1、动力触探岩土工程原位测试技术岩土工程原位测试技术第第3章圆锥动力触探和标准贯入试验章圆锥动力触探和标准贯入试验第第3章内章内 容容3.1试验设备和方法试验设备和方法3.2基本测试原理基本测试原理3.3试验成果的整理分析试验成果的整理分析3.4试验成果的应用试验成果的应用3.5小小 结结3.1 试验设备和方法试验设备和方法 一、试验设备一、试验设备动力触探使用的设备如图动力触探使用的设备如图3-1，包括动力设备和贯入系统两大，包括动力设备和贯入系统两大部分。动力设备的作用是提供动力源，为便于野外施工，多采用部分。动力设备的作用是提供动力源，为便于野外施工，多采用柴油发动机；对于轻型动力触探也有采
2、用人力提升方式的。贯入柴油发动机；对于轻型动力触探也有采用人力提升方式的。贯入部分是动力触探的核心，由穿心锤、探杆和探头组成。部分是动力触探的核心，由穿心锤、探杆和探头组成。图图3-1 现场动力触探试验现场动力触探试验现场动力触探试验现场动力触探试验根据所用穿心锤的质量将动力触探试验分为轻型、中型、重根据所用穿心锤的质量将动力触探试验分为轻型、中型、重型和超重型等种类。动力触探类型及相应的探头和探杆规格见表型和超重型等种类。动力触探类型及相应的探头和探杆规格见表3-1。图图3-2 轻型动力触探仪（单位：轻型动力触探仪（单位：mm）偏心轮缩径式脱钩装置偏心轮缩径式脱钩装置国际上使用的探国际上使用
3、的探头规格较多，而我国头规格较多，而我国的常用探头直径约的常用探头直径约5种，种，锥角基本上只有锥角基本上只有60 一一种。图种。图3-4是重型和超是重型和超重型探头的结构图。重型探头的结构图。标准贯入使用的标准贯入使用的仪器除贯入器外与重仪器除贯入器外与重型动力触探的仪器相型动力触探的仪器相同。我国使用的贯入同。我国使用的贯入器如图器如图3-5。二、试验方法二、试验方法（一）轻型、重型、超重型动力触探的测试程序和要求（一）轻型、重型、超重型动力触探的测试程序和要求1轻型动力触探轻型动力触探（1）先用轻便钻具钻至试验土层标高以上）先用轻便钻具钻至试验土层标高以上0.3m处，然后对所处，然后对所
4、需试验土层连续进行触探。需试验土层连续进行触探。（2）试验时，穿心锤落距为（）试验时，穿心锤落距为（0.50 0.02）m，使其自由下落。，使其自由下落。记录每打入土层中记录每打入土层中0.30m时所需的锤击数。时所需的锤击数。（3）若需描述土层情况时，可将触探杆拨出，取下探头，换）若需描述土层情况时，可将触探杆拨出，取下探头，换钻头进行取样。钻头进行取样。（4）如遇密实坚硬土层，当贯入）如遇密实坚硬土层，当贯入0.30m所需锤击数超过所需锤击数超过100击击或贯入或贯入0.15m超过超过50击时，即可停止试验。如需对下卧土层进行试击时，即可停止试验。如需对下卧土层进行试验时，可用钻具穿透坚实
5、土层后再贯入。验时，可用钻具穿透坚实土层后再贯入。（5）本试验一般用于贯入深度小于）本试验一般用于贯入深度小于4m的土层。必要时，也可的土层。必要时，也可在贯入在贯入4m后，用钻具将孔掏清，再继续贯入后，用钻具将孔掏清，再继续贯入2m。2重型动力触探重型动力触探（1）试验前将触探架安装平稳，使触探保持垂直地进行。垂）试验前将触探架安装平稳，使触探保持垂直地进行。垂直度的最大偏差不得超过直度的最大偏差不得超过2%。触探杆应保持平直，连结牢固。触探杆应保持平直，连结牢固。（2）贯入时，应使穿心锤自由落下，落锤高度为（）贯入时，应使穿心锤自由落下，落锤高度为（0.76 0.02）m。地面上的触探杆的
