镇江界牌地区单桥与双桥静力触探划分地层的对比

匡祥文

摘 要 静力触探试验作为一种最常见的原位测试技术和勘察手段，在工程地质勘察、监测、检测等方面应用广泛，其成果高效、即时。镇江地区普遍采用单桥和双桥静力触探，本文通过举例工程简单讨论了单桥和双桥静力触探划分地层的对比。

关键词 静力触探 单桥 双桥 比贯入阻力 锥尖阻力 侧壁摩阻力 地层

一、引言

镇江界牌地区地貌区属于长江三角洲平原区，为满足市场需求和勘探要求，提高工作效率，降低勘察成本，在土層较复杂的场地以及不易取得原状土样的饱和砂（粉）土和灵敏度中-高的软土层的勘察原位测试手段中，静力触探试验具有操作简单、施工效率高、成本较低等优点，可以最大限度地避免钻探、取样、室内试验等过程对岩土体原生结构的扰动和原位应力的释放，通过触探参数与土的工程地质特性之间的关系来划分地层、辨别土类及提供工程性质参数。

单桥静力触探在我国最先得到推广和普及，至今也是我国独有的，镇江地区在过去的长期的工程地质勘察中采用单桥静力触探作为主要的原位测试手段，技术人员将单桥静力触探比贯入阻力ps与众多的土性参数建立了相关的经验公式，但随着双桥静力触探试验的施工难度和成本的降低，双桥静力触探在镇江地区的应用得到推广。因单桥静力触探显得功能单一，分辨率不高及与国际标准不接轨等缺点表现的比较明显，再加上双桥静力触探对地层分析的可靠性较单桥静力触探有明显的优势，双桥静力触探愈来愈受到广大工程地质勘察技术人员的青睐，因此建立单桥静力触探与双桥、孔压静力触探的关系很有必要，也很迫切。由于镇江地区工程地质界多使用单桥和双桥，孔压静力触探资料有限，故本文主要对单桥和双桥静力触探划分地层进行对比讨论。

二、单桥静力触探和双桥静力触探的应用

静力触探试验（Cone Penetration Test，简称CPT）是用静力匀速将标准规格的探头压入土中，同时量测探头阻力，测定土的力学特性，具有勘探和测试双重功能。适用于软土、一般黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土，可根据工程需要采用单桥静力触探试验、双桥静力触探试验、孔压静力触探试验，可测定比贯入阻力ps、锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs和贯入时的孔隙水压力u。

单桥静力触探只能测得比贯入阻力ps，根据ps值的大小和ps-z曲线形态变化粗略进行土类判别、划分土层，由于数据形式单一，会产生较大的误差，在土体分层应用时具有局限性。对同一层土，由于其形成年代、成因、受荷条件不同，其ps值可以相差很多；同时，不同土层也可能有相同的ps值，如老黏土和砂层，仅有ps一个参数时对划分土层、判别土类的分辨率较低，实际工程中往往借助于钻孔取样和工程经验来对比分析。双桥静力触探可测得锥尖阻力qc和侧壁摩阻力fs，然后计算出摩阻比Rf（Rf=fs/qc×100%），由此可划分土类，并结合qc-z曲线、fs-z曲线和Rf-z曲线进行分析对比，其分辨率就高得多，并综合各类规范给出的qc、fs和Rf判别土类的分类图来较方便地划分土层和辨别土类，使得分析判据综合性强，结果更准确。就目前镇江地区工程地质勘察界静力触探试验的应用现状可以概述为：单桥静力触探占统治地位；双桥静力触探应用已经开始推广，但发展缓慢；孔压静力触探只有少数单位在应用。从勘察精度与功能上来说，孔压静力触探优于双桥静力触探，双桥静力触探优于单桥静力触探。虽然双桥静力触探较之单桥静力触探的工作更为复杂，但由于其数据更为全面且精度更高，且得到国际认可，因而推广双桥静力触探的应用及研究单桥和双桥静力触探划分地层的对比具有实际意义。

三、单桥静力触探和双桥静力触探的对比研究

（一）对比试验

本文选取镇江界牌地区的《界牌新农村建设四期-1》工程地质勘察报告为例，分析同一场地两种不同探头的试验数据，主要研究单桥和双桥静力触探划分地层的应用对比。使用的单桥和双桥静力触探探头规格如表1所示，记录仪器为JC-H2型静力触探仪，自动记录数据，两米回零一次，贯入方法为液压动力，贯入速度控制在1.2±0.3m/min。拟建项目界牌新农村建设四期位于镇江市丹阳界牌镇西侧，永红路北侧，通江路南侧，小区40米大道东侧。根据前期临近钻探勘察资料，场地地基土从上至下分别为第四系全新统（Q4）素填土、第四系全新统（Q4）长江冲淤积形成的粉质黏土、粉砂夹粉土、淤泥质粉质黏土、粉砂夹粉土、粉土夹砂、粉细砂及粉质黏土、第四系上更新统（Q3）冲积相粉质黏土、中细砂及中粗砂。

