輕型圓錐動力觸探在地基承載力檢測中的應(yīng)用探討

譚興海 中邦山水規(guī)劃設(shè)計有限公司

李 瑩 中慶建設(shè)有限責(zé)任公司

1 設(shè)備規(guī)格

輕型圓錐動力觸探主要有落錘、觸探桿及探頭組成，落錘錘重為10kg±0.2kg，落距為0.50m±0.02m，觸探桿直徑為25mm，探頭直徑為40mm，圓錐角為60°，詳見表1與圖1。

表1 輕型圓錐動力觸探設(shè)備規(guī)格表

2 操作步驟及現(xiàn)場檢測要求

（1）根據(jù)GB/T 50123—2019《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中47.3條相關(guān)規(guī)定，操作步驟如下。

①先用輕便鉆具鉆至試驗土層標(biāo)高以上0.3m處，將探頭和探桿放入孔內(nèi)，保持探桿垂直，就位后對所需實驗土層連續(xù)進(jìn)行觸探。

②試驗時，落錘落距為0.50m±0.02m，使其自由落下，記錄每打入0.30m時所需的錘擊數(shù)，最初0.30m可以不記，然后連續(xù)向下貫入，記錄下一深度的錘擊數(shù)，重復(fù)試驗到預(yù)定的試驗深度。

③若需描述土層情況時，可將觸探桿拔出，取下探頭，換貫入器進(jìn)行取樣。

④如遇密實堅硬土層，當(dāng)貫入0.30m，所需錘擊數(shù)超過100擊或貫入0.15m超過50擊時，即可停止試驗；如需對下臥土層進(jìn)行試驗時，可用鉆具穿透堅實土層后再貫入。

⑤本試驗一般用于貫入深度小于4m 的土層，必要時也可在貫入4m 后用鉆具將孔掏清后再繼續(xù)貫入2m。

（2）根據(jù)JGJ 340—2015《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定，現(xiàn)場檢測要求如下。

①試驗應(yīng)在平整的場地進(jìn)行，測試點(diǎn)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)分區(qū)或加固處理分區(qū)均勻布置，并應(yīng)具有代表性。

②天然地基檢測深度應(yīng)達(dá)到主要受力層深度以下，人工地基檢測深度應(yīng)達(dá)到加固深度以下0.5m，符合地基增強(qiáng)體及樁間土的檢測深度應(yīng)超過豎向增強(qiáng)體底部0.5m。

③圓錐動力觸探試驗應(yīng)采用自由落錘；地面上觸探桿高度不宜超過1.5m，并應(yīng)防止錘擊偏心、探桿傾斜和側(cè)向晃動；錘擊貫入應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，保持探桿垂直度，錘擊速率宜為15擊/min～30擊/min。

3 影響因素及減小影響的方法

3.1 人為因素

（1）落錘的高度、錘擊速度和操作方法；

（2）讀數(shù)量測方法和精度；

（3）觸探孔和探桿的垂直度。

3.2 設(shè)備因素

（1）落錘的形狀和質(zhì)量；

（2）探頭的形狀和大??；

（3）觸探桿的截面尺寸、長度和質(zhì)量；

（4）錘墊的構(gòu)造及尺寸；

（5）所用材料的材型及性能。

3.3 其他影響因素

（1）土的性質(zhì)；

（2）觸探深度；

（3）地下水的影響。

3.4 減小影響的方法

（1）操作方法應(yīng)嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范、規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，把人為影響因素降到最低限度；

（2）設(shè)備規(guī)格應(yīng)定型化，遵照規(guī)范、規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)定制設(shè)備；

（3）輕型圓錐動力觸探不宜對較硬土層開展測試，同時輕型圓錐動力觸探不宜連續(xù)觸探超過4m。

4 問題探討

輕型圓錐動力觸探在天然地基檢測中應(yīng)用比較廣泛，具有輕便、易操作等優(yōu)點(diǎn)。但是不規(guī)范的操作是否會引起數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，是否會導(dǎo)致地基的檢測情況與實際差別較大，應(yīng)展開探討。