6、高度不宜过高，以免倾斜与摆动太大。地面上的触探杆的高度不宜过高，以免倾斜与摆动太大。（3）锤击速率宜为每分钟）锤击速率宜为每分钟15-30击。打入过程应尽可能连续，击。打入过程应尽可能连续，所有超过所有超过5min的间断都应在记录中予以注明。的间断都应在记录中予以注明。（4）及时记录每贯入）及时记录每贯入0.10m所需的锤击数。其方法可在触探杆所需的锤击数。其方法可在触探杆上每上每0.1m划出标记，然后直接（或用仪器）记录锤击数；也可以记划出标记，然后直接（或用仪器）记录锤击数；也可以记录每一阵击的贯入度，然后再换算为每贯入录每一阵击的贯入度，然后再换算为每贯入0.1m所需的锤击数。最所需的锤
7、击数。最初贯入的初贯入的lm内可不记读数。内可不记读数。（5）对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过）对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过1215m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻影响。超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻影响。（6）每贯入）每贯入0.1m所需锤击数连续三次超过所需锤击数连续三次超过50击时，即停止试击时，即停止试验。如需对下部土层继续进行试验时，可改用超重型动力触探。验。如需对下部土层继续进行试验时，可改用超重型动力触探。（7）本试验也可在钻孔中分段进行，一般可先进行贯入，然）本试验也可在钻孔中分段进行，一般可先进行贯入，然后进行钻探，直至动力触探所测深度以上后进
8、行钻探，直至动力触探所测深度以上1m处，取出钻具将触探器处，取出钻具将触探器放入孔内再进行贯入。放入孔内再进行贯入。3超重型动力触探超重型动力触探（1）贯入时穿心锤自由下落，落距为（）贯入时穿心锤自由下落，落距为（1.00 0.02）m。贯入深。贯入深度一般不宜超过度一般不宜超过20m，超过此深度限值时，需考虑触探杆侧壁摩阻，超过此深度限值时，需考虑触探杆侧壁摩阻的影响。的影响。（2）其他步骤可参照重型动力触探进行。）其他步骤可参照重型动力触探进行。（二）标准贯入试验（二）标准贯入试验 1试验方法试验方法（1）先用钻具钻至试验土层标高以上）先用钻具钻至试验土层标高以上0.15m处，清除残土。处
9、，清除残土。（2）将贯入器放入孔内，避免冲击孔底，注意保持贯入器、）将贯入器放入孔内，避免冲击孔底，注意保持贯入器、钻杆、导向杆联接后的垂直度。测定贯入器所在深度，要求残土钻杆、导向杆联接后的垂直度。测定贯入器所在深度，要求残土厚度不大于厚度不大于0.1m。（3）将贯入器以每分钟击打）将贯入器以每分钟击打1530次的频率，先打入土中次的频率，先打入土中0.15m，不计锤击数；然后开始记录每打入，不计锤击数；然后开始记录每打入0.10m及累计及累计0.30m的锤的锤击数击数N，并记录贯入深度与试验情况。若遇密实土层，锤击数超过，并记录贯入深度与试验情况。若遇密实土层，锤击数超过50击时，不应强行
