影響質(zhì)量。 (5)丈量探桿和標(biāo)示刻度應(yīng)力求準(zhǔn)確，計(jì)數(shù)應(yīng)認(rèn)真負(fù)責(zé)，記錄清晰正確。,6. 試驗(yàn)資料的整理與成果的應(yīng)用,圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果分析應(yīng)包括下列內(nèi)容: (1)單孔連續(xù)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)應(yīng)繪制錘擊數(shù)與貫入深度關(guān)系曲線; (2)計(jì)

15、算單孔分層貫入指標(biāo)平均值時(shí)，應(yīng)剔除臨界深度(不超過1m)以內(nèi)的數(shù)值、超前和滯后影響范圍內(nèi)的異常值; (3)根據(jù)各孔分層的貫入指標(biāo)平均值，用厚度加權(quán)平均法計(jì)算場(chǎng)地分層貫入指標(biāo)平均值和變異系數(shù)。,,,勘探工作量的布置,1)每一勘察場(chǎng)地動(dòng)探點(diǎn)的數(shù)量不應(yīng)小于6個(gè)。 2)當(dāng)N120動(dòng)力觸探既作為測(cè)試手段又作為勘探手段應(yīng)用時(shí)，觸探點(diǎn)的間距應(yīng)滿足勘察規(guī)范的要求和符合場(chǎng)地的巖土工程條件。對(duì)于樁基或透鏡狀軟弱夾層較多的場(chǎng)地，觸探點(diǎn)的間距一

16、般應(yīng)達(dá)到12—24m，必要時(shí)可適當(dāng)加密。 3)每一勘察場(chǎng)地，應(yīng)根據(jù)動(dòng)探曲線的類型、形態(tài)特點(diǎn)及場(chǎng)地工程地質(zhì)特征，選擇1—3個(gè)動(dòng)探點(diǎn)布置控制性鉆探或坑探，通過鉆(坑)探、取樣、試驗(yàn)、觀察等掌握地層的成層特點(diǎn)，作為解釋動(dòng)探曲線和進(jìn)行分層的地質(zhì)依據(jù)并準(zhǔn)確測(cè)定地下水位。 4)對(duì)于N120<5的軟弱夾層，應(yīng)注意取樣和分類試驗(yàn)(顆粒分析、塑(液限)試驗(yàn))及其他有關(guān)項(xiàng)目的室內(nèi)試驗(yàn)，以便準(zhǔn)確分層、定名和評(píng)價(jià)。必要時(shí)，應(yīng)改用N63.5

17、動(dòng)力觸探，以提高測(cè)試精度。,特種類型動(dòng)力觸探,,5. 影響因素和試驗(yàn)指標(biāo)的修正,影響動(dòng)力觸探的因素很復(fù)雜。對(duì)有些因素的認(rèn)識(shí)也不完全一致。有些因素通過標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一后可得到控制，如機(jī)具設(shè)備、落錘方式等。但有些因素，如桿長(zhǎng)、側(cè)壁摩擦、地下水、上覆壓力等，則在試驗(yàn)時(shí)是難以控制的。,一、桿長(zhǎng)影響,對(duì)桿長(zhǎng)的影響存在不同的看法。按牛頓碰撞理論，隨著桿長(zhǎng)的增長(zhǎng)，由探桿傳輸給圓錐探頭的有效能量逐漸減小，使擊數(shù)偏大。故必須對(duì)N值加以修正。而按彈性波動(dòng)理淪，隨

18、著桿長(zhǎng)的增長(zhǎng)，開始有效能量是逐漸增大的，超過一定桿長(zhǎng)后，有效能量趨于定值，對(duì)輕型動(dòng)力觸探，當(dāng)桿長(zhǎng)超過3m;對(duì)中型動(dòng)力觸探，當(dāng)桿長(zhǎng)超過5m;對(duì)重型動(dòng)力觸探，當(dāng)桿長(zhǎng)超過10m，桿長(zhǎng)的影響已不明顯，均可忽略不計(jì)。,,,,,二、桿側(cè)摩擦的影響,探桿的側(cè)壁摩擦的影響也很復(fù)雜。在有些土層中，特別是軟粘土和有機(jī)土，側(cè)壁摩擦對(duì)擊數(shù)有重要影響。而對(duì)中密—密實(shí)的砂土，尤其在地下水位以上。由于探頭直徑比探桿直徑大，側(cè)壁摩擦是可以忽略的。 一般情況，重

19、型動(dòng)力觸探深度小于15m,超重型動(dòng)力觸探深度小于20m時(shí)，可以不考慮桿側(cè)摩擦的影響，如缺乏經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)采取措施消除側(cè)摩擦的影響(如用泥漿)，或用泥漿與不用泥漿進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)來認(rèn)識(shí)桿側(cè)摩擦的影響。,三、地下水的影響,對(duì)地下水位以下的中、粗礫石和圓礫、卵石層，動(dòng)力觸探錘擊數(shù)按下式校正:N63.5’=N63.5*1.1+1水利電力部制定的動(dòng)力觸探規(guī)程中，不考慮地下水的影響，認(rèn)為地下水位以下砂土飽和后，不僅動(dòng)貫入阻力降低，而且土的強(qiáng)度、承載力

20、也隨之降低。,四、上覆壓力的影響,通過室內(nèi)試驗(yàn)槽和三軸標(biāo)定箱的試驗(yàn)研究，認(rèn)為上覆壓力對(duì)觸探貫入阻力的影響是顯著的。但對(duì)于一定相對(duì)密度的砂土，上覆壓力對(duì)DPT試驗(yàn)結(jié)果存在一個(gè)“臨界深度”，即錘擊數(shù)在此深度范圍內(nèi)隨著貫入深度的增加而增大，超過此深度后，錘擊數(shù)趨于穩(wěn)定值，增長(zhǎng)率減小，并且臨界深度隨著相對(duì)密度和探頭直徑的增加而增大。,7. 工程實(shí)例,產(chǎn)品名稱：可變能量動(dòng)力觸探儀 產(chǎn)品編號(hào)：PANDA 產(chǎn)品廠商：法國(guó)操作簡(jiǎn)便操作過程十

21、分簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定數(shù)據(jù)由PDA記錄、儲(chǔ)存，測(cè)試全只需一人便可完成。 測(cè)試范圍大 觸探深度一般可達(dá)4～6米，最大可達(dá)8米數(shù)據(jù)整理、計(jì)算方便精度高儀器結(jié)構(gòu) 該儀器為裝配式結(jié)構(gòu)，包括標(biāo)準(zhǔn)重錘、主機(jī)箱、電子手薄、探桿、探頭、活塞、手柄、位移傳動(dòng)帶和導(dǎo)線。其中探頭針對(duì)不同土質(zhì)具有不同截面，分為2cm2、4cm2、10cm2三種，長(zhǎng)度可以根據(jù)要求延續(xù)，探頭阻力可達(dá)到20～30MPa。,,,,,運(yùn)用輕便動(dòng)力觸探儀測(cè)試粉