轻型圆锥动力触探在国外某电源工程验槽中的应用

李景琳

摘  要：文章介绍了美国材料与试验协会ASTM标准下的轻型圆锥动力触探试验在国外某电源项目工程基槽检验中的应用，通过试验分析，应用轻型圆锥动力触探试验检测天然地基承载力是否满足设计要求在该区域取得了良好的效果，为国内同行从事类似工程提供参考。

关键词：轻型圆锥动力触探;验槽;承载力特征值

中图分类号：U455.49    文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）35-0027-02

1  工程背景

随着“一带一路”战略构想的推进，中国有竞争力的企业承担了越来越多的海外项目。国外某电源项目，根据前期地勘报告，基底下伏全风化第三系泥岩和粉砂岩，承载力特征值为350 kPa。因此，主厂房和锅炉区域拟采用天然地基基础型式，基础开挖深度为-5.00 m。

锅炉区域基坑开挖完毕后，经地勘人员检验，为全风化粉砂岩，呈密实中粗砂状。国外业主及总包方对基底承载力是否满足设计要求提出疑问，因此提出采用轻型圆锥动力触探试验（Dynamic Cone Penetration Test，下称“DCP”）方案。由于从国内运输设备需要的时间和经济成本过高，且便于业主理解和接受，本次测试采用美国材料与试验协会（American Society for Testing and Materials，下称“ASTM”）标准D 6951/D6951M-09进行试验。

2  设备概述

DCP试验最早起源于1959年的澳大利亚[1]，因其具有设备简单、操作方便、工效较高、适应性广、可连续贯入等特性，得到广泛应用。根据贯入度，可用于估算加州承载比CBR（California Bearing Ratio），从而根据经验公式确定土层厚度、剪切强度等材料指标，以及在已知土体含水率的情况下估算其重度等[2]。

这种设备可以用来评估地面以下1m深度范围内的材料特性，并且可以通过增加杆长来增加试验深度。然而，由于杆长增加，设备的质量和惯性会发生变化，且摩擦力变大，数据需要修正方可使用。

ASTM标准下，轻型动力触探设备分为2种，对应锤重分别为8 kg和4.6 kg。本次试验采用的锤重为8 kg，设备示意图如图1所示，其部件规格与国标《岩土工程勘察规范》（2009年版）（GB 50021-2001）对比见表1[2]。

3  试验方案

根据现场厂平条件，在主要设备和重要基础底部共选取6个试验点。考虑到试验点基底承载力可能不满足设计要求，在同一试验点不同深度处也进行DCP试验，从而估算不同深度处土层的压缩模量和承载力，以判断其是否满足设计要求。

4  数据处理

以试验点1为例，根据原始数据记录，以累积击数为x轴，贯入深度为y轴，做关系曲线如图2所示。

根据Coonse， J. （1999）[3]，CBR与贯入度之间的关系为：

1g（CBR）=2.53-1.14×1g（CPR）（1）

式中，PR为贯入度（mm/击）。

对图2进行线性拟合，得到线性回归方程：

y=104+8.6x

其中，相关系数R=0.9817，R为0的概率P<0.0001，两条曲线具有较高的相关度。

式中，斜率8.6为平均贯入度（mm/击）。

5  成果应用

5.1  压缩模量

根据U.S. Army Corps of Engineers Research and Develop

ment Center Waterways Experiment Station（Green and Hall， 1975）[4]，土体压缩模量与CBR之间的关系为：

E（Mpa）=37.3×CBR■（2）

根据S.D. Mohammadi， M.R. Nikoudel等（2008）[1]，土体压缩模量与平均贯入度之间的关系为：

E（Mpa）=55.033/（DPI）0.54（3）

式中，DPI为贯入度（mm/击）。

根据式（2）和（3），可得试验点1处土体压缩模量分别为15.8 MPa和17.2 MPa，满足设计要求。

5.2  承载力

根据David Dzitse-Awuku （2008）[5]对浅基础的模型试验，承载力与DCP试验结果的关系为：

f=48.3n+57.3                    （4）

式中，n为贯入100 mm的击数。

根据图2拟合结果，可知，对试验点1，n=11.6。

将n值代入式（4），可得试验点1处土体承载力为617.6 kPa，满足设计要求。

6  结  论

①轻型圆锥动力触探在本次地基验槽过程中，发挥了简便、快捷、经济的特点，检测结果基本能反应该地区地基土层的强度特征，取得了良好的应用效果。

②通过本次轻型圆锥动力触探应用，提供了ASTM标准下该试验成果与土体压缩模量和承载力之间的经验公式，为国内外的同行提供参考。

参考文献

[1] S.D. Mohammadi， M.R. Nikoudel， etc. Application of the Dynamic Cone P

enetrometer （DCP） for determination of the engineering parameters o

f sandy soils. Engineering Geology 101，（2008）.

[2] American Society of Testing Materials. Standard test method for us

e of the dynamic cone penetrometer in shallow pavement applicatio

ns （D 6951-09）. ASTM International，2009.

[3] Coonse， J. （1999）. Estimating California Bearing Ratio of cohesive p

iedmont residual soil using the scala Dynamic Cone Penetrometer，M

asterís Thesis （MSCE）， North Carolina State University， Raleigh， N.C.

[4] Pawan Kumar，Deepthi Dilip and G.L. Sivakumar Babu.Critical appr

aisal of correlations between CBR and subgrade modulus.Journal of

the Indian Roads Congress， 2014.

[5] David Dzitse-Awuku， BSc. Geological Engineering （Hons）. Correlatio

n between dynamic cone penetrometer （n-value） and allowable bear

ing pressure of shallow foundation using model footing. Mphil. （Civi

l Engineering），KNUST.