例：某單棟二層住宅建筑工程中，巖土工程勘察報告中揭露土層為：

第①層：雜填土，黑灰色～雜色，成分復(fù)雜，密度不均，平均深度為0.0m～1.5m；

第②層：粉質(zhì)黏土，黃褐色，可塑狀態(tài)，平均深度為1.5m～5.0m；

第③層：粉質(zhì)黏土，黃褐色，可塑偏硬狀態(tài)，平均深度為5.0m～8.0m。

巖土工程勘察報告中第②層粉質(zhì)黏土的承載力特征值為155kPa，地下水位約為3.0m，根據(jù)巖土工程勘察報告，設(shè)計單位設(shè)計的基礎(chǔ)形式為天然地基獨(dú)立基礎(chǔ)（基礎(chǔ)寬度1.5m，基礎(chǔ)埋深-2.0m，室內(nèi)±0.000與自然地面標(biāo)高基本一致），并采用第②層粉質(zhì)黏土作為基礎(chǔ)持力層，設(shè)計要求地基承載力特征值為155kPa。本工程共有9個基槽，當(dāng)所有基槽開挖至設(shè)計基底標(biāo)高，檢測單位到現(xiàn)場后，采用輕型圓錐動力觸探進(jìn)行地基檢測，直接記錄從設(shè)計基底標(biāo)高算起第一個0.3m錘擊數(shù)，并未向下連續(xù)錘擊，且有些落錘松手時，操作人員的雙手有明顯向下附加用力，而且有些手抬落錘松手時的高度也超過了0.5m。檢測單位采用此種檢測方式連續(xù)檢測了10 個點(diǎn)，錘擊數(shù)分別為N10=20、19、21、20、22、20、21、19、18、20 擊，平均值20 擊，根據(jù)JGJ 340—2015《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》查表8.4.9-1（見表2），可初步判定承載力特征值為115kPa，但是該值比155kPa小很多，如果直接采用115kPa 作為本次地基檢測的檢測報告成果，地基承載力將不滿足設(shè)計要求，就需重新設(shè)計，并采用地基處理等措施提高地基承載力，將增加設(shè)計與施工成本。

表2 輕型動力觸探試驗推定地基承載力特征值fak（kPa）

本次檢測結(jié)果下的地基承載力特征值115kPa是否是規(guī)范操作下得到的試驗結(jié)果？是否符合實際情況？能否作為最終的檢測報告結(jié)果？為什么會出現(xiàn)這種與巖土工程款勘察報告嚴(yán)重不一致的情況？下面就此種情況展開分析。

分析本次檢測結(jié)果與巖土工程勘察報告提供的承載力特征值有較大差距產(chǎn)生的原因如下。

（1）巖土工程勘察時期與開槽卸荷后，基底標(biāo)高（自然地面以下-2m）處地基土的應(yīng)力狀態(tài)不同，此為根本原因，開槽后地基土表層類似欠固結(jié)狀態(tài)，會比原始狀態(tài)略松散，但是基礎(chǔ)建成及回填土壓實后，地基土?xí)貧w到原始的狀態(tài)，所以僅檢測表層0.3m的地基土承載力并不能反映整體受力層厚度內(nèi)地基土的真實狀態(tài)。

（2）本次試驗未按規(guī)范操作，未按照《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》要求從上部用輕便鉆鉆孔后測試，同樣未按照《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》中要求達(dá)到主要受力層深度以下，本次試驗僅測試了地基土表層0.3m 的深度范圍內(nèi)，而且落錘有些為非自由落錘，有些落錘高度也明顯超過規(guī)范要求的0.5m。

（3）未進(jìn)行地基承載力修正，僅提供了初步判定的地基承載力特征值。

（4）現(xiàn)場試驗人員實際工程經(jīng)驗較少，正常情況下本地區(qū)地基承載力特征值為115kPa的粉質(zhì)黏土基本呈軟塑狀態(tài)，但現(xiàn)場基槽開挖后地基土明顯呈可塑狀態(tài)，但是檢測人員并未發(fā)現(xiàn)異常，并且未進(jìn)行異常處理，只是提供了檢測結(jié)果。

解決辦法建議：

（1）可按照GB/T 50123—2019《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中的操作要求，可從試驗點(diǎn)位先用輕便鉆具鉆至試驗土層標(biāo)高以上0.3m 處（盡量保留地基土原始狀態(tài)），再進(jìn)行輕型圓錐動力觸探試驗；或上部預(yù)留一部分土層，然后用輕型圓錐動力觸探連續(xù)貫入，達(dá)到主要受力層深度以下，剔除異常值，再進(jìn)行統(tǒng)計計算。操作時也應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，落錘應(yīng)為自由落錘，禁止落錘達(dá)到指定高度松手時手上附帶向下用力，并且落錘松手時高度不應(yīng)超過0.5m，或者制備帶上部封頂裝置。

