超重型圆锥动力触探在卵石层地基勘察中的应用

任 远 刘 波 胡富昶

（1.四川江源工程咨询有限公司，四川 成都 610000；2.四川阆中水城农业发展有限公司，四川 阆中 637400）

0 引言

钻探是岩土工程勘察中最常用的手段，但是在卵石地层当中卵石粒径不均匀、粒径形状不规则且粒径坚硬，存在钻进、取样困难等问题[1]。钻探只通过取芯及现场编录，是不能准确对卵石层进行亚层划分的。需要结合颗粒分析试验等室内试验手段才能准确地对卵石地层进行划分，影响项目勘察进度。依托动力触探等原位测试手段对卵石地层进行亚层划分时，地区经验很重要。我国部分地区已经积累了用动力触探鉴别碎石土层密实度的相关经验。圆锥动力触探作为岩土工程勘察现场原位测试较常用的一种手段，它是利用标准落锤在一定下落高度下的锤击能量，将探头打入地层中标准深度，按打入标准深度的锤击数来评价地层的软硬程度，并对地层进行力学分层的一种原位测试方法[2]。

根据锤击能量与探头形状，将圆锥动力触探分为轻型、重型、超重型及标准贯入试验4种[2]。对超重型圆锥动力触探试验应用的研究，目前已经有了很多实际案例成果，如：许凯蒂总结分析了在夹江卵石地层上运用超重型圆锥动力触探代替传统钻探的有效性[1]；成晓炜依托某个工程实例总结分析了重型动力触探（N63.5）和超重型圆锥动力触探（N120）在该地区卵石地层中的换算关系[3]；温卫国运用重型动力触探，结合某工程实例分析总结了重型动力触探（N63.5）在地基检测及其承载力评价的应用效果[4]；芮雪莲依托某工程实例总结分析了超重型圆锥动力触探（N120）在地层划分及承载力特征值取值上的应用[5]。本文在分析超重型圆锥动力触探试验效果影响因素的基础上，结合四川某地区实际工程案例，对超重型圆锥动力触探在卵石层地基勘察中的应用及效果进行阐述。

1 超重型圆锥动力触探试验效果影响因素分析

纵览超重型圆锥动力触探试验应用成果，对影响超重型圆锥动力触探试验效果的因素进行分析，笔者认为主要有3个方面：

（1）地基土类型。有关试验证明，卵石土的粒径大小对动力触探锤击数的影响很大[6]，当卵石土颗粒较小且均匀，触探锤击数离散型较小，当卵石粒径较大且分布不均匀，触探锤击数离散型变大。尤其是探头碰上较大的卵石或漂石时，动力触探锤击数会大幅度上升，当穿越此层时，动力触探锤击数会有所下降。因此在进行数据处理分析时，要剔除这些异常值，不进行统计，它代表的只是较大颗粒的强度。

（2）超前滞后问题。地层划分时应注意超前滞后现象，不同土层的超前滞后量是不同的，上为软土层下为硬土层，超前约0.1～0.2m，滞后约为0.3～0.5m[7]。

（3）试验操作方式。试验过程中的不规范操作，也是导致试验数据误差的原因之一。例如杆件的垂直度、穿心锤是否垂直下落、每贯入1m是否转动杆件1圈或0.5圈来减少侧摩阻力等[7]。

2 工程地质条件

案例工程位于四川省某地区河流右岸，项目用地范围原始地貌属河流Ⅰ级阶地地貌。根据现场勘察资料，项目区地层从上至下划分为杂填土、耕植土、粉质黏土、粉土和卵石层。各地层主要特征描述如下：

（1）耕植土，该层广泛分布于项目区表层，土黄色，松散，以粉土为主，卵石零星分布，土层内可见植物根系，层厚0.4～0.6m；

（2）杂填土，该层主要为弃渣堆填，在项目区东侧少量分布，颜色不固定，产生原因主要为场地拆迁平整；该项目杂填土主要由粉质黏土及建筑垃圾和原址居民生活垃圾组成；呈欠固结松散状；层厚2～5m，在项目区的分布不均匀，主要分布在拆迁区域；

