圆锥动力触探和标准贯入试验，原理方法及成果分析

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　　试验设备和方法
　　一、试验设备
　　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。
　　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3-1。
　　国际上使用的探头规格较多，而我国的常用探头直径约5种，锥角基本上只有60一种。图3-4是重型和超重型探头的结构图。
　　标准贯入使用的仪器除贯入器外与重型动力触探的仪器相同。我国使用的贯入器如图3-5。
　　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
　　1．轻型动力触探
　　（1）先用轻便钻具钻至试验土层标高以上0.3m处，然后对所需试验土层连续进行触探。
　　（2）试验时，穿心锤落距为（0.50±0.02）m，使其自由下落。记录每打入土层中0.30m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，换钻头进行取样。
　　（4）如遇密实坚硬土层，当贯入0.30m所需锤击数超过100击或贯入0.15m超过50击时，即可停止试验。如需对下卧土层进行试验时，可用钻具穿透坚实土层后再贯入。
　　（5）本试验一般用于贯入深度小于4m的土层。必要时，也可在贯入4m后，用钻具将孔掏清，再继续贯入2m。
　　2．重型动力触探
　　（1）试验前将触探架安装平稳，探杆与竖直线的最大偏差不得超过2%。触探杆的连接应保持平直和牢固。
　　（2）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15-30击。打入过程应尽可能连续，所有超过5min的间断都应在记录中予以注明。
　　（4）及时记录每贯入0.10m所需的锤击数。其方法可在触探杆上每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。最初贯入的lm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12~15m；超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻影响。
　　（6）每贯入0.1m所需锤击数连续三次超过50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。
　　（7）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1m处，取出钻具将触探器放入孔内再进行贯入。
　　3．超重型动力触探
　　（1）贯入时穿心锤自由下落，落距为（1.00±0.02）m。贯入深度一般不宜超过20m，超过此深度限值时，需考虑触探杆侧壁摩阻的影响。
　　（2）其他步骤可参照重型动力触探进行。
　　（二）标准贯入试验
　　1．试验方法
　　（1）先用钻具钻至试验土层标高以上0.15m处，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、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0.1m。
　　（3）将贯入器以每分钟击打15~30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0.10m及累计0.30m的锤击数N，并记录贯入深度与试验情况。若遇密实土层，锤击数超过50击时，不应强行打入，并记录50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。
　　（5）重复1~4步骤，进行下一深度的标贯测试，直至所需深度。一般每隔1m进行一次标贯试验。
　　2．注意事项：
　　（1）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N值；
　　（2）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；
　　（4）细心清除孔底浮土，孔底浮土应尽量少，其厚度不得大于10cm；
　　（5）如钻进中需取样，则不应在锤击法取样后立刻做标贯，而应在继续钻进一定深度（可根据土层软硬程度而定）后再做标贯，以免人为增大N值；
　　（6）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N至50%，建议钻孔直径上限为100mm，以免影响N值。
　　标贯和圆锥动力触探测试方法的不同点，主要是不能连续贯入，每贯入0.45m必须中断一次，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。
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　　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，那么动力触探的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。
　　更详细的介绍请见相关手册。
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　　试验成果的整理分析
　　1．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、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。
　　2．实测击数校正
　　（1）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30cm的实测击数绘制N10~h曲线图。
　　2）根据每贯入30cm的锤击数对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。
　　（2）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（一般粘性土，20~30cm为一阵击；软土，3~5击为一阵击），并按（3-11）式换算为每贯入10cm的实测击数，再按（3-12）式进行杆长击数校正。
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　　试验成果的应用
　　动力触探在勘察和工程检测中应用甚广，其主要功能有以下几方面：
　　1．划分土层
　　2．确定地基土的承载力
　　3．求单桩容许承载力
　　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
　　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。
　　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可能性、确定粘性土的粘聚力c及内摩擦角φ、确定地基土的变形模量、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，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料时，运用数理统计方法，效果会好一些。
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　　小　结
　　1．优点
　　简易快速、适应性广
　　2．问题
　　（1）有效捶击能量
　　（2）设备规格类型多，标准不统一
　　（3）杆长修正问题
　　（4）理论研究滞后
　　（5）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。