10、打入，并记录击时，不应强行打入，并记录50击的贯入深度。击的贯入深度。（4）旋转钻杆，然后提出贯入器，取贯入器中的土样进行鉴）旋转钻杆，然后提出贯入器，取贯入器中的土样进行鉴别、描述记录，并测量其长度。将需要保存的土样仔细包装、编别、描述记录，并测量其长度。将需要保存的土样仔细包装、编号，以备试验之用。号，以备试验之用。（5）重复）重复14步骤，进行下一深度的标贯测试，直至所需深步骤，进行下一深度的标贯测试，直至所需深度。一般每隔度。一般每隔1m进行一次标贯试验。进行一次标贯试验。2注意事项：注意事项：钻孔时应注意下列各条。钻孔时应注意下列各条。（1）须保持孔内水位高出地下水位一定高度，以免塌
11、孔，保）须保持孔内水位高出地下水位一定高度，以免塌孔，保持孔底土处于平衡状态，不使孔底发生涌砂变松，影响持孔底土处于平衡状态，不使孔底发生涌砂变松，影响N值；值；（2）下套管不要超过试验标高；）下套管不要超过试验标高；（3）须缓慢地下放钻具，避免孔底土的扰动；）须缓慢地下放钻具，避免孔底土的扰动；（4）细心清除孔底浮土，孔底浮土应尽量少，其厚度不得大）细心清除孔底浮土，孔底浮土应尽量少，其厚度不得大于于10cm；（5）如钻进中需取样，则不应在锤击法取样后立刻做标贯，）如钻进中需取样，则不应在锤击法取样后立刻做标贯，而应在继续钻进一定深度（可根据土层软硬程度而定）后再做标而应在继续钻进一定深度（
12、可根据土层软硬程度而定）后再做标贯，以免人为增大贯，以免人为增大N值；值；（6）钻孔直径不宜过大，以免加大锤击时探杆的晃动；钻孔）钻孔直径不宜过大，以免加大锤击时探杆的晃动；钻孔直径过大时，可减少直径过大时，可减少N至至50%，建议钻孔直径上限为，建议钻孔直径上限为100mm，以，以免影响免影响N值。值。标贯和圆锥动力触探测试方法的不同点，主要是不能连续贯标贯和圆锥动力触探测试方法的不同点，主要是不能连续贯入，每贯入入，每贯入0.45m必须提钻一次，然后换上钻头进行回转钻进至下必须提钻一次，然后换上钻头进行回转钻进至下一试验深度，重新开始试验。另外，标贯试验不宜在含有碎石的一试验深度，重新开始
13、试验。另外，标贯试验不宜在含有碎石的土层中进行，只宜用于粘性土、粉土和砂土中，以免损坏标贯器土层中进行，只宜用于粘性土、粉土和砂土中，以免损坏标贯器的管靴刃口。的管靴刃口。3.2基本测试原理基本测试原理动力触探是将重锤打击在一根细长杆件（探杆）上，锤击动力触探是将重锤打击在一根细长杆件（探杆）上，锤击会在探杆和土体中产生应力波，如果略去土体震动的影响，那会在探杆和土体中产生应力波，如果略去土体震动的影响，那么动力触探锤击贯入过程可用一维波动方程来描述。么动力触探锤击贯入过程可用一维波动方程来描述。动力触探基本原理也可以用能量平衡法来分析。动力触探基本原理也可以用能量平衡法来分析。3.3试验成果
14、的整理分析试验成果的整理分析1检查核对现场记录检查核对现场记录在每个动探孔完成后，应在现场及时核对所记录的击数、在每个动探孔完成后，应在现场及时核对所记录的击数、尺寸是否有错漏，项目是否齐全；核对完毕后，在记录表上签尺寸是否有错漏，项目是否齐全；核对完毕后，在记录表上签上记录者的名字和测试日期。上记录者的名字和测试日期。2实测击数校正实测击数校正（1）轻型动力触探）轻型动力触探1）轻型动力触探不考虑杆长修正，根据每贯入）轻型动力触探不考虑杆长修正，根据每贯入30cm的实测的实测击数绘制击数绘制N10h曲线图。曲线图。2）根据每贯入）根据每贯入30cm的锤击数对地基土进行力学分层，然后的锤击数对