（二）划分地层

目前镇江界牌地区对于单桥静力触探采用目测经验法，通过分析单桥静力触探曲线及统计原始数据，而单凭比贯入阻力ps不足以准确判定土的类别，需根据地区经验和钻孔取样来辅助辨别土类、划分土层。对于双桥静力触探主要采用综合确定法，以锥尖阻力qc为主，综合考虑侧壁摩阻力fs和摩阻比Rf进行综合分类，其他利用双桥静力触探参数划分土层和土类的方法还有：铁道部第一设计院方法、北京铁路局标准方法、铁道部标准方法等。结合本地区勘察项目的地层特点，笔者在划分地层中总结了些经验，叙述如下：

第一，单桥静力触探划分土类与力学分层。一是填土：触探曲线变化毫无规律，往往表现为突变现象，位于地表，较好判定。二是粉质黏土：触探曲线中ps较大，曲线平缓，有缓慢的波形起伏，局部因结核存在有突变现象。三是淤泥质粉质黏土：触探曲线中ps较小，一般在0.4-1.0MPa，曲线平缓，夹薄层粉砂或粉土时有突变现象。四是粉土：触探曲线起伏较大，波峰和波谷呈较缓短锯齿状（地下水位以下起伏较小），变化频率不高。五是粉细砂：触探曲线起伏较大，波峰和波谷呈尖锯齿状，变化频率大。六是对土中夹杂物或个别不同土质的交互层或薄夹层而引起的ps值异常增大时，可不予考虑。

第二，双桥静力触探划分土类与力学分层。经验表明，一是不同土层可能有相同的端阻，而侧阻和摩阻比可大不相同，因此在划分土层时，要求以端阻为主（即qc-h关系曲线），结合侧阻、摩阻比进行划分，原则是同一分层内的触探参数值基本相近。二是填土：触探曲线中位于表层且曲线变化无规律，往往表现为突变现象。三是粉质黏土：触探曲线中qc曲线呈较缓的波形起伏，变化缓慢，局部略有向右的突峰，fs曲线局部略有突峰，接近qc曲线，大部分位于qc曲线右侧，当土质不均匀时局部交叉越过qc曲线，而Rf平均值一般在1.0-2.5之间。四是淤泥质粉质黏土：触探曲线中qc曲线较平直，fs曲线在qc曲线右侧，间隔较小，曲线基本无起伏，而Rf平均值一般在1.0-3.0之间。五是粉土：触探曲线中qc值较大，呈短锯齿状，齿峰较缓，fs曲线一般在qc曲线右侧，局部间隔较大，偶尔fs曲线和qc曲线呈麻花状交叉，而Rf平均值一般在0.8-2.0之间。六是粉细砂：触探曲线中qc值较大，呈长锯齿状，起伏较大，fs曲线和qc曲线间隔不大，fs曲线尖峰处大部分在qc曲线左侧，细砂中qc曲线和fs曲线的尖齿更为突出，局部呈不规则的、残破的短锯齿状，fs曲线大部在qc曲线左边，而Rf平均值一般在0.7-1.3之间。七是根据超前深度和滞后深度确定界面位置，一般可将超前、滞后总深度段中点偏向低端阻值（qc）层10cm处定为土层界面，当上、下土层端阻值区别不明显时，则应结合Rf、fs值来确定。

第三，单桥和双桥静力触探划分地层的进一步分析。传统的单桥静力触探只能测量比贯入阻力ps，数据单一、图形简单，在已有大量工程实践经验的较小规模简单场地能较好地满足工程需要，但对于岩土种类较多的复杂场地，单桥静力触探就具有较大的局限性，而双桥静力触探可以测得锥尖阻力qc和侧壁摩阻力fs，还能计算出摩阻比Rf，数据多元、图形丰富，相比单桥静力触探具有测试能力强、分层更准确等特点，单桥和双桥静探曲线的线型对比如表2所示。

本项目中将保存在记录仪器中的静探数据通过数据线批量传输至电脑内，然后依次导入华岩V9.20（岩土工程勘察数据处理系统HY2000）中对数据进行处理，绘制出各个孔的触探曲线图（ps-z，qc-z，fs-z），再根据曲线特征进行分层，同时与场地机钻鉴别相互对照、互为参考，综合确定地层的岩土类别，划分土层，最终生成静力触探曲线图。

四、结语

本文对镇江界牌地区地质勘察项目中利用单桥与双桥静力触探划分地层的应用进行对比探讨，仅能代表长江三角洲平原区地貌中存在饱和砂（粉）土和黏性土的地层，如需推广应用还需进一步验证和补充。单桥静力触探在我国早就开始使用，积累的丰富经验，但双桥静力触探比单桥静力触探可测得参数更多，数据多元、图形丰富，对比性好，用于勘测土层较复杂的场地及不易取得原状土样的饱和砂（粉）土和灵敏度中-高的软土地层的力学性质具有更大的优越性，具测试能力强、分层更准确等特点，在工程实践中与钻探孔连成地质剖面，进而相互对比，经调整或修正后可以较准确的划分土层、辨别土类。在地层复杂、软土深厚的镇江界牌地区大量使用单桥和双桥静力触探进行测试，很好地满足了工程的需要，提高了勘察质量，保证了勘察效益，取得了较好的实践效果，在目前工程地质勘察市场趋于饱和，勘察费用被压缩的情况下，我们更应该熟练掌握单桥和双桥静力触探的性能、原理，在工程实践中验证、补充、完善、总结、积累经验，对今后的勘察工作具有很大帮助。

（作者单位为镇江市地质勘探队）

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