轻型动力触探试验在吉林省中部城市供水工程基槽验收中的应用

刘 刊，吕 赫，赵海阔

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

0 引言

工程地基验收是工程建设过程中必不可少的一个环节，地基对整个工程的重要性不言而喻，关乎到工程地基是否能满足要求，是工程建设施工中的重中之重[1]。对地基的验收有定性与定量两种方式，定性是地基开挖后地勘人员现场查勘判断是否符合前期勘探资料，定量是地基开挖后通过试验设备对地基进行检测[2]。

轻型动力触探仪器轻便，原理简单，能快速得出地基承载力、均匀性，在工程中较为常用，但实际工作生产过程中，施工期轻型动力触探数值远小于勘察期试验数值。根据轻型动力触探定量判断是否满足验收普遍存在争议，现结合工程实例对此现象进行探讨。

1 轻型动力触探原理

1.1 轻型动力触探简介

动力触探分为轻型、重型和超重型3种试验，是利用一定质量的重锤，将与探杆相连接的标准规格的探头打入土中，根据探头贯入土中一定距离时所需要的锤击数，判断土的力学特性。触探仪主要包括落锤、击锤杆、触探杆、触探头等，参见图1。

图1 轻型触探仪[5]

轻型动力触探试验，首先钻至试验土层标高，保持探杆垂直，使落锤（10 kg）自由下落50 cm，将触探头竖直打入土层中，记录每打入土层30 cm的锤击数N10。当N10＞100或贯入15 cm锤击数超过50时，采用分段记录，以每贯入10 cm记录一次相应的锤击数，整理资料时按30 cm所需的击数作为指标计算。动力触探连续贯入，根据试验数据绘制深度~击数曲线，见图2。

图2 深度~击数曲线

1.2 轻型动力触探特征分析

动力触探从地面向地基连续贯入时影响因素较多，但得到的贯入击数与深度曲线图有着共同特征和规律[4]。在贯入的初始阶段，动探击数随着贯入深度的增加而增大，地面产生隆起、开裂，当贯入到一定深度后，动探击数值渐趋于稳定，地表变形不再继续，在深度~击数曲线上有较明显的变化点，此处深度称为动力触探临界深度，在地面下的临界深度以上时，土体以剪切形变为主导。随着贯入深度逐渐增加，土的侧向约束力增大，剪切变形逐渐失去主导地位，并逐渐让位于地基土的压缩形变[3]，对于均一的地层，击数趋于稳定。当贯入深度达到土层分界线附近且下层土体密实、承载力程度较低时，贯入击数变低，产生冲穿。详见图3。

图3 动力触探仪原理

2 实例分析

2.1 基本工程概况

吉林省中部城市引松供水工程为大型引调水工程，工程等别亦为Ⅰ等。吉林引松二期工程共包括11条输水支线和1座调蓄水库，线路总长约280 km，供水范围为长春市、四平市、辽源市3个地级市。大部分为开挖埋管回填方式施工，地基岩性主要为粘土、砂土等[6,7]。

九德支线供水对象为九台区和德惠市，设计流量5.57 m3/s，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。供水工程主要包括调蓄水库、九德取水口、有压输水隧洞、石头口门水库至九台分水口供水管线、交叉及附属建筑物等，线路全长68 km。

2.2 基本工程地质条件

2.2.1 地形地貌

九德支线总体走向由南向北，地貌单元主要有漫滩阶地、波状台地。漫滩阶地分布在九台新区段，为饮马河河床右岸，地势较平坦，微向河床倾斜，坡度为2°～3°，地面标高168.5～170.5 m，高出河水面2.0～4.5 m，组成岩性为第四系全新统冲积堆积的黄褐色低液限粘土、灰色低液限粘土、级配不良砂。波状台地分布在德惠末端段，一般地面坡度为3°～5°，其上为耕地（旱田），冲沟不发育，地面标高168.0～175.5 m。由第四系中更新统冲积黄褐色低液限粘土组成。

2.2.2 地层岩性

工程区地层由第四系全新统冲积物（Q4al）、中更新统冲洪积物（Q2apl）组成，岩性自上而下分述。

1）全新统冲积物（Q4al）

人工填土：杂色，成份混杂，岩性不一，以杂填土和粘土为主。厚度一般1.5～2.5 m，多分布在路基及堤防部位。

黄褐色低液限粘土：可塑，表部含植物根系。厚度一般1.5～4.0 m，分布在漫滩阶地表部。

灰色低液限粘土：可塑～软塑，含少量中粗砂，具有腥臭味，含未腐烂的植物根系及氧化铁污染斑点。厚度一般0.8～4.2 m，分布在漫滩阶地黄褐色低液限粘土以下，地层不连续，局部缺失。