（3）粉质黏土，该层广泛分布于项目区表层，黄褐色，软塑状，层厚0.80～5.80m；

（4）粉土，该层在项目区广泛分布，颜色呈灰黄或灰褐色，局部黏粒含量较多。干强度低，韧性低，密实，稍湿。分布连续，钻孔揭露厚度0.8～2.8m；

（5）卵石层，黄灰色、灰色或杂色。成分以花岗岩、闪长岩为主，以圆砾和砂土为主要充填物，含少量粉粒和黏粒，上部含泥较重且较多强风化卵石。颗粒圆状～次圆状，磨圆度较好，部分微风化，部分中等～强风化。在项目区均匀分布，成层性好。

3 超重型圆锥动力触探试验分析

3.1 试验过程

该项目共布置了52个钻孔，全部钻孔都进行了超重型圆锥动力触探试验。因该项目土层厚度多为3m左右，采用动力触探开孔器取土至卵石层后，再进行超重型圆锥动力触探试验。另外对18个孔同时采用了植物胶护壁双管取芯的钻探和超重型圆锥动力触探的方式，通过对卵石地层取样进行颗粒分析试验来对超重型圆锥动力触探试验成果进行验证。既发挥出动力触探作业快速的优势，缩短勘察外业工作工期，也满足了乙级勘察项目1/3以上钻孔应采用钻探的规范要求，保证外业质量。超重型圆锥动力触探采用控制落距的自动落锤方式，确保每击锤击能的一致。同时注意试验中应当保持杆的垂直度，偏斜度不超过规范规定的2%。开始试验时应连续贯入不要中途终止作业，速率为15～30击/min。试验时记录每贯入10cm的锤击数[7]。

3.2 超重型圆锥动力触探试验对比分析

选取该项目区的12个钻孔，利用超重型圆锥动力触探与植物胶双管取芯钻探进行对比试验，同时在植物胶护壁双管取芯钻孔内取扰动卵石样进行颗粒分析试验。通过12组卵石土样的颗粒分析成果与经过杆长修正N120值来进行对比，N120值采用统计颗粒分析试验取样段的杆长修正击数平均值，见表1所示。

表1 颗粒分析试验与N120修正技术对比统计

通过12个钻孔的对比试验，可以清楚地看到超重型圆锥动力触探试验在该项目上基本准确地反映了该试验段卵石含量的多少。而卵石含量的大小又能够反映卵石地层的密实程度[7]。因此可以得出运用超重型圆锥动力触探对卵石层划分的方法在该项目上是可行的。

4 超重型圆锥动力触探试验的应用

4.1 超重型圆锥动力触探试验划分地层

根据相关资料[7]给出的N120修正击数与卵石密实度的对应关系（见表2所示），结合地区相关经验，将该项目卵石层划分为3个亚层（见表3所示）。同时在对卵石层亚层划分时，也考虑圆锥动力触探的超前滞后效应问题。该项目在由稍密卵石层进入中密卵石层，或由中密卵石层进入密实卵石层时，把两地地层的界限向下移0.1m作为地层界限（见图1所示）。

图1 案例工程地质剖面图

表2 卵石层密实度按N120修正击数平均值分类标准

表3 该场地卵石亚层分类依据

4.2 超重型圆锥动力触探试验确定承载力特征值

根据有关资料，需将N120动探击数根据公式（1）转换成N63.5击数。根据相关资料给出的N63.5击数与承载力特征值对应经验值（见表4所示），并结合该地区经验来确定卵石地层承载力特征值[8]。

表4 N63.5击数和承载力特征值fak对应关系

根据转换后的N63.5击数，结合该地区有关项目经验，本次勘察采用此种思路提出了该项目卵石地层各亚层的物理力学参数建议值，见表5所示。

表5 卵石地层物理力学参数建议值

5 结束语

该项目通过采用超重型圆锥动力触探代替一部分植物胶护壁双管取芯钻孔，来对项目区的卵石地层进行亚层划分。充分发挥了超重型圆锥动力触探勘察和原位测试的双重作用，取得了一定的效果。通过该工程实例也说明圆锥动力触探运用在成层性较好的卵石地层地区是一种行之有效、成本经济、节约工期的勘察手段，并可以结合相关资料提出各卵石亚层的物理力学参数建议值。