（2）進(jìn)行地基承載力修正，根據(jù)GB 5007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中第5.2.4 條規(guī)定：當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，從載荷試驗或其他原位測試、經(jīng)驗值等方法確定的地基承載力特征值，尚應(yīng)按下式修正：

fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）

式中：fa——修正后的地基承載力特征值；

fak——從載荷試驗或其他原位測試、經(jīng)驗值等方法確定的地基承載力特征值；

ηb、ηd——基礎(chǔ)寬度和埋置深度的地基承載力修正系數(shù)；

γ——基礎(chǔ)底面以下土的重度，地下水以下取浮重度；

γm——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水以下的土取有效重度；

b——基礎(chǔ)底面寬度，小于3m 按3m 取值，大于6m按6m取值；

d——基礎(chǔ)埋置深度。

因為本工程基礎(chǔ)寬度1.5m，埋置深度為2.0m，所以地基檢測中通過輕型圓錐動力觸探測試計算的承載力特征值應(yīng)進(jìn)行地基承載力深度修正，通過上式修正后的地基承載力特征值約為160kPa，滿足設(shè)計要求，并在檢測報告中標(biāo)注此承載力為修正后的地基承載力特征值。

（3）當(dāng)出現(xiàn)本次檢測這種情況時，可以再采用其他方式開展地基承載力檢測，進(jìn)行橫向?qū)Ρ?。比如載荷試驗、靜力觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，把各種測試結(jié)果對比，看是否能夠得出不同的結(jié)論。

（4）現(xiàn)場試驗人員應(yīng)當(dāng)積累一定經(jīng)驗，當(dāng)遇到檢測結(jié)果與巖土工程勘察報告中的承載力特征值相差較大時，應(yīng)積極探求問題出現(xiàn)的原因，并探尋解決辦法，幫助工程順利進(jìn)行。

5 結(jié)束語

輕型圓錐動力觸探試驗在巖土工程勘察及天然地基檢測中應(yīng)用較多，對比載荷試驗、靜力觸探、標(biāo)貫試驗等其他原位測試，輕型圓錐動力觸探試驗具有易操作、易攜帶、經(jīng)濟(jì)投入低、試驗速度快等特點(diǎn)。但是輕型圓錐動力觸探試驗應(yīng)該按照相關(guān)規(guī)范的操作要求開展試驗，不規(guī)范的操作會引起數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，并且會導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)結(jié)果下的地基土情況與實際地基土情況差別較大，很有可能造成施工成本的增加及浪費(fèi)，也可能造成施工停滯，耽誤工期，無法按原計劃順利進(jìn)行。

所以，輕型圓錐動力觸探試驗人員應(yīng)按照規(guī)范要求，并結(jié)合多本規(guī)范進(jìn)行試驗，要明白檢測單位提供的試驗結(jié)果對工程造價影響很大，當(dāng)遇到檢測結(jié)果與巖土工程勘察報告中的承載力特征值相差較大時，必須引起注意，勤與各方溝通，可咨詢巖土方面的專家，幫助解決此類問題，以保證基礎(chǔ)工程質(zhì)量以及工程順利進(jìn)行。

根據(jù)近些年筆者參與的地基檢測情況，不僅僅是輕型圓錐動力觸探試驗，針對所有的地基檢測，檢測及試驗人員都應(yīng)具備一定的巖土工程經(jīng)驗知識，并且對相關(guān)規(guī)范研究透徹，不應(yīng)斷章取義，自以為是，應(yīng)當(dāng)具備一定的判別能力。比如大概影響深度會有多少米，受力層深度大概是多少米，根據(jù)工程不同，設(shè)計不同，及受力層深度及影響深度的不同，確定檢測方法及檢測深度，對業(yè)主負(fù)責(zé)，對自身負(fù)責(zé)，這樣才能保證檢測數(shù)據(jù)能夠真實反映地基土的情況。并且對數(shù)據(jù)與實際情況是否有偏差要具有一定的識別能力，當(dāng)數(shù)據(jù)異常時，應(yīng)具備處理異常數(shù)據(jù)的能力，這樣才能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保證工程質(zhì)量，不給工程增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。