级配不良砂：表部1.0～2.0 m为黄绿色，湿，中密，以中细砂为主，少量粗砂、砾石；下部为灰绿色，饱和，密实，以粗砂、砾石为主，中细砂次之，少量粘粒、粉粒。厚度大于5.0 m，分布于漫滩阶地下部。

2）中更新统冲洪积物（Q2apl）

低液限粘土：黄褐色，可塑，含少量砂粒，具有蒜瓣状结构，兼有氧化铁污染斑点及铁质结核，表层有0.3 m的耕植土。厚度大于10.0 m，分布于波状台地的表部。

2.2.3 地下水

引水线路按地下水按埋藏条件为第四系松散层中的孔隙潜水，孔隙潜水赋存于级配不良砂层，具有弱承压性，含水层厚度不均，水量丰富，地下水位埋藏深0.5～3.5 m，接受大气降水补给，汛期地下水受河水补给，平水及枯水期地下水补给河水。

2.3 轻型动力触探试验成果

九德支线某段基础开挖验收，基槽深3.0 m。地貌为漫滩，地势平坦。地层为黄褐色低液限粘土（Q4al），可塑状态。基槽开挖后，基底、侧壁干燥，未见地下水。在基槽底部按梅花形布置试验点位，进行轻型动力触探试验[4]。检测试验详见图4，试验结果见表1，2。

图4 基坑开挖检测示意图

表1 基槽开挖后轻型动力触探试验成果

表2 前期勘探时轻型动力触探试验成果

基槽开挖后（深3.0 m）进行轻型动力触探试验，数值为4～9击，平均值为6.25击，承载力平均值为55 kPa。而在前期勘探时，同等深度处进行轻型动力触探试验（图4），数值为14～18击，平均值为15.5击，承载力平均值为92.5 kPa。试验结果相差过大。

3 讨论

经研究发现，基槽开挖后试验数值和前期勘探时相比出现严重差异，原因主要有5点。

1）轻型动力触探试验应连续贯入。根据规范GB 50202-2018《建筑地基基础工程施工质量验收标准》[3]，现场检测时试验贯入深度应为2.1 m，然后绘制深度~击数曲线，根据曲线分析一定深度的稳定数据。

初始阶段，动力触探从地面开始贯入，动力触探击数是随着贯入深度的增加而增大，相应地表发生开裂、隆起等变形，土体是以剪切变形为主。当贯入深度达到某一深度之后，触探数值趋于稳定，地表变形也相应地不再继续发展，土体主要表现为压缩变形。根据轻型动力触探试验原理，地表附近贯入击数必然很低，为异常数据，不能以地表的数据判定地基承载力。

2）操作是否符合规范。动力触探试验有3种，分轻型动力触探、重型动力触探和超重型动力触探，它们原理相同，操作手法相同，但记取数据不同，轻型动力触探为每30 cm计数，重型动力触探为每10 cm计数，并且每贯入1.0 m应转动探杆一圈。在实际操作过程中应注意这些细节，否则失之毫厘，谬以千里。

3）要用多种方法综合判断。根据GB 50202-2018，当一种检验结果存在不确定性时，应结合其他检验方法综合判断。因为岩土学科更多的是一种经验学科[12-15]，每种检验方法都有其适用性和局限性。施工现场应以前期勘探数据为指导，积极听取地质专家意见。

4）着重查验承载力均匀性。根据GB 50202-2018，施工期检验时，主要查勘地层是否符合前期勘探资料，采用轻型动力触探主要为查验承载力均匀性，防止地基产生不均匀沉降。

5）施工过程不规范。基坑开挖时，施工人员用钩机直接开挖至建基面，未按规范要求预留保护层，开挖后基坑底部土层发生扰动，导致击数较低，承载力变低。

4 结语

根据轻型动力触探试验原理，地表附近贯入击数低，为异常数据，不能作为判定地基承载力依据。

岩土工程是一种经验学科，每种检验方法都有其适用性和局限性，要用多种方法综合判断。

岩土从业人员要加强自身专业素质，对各工程试验，不仅要熟悉操作过程，而且要掌握试验原理。建筑工程的安全关系到社会、人民的生命、财产安全，各从业人员应牢记在心。