15、地基土进行力学分层，然后计算每层实测击数的算术平均值。计算每层实测击数的算术平均值。（2）中型动力触探）中型动力触探贯入时，应记录一阵击的贯入量及相应锤击数（一般粘性贯入时，应记录一阵击的贯入量及相应锤击数（一般粘性土，土，2030cm为一阵击；软土，为一阵击；软土，35击为一阵击），并按（击为一阵击），并按（3-11）式换算为每贯入式换算为每贯入10cm的实测击数，再按（的实测击数，再按（3-12）式进行杆长击）式进行杆长击数校正。数校正。（3-11）N 28=N28 （3-12）可查表可查表3-2。（3）重型、超重型动力触探）重型、超重型动力触探1）铁路）铁路动力触探技术规定动力触探技术规
16、定（TBJ8-87）中规定，实测）中规定，实测击数应按杆长校正。重型动力触探的实测击数（击数应按杆长校正。重型动力触探的实测击数（N63.5），按下），按下式进行校正：式进行校正：N 63.5=N63.5 （3-13）SnN1028超重型动力触探的实测击数（超重型动力触探的实测击数（N120），应先按公式（），应先按公式（3-14）换算成相当于重型的实测击数（换算成相当于重型的实测击数（N63.5），然后再按公式（），然后再按公式（3-13）进行杆长击数校正。进行杆长击数校正。N63.5=3N120-0.5 （3-14）2）中国西南建筑勘察院对杆长击数的校正）中国西南建筑勘察院对杆长击数的校正
17、对超重型动力触探的实测击数对超重型动力触探的实测击数N120，直接按（，直接按（3-15）式及表）式及表3-3进行杆长击数校正。进行杆长击数校正。N 120=N120 （3-16）使用时不但应注意两者在计算结果上的差异，还应注意两使用时不但应注意两者在计算结果上的差异，还应注意两者使用的探杆直径不同者使用的探杆直径不同。3绘制动力触探击数沿深度分布曲线绘制动力触探击数沿深度分布曲线以杆长校正后的击数为横坐标，以贯入深度为纵坐标绘制以杆长校正后的击数为横坐标，以贯入深度为纵坐标绘制曲线图。因为采集的数据表示每贯入某一深度的锤击数，故曲曲线图。因为采集的数据表示每贯入某一深度的锤击数，故曲线图一般
18、绘制成沿深度方向的直方图。线图一般绘制成沿深度方向的直方图。4标贯测试成果整理标贯测试成果整理（1）求锤击数）求锤击数N：如土层不太硬，并能较容易地贯穿：如土层不太硬，并能较容易地贯穿0.30m的试验段，则取贯入的试验段，则取贯入0.30m的锤击数的锤击数N。如土层很硬，不宜强行。如土层很硬，不宜强行打入时，可用下式换算相应于贯入打入时，可用下式换算相应于贯入0.30m的锤击数的锤击数N。（3-17）（2）绘制）绘制Nh关系曲线关系曲线 SnN3.0动力触探试验的典型动力触探试验的典型N-h曲线曲线 3.4试验成果的应用试验成果的应用动力触探在动力触探在勘察和工程检测勘察和工程检测中应用甚广，
19、其中应用甚广，其主要功能有以下主要功能有以下几方面：几方面：1划分土层划分土层2确定地基土的承载力确定地基土的承载力中国建筑西南勘察院采用中国建筑西南勘察院采用120kg重锤和直径重锤和直径60mm探杆的超重探杆的超重型动探，并与载荷试验的比例界限值型动探，并与载荷试验的比例界限值pl进行统计，对比资料进行统计，对比资料52组，组，得如下公式：得如下公式：f k=80N120 （3 N120 10）（3-18）中国地质大学（武汉）对粘性土也有类似经验公式：中国地质大学（武汉）对粘性土也有类似经验公式：fk=32.3N63.5+89 （2 N63.5 16）（3-19）3求单桩容许承载力求单桩容
20、许承载力动力触探试验对桩基的设计和施工也具有指导意义。实践证动力触探试验对桩基的设计和施工也具有指导意义。实践证明，动力触探不易打入时，桩也不易打入。这对确定桩基持力层明，动力触探不易打入时，桩也不易打入。这对确定桩基持力层及沉桩的可行性具有重要意义。用标准贯入击数预估打入桩的极及沉桩的可行性具有重要意义。用标准贯入击数预估打入桩的极限承载力在国内外都是比较常用的方法。限承载力在国内外都是比较常用的方法。4按动力触探和标准贯入击数确定粗粒土的密实度按动力触探和标准贯入击数确定粗粒土的密实度动力触探主要用于粗粒土，用动力触探和标准贯入测定粗粒土的状动力触探主要用于粗粒土，用动力触探和标准贯入测定
21、粗粒土的状态有其独特的优势。标准贯入可用于砂土，动力触探可用于砂土和态有其独特的优势。标准贯入可用于砂土，动力触探可用于砂土和碎石土。碎石土。成都地区根据动力触探击数确定碎石土密实度的规定如表成都地区根据动力触探击数确定碎石土密实度的规定如表3-4。利用动力触探和标准贯入的测试成果还可以判断砂土液化利用动力触探和标准贯入的测试成果还可以判断砂土液化可能性、可能性、确定粘性土的粘聚力确定粘性土的粘聚力c及内摩擦角及内摩擦角、确定地基土的变、确定地基土的变形模量、检验碎石桩的施工质量等等。形模量、检验碎石桩的施工质量等等。总之，动探和标贯的优点很多，应用广泛。对难以取原状总之，动探和标贯的优点很多
22、，应用广泛。对难以取原状土样的无粘性土和用静探难以贯入的卵砾石层，动探是十分有土样的无粘性土和用静探难以贯入的卵砾石层，动探是十分有效的勘测和检验手段。但是，影响其测试成果精度的因素很多，效的勘测和检验手段。但是，影响其测试成果精度的因素很多，所测成果的离散性大。因此，它是一种较粗糙的原位测试方法。所测成果的离散性大。因此，它是一种较粗糙的原位测试方法。在实际应用时，应与其他测试方法配合；在整理和应用测试资在实际应用时，应与其他测试方法配合；在整理和应用测试资料时，运用数理统计方法，效果会好一些。料时，运用数理统计方法，效果会好一些。3.5小结小结1优点优点简易快速、适应性广简易快速、适应性广
23、 2问题问题（1）有效捶击能量）有效捶击能量（2）设备规格类型多，标准不统一）设备规格类型多，标准不统一（3）杆长修正问题）杆长修正问题（4）理论研究滞后）理论研究滞后（5）标准贯入施工方式对结果的影响）标准贯入施工方式对结果的影响总体而言，动力触探试验适应面较广，在工程中是十分有总体而言，动力触探试验适应面较广，在工程中是十分有效的勘测和检验手段。但是影响测试成果精度的因素很多，所效的勘测和检验手段。但是影响测试成果精度的因素很多，所测成果的离散性大。因此，它是一种较粗糙的原位测试方法。测成果的离散性大。因此，它是一种较粗糙的原位测试方法。复习思考题复习思考题 1理解动力触探试验的工作机理。
24、理解动力触探试验的工作机理。2何为有效锤击能量？何为有效锤击能量？3动力触探有那几种类型？各适用于什么样的土层？标贯适用动力触探有那几种类型？各适用于什么样的土层？标贯适用于什么样的地层条件？于什么样的地层条件？4用动力触探和标准贯入为何能估计地基土的物理力学参数和用动力触探和标准贯入为何能估计地基土的物理力学参数和地基承载力？地基承载力？5动力触探和标准贯入存在超前和滞后效应吗？为何会产生此动力触探和标准贯入存在超前和滞后效应吗？为何会产生此种效应？种效应？6动力触探的一般测试过程如何？怎样绘制动探的击数动力触探的一般测试过程如何？怎样绘制动探的击数深度深度关系曲线？关系曲线？7为什么说动力触探是比较粗略的原位测试手段？为什么说动力触探是比较粗略的原位测试手段？8怎样根据击数怎样根据击数深度关系曲线进行土层划分？土层划分后如深度关系曲线进行土层划分？土层划分后如何用平均法求各土层的测试参数？何用平均法求各土层的测试参数？
