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岩土工程勘察原位测试常见问题及解决方案分析

发布时间:2019-08-14   编辑:jbrcms   浏览数:7

原位测试作为岩土工程勘察的重要手段,常与钻探配合使用。触探的优点在于可以获得连续的定量数据,钻探取样一般均有一定的竖向间隔,导致数据不连续,从而导致代表性不足;加之取样过程中诸多影响因素导致取样质量下降,从而对勘察质量造成影响。触探还是一种原位测试手段,能基本保持岩土原来的结构、湿度和应力状态,可以有效的避免取土、运输、试验过程中的扰动。同时,几种常规的原位测试手段,如标贯、动探、静探等,还具有施工速度快捷、施工费用低的特点,一直深受广大岩土工程师的喜爱。但是,原位测试毕竟是一种间接的勘察手段,其误差也应引起足够的重视,如仪器、试验条件、试验方法、操作技能、土层的不均匀性等,均能造成测试误差。本文就原位测试过程中几种常见问题进行讨论和分析,结合外业现场实际情况,非常具有针对性和可操作性。

1、标贯试验常见问题

1.1、标贯设备的符合性。

应保持贯入器靴的刃口完整,当出现缺口或卷刃等损坏时,应及时更换。具体标准为单个缺口长度大于5mm或总长度大于12mm。常见损坏是因为地层存在大块建筑垃圾、长时间在较硬的强风化岩层中贯入、在铺装地上拖拽等,特别是后一点,现场操作应极力避免。导向杆应经常擦拭,防止泥土和油泥附着,避免落锤卡滞提拔导向杆,使得贯入器靴脱离贯入土层。

1.2、钻孔质量要求。

宜采用回转钻进,地下水位以下采用泥浆护壁,保证清孔效果,孔底残土厚度一般不得超过5cm。在软土层或中密以下的粉土、砂性土中钻进时,一般不宜采用螺旋钻具。螺旋钻具在遇到松散粉土或砂土时泥浆护壁效果较差,渣土容易在钻具有效叶片以上部位堆积,造成提钻困难,强行提拉钻具在孔底形成负压效应,导致大范围扰动,从而使标贯很难下到试验部位;试验部位土层强烈扰动造成试验结果失真、标贯击数过低。

1.3、试验操作要求。

因为标贯试验的土层适应性和贯入距离的限制,一般应提前设计好标贯起始深度。可以用附近已完成勘探孔资料,设计好标贯位置,有效避免盲目试验,特别是土层较薄的情况下,容易漏过试验土层。应注意保持钻杆垂直,避免摇晃,一般可以用专门铁钩或定位绳进行控制。应控制合理的锤击速度,避免锤击速度过快,一般控制在30击/min。因为当速度过快时,自动脱钩装置可能尚未动作,重锤在惯性作用下继续向上提升,造成落距超限,还可能因为操作手反应不及时使脱钩器提拉顶端限位螺母,造成贯入器靴脱开试验土层位置。尚应注意保留标贯器中样品,及时鉴别和描述,重点描述均匀性,包含物等。特别是用于液化判别时,应使用对应标贯点的样品测定粉土黏粒含量,不能使用其他位置的黏粒含量试验代替,否则就不能满足抗震规范关于液化判别“诸点判别、按孔计算、综合判定”的基本原则。

1.4、击数读数要求。

认真测量孔深和杆长,校对放置位置,若土层较软出现自重贯入(溜杆)时,应记录溜滑深度,这部分击数按0记录。探杆标划15/10/10/10cm位置,视线与标线平行,一般记录整数即可。土层较软单击贯入度过大时,可能造成深度超击,此时可根据实际超击深度换算。

2、动探试验常见问题

2.1、动探设备的符合性。

试验前应检查探头磨损情况,当直径和锥尖高度分别磨损超过2/5mm时,应及时更换。应注意不得用42mm直径探杆进行超重型试验,避免因探杆刚度不足引起的水平向失稳和能量损失。42mm探杆一般用在重型动探中,多数钻探用探杆直径也为42mm,使用广泛,容易调配。最近也有一种趋势,广泛使用50mm直径钻杆,超重型触探也可使用,但应注意重型触探应调换为42mm。目前也有研究两种直径对于击数带来影响的文章,但未形成广泛共识,还需要积累经验。

2.2、试验操作要求。

因为连续锤击的需要,应设置专门触探架保持触探杆垂直及整个触探装置的安全。为保证试验准确性,地面以上触探杆高度不宜超过1.5m。锤击速度控制在15~30击/min,原因同标贯试验说明。需要说明的是,根据地层强度的变化,重型和超重型动探可互换应用。当重型动探击数大于50击/10cm时,可改用超重型动探。特别是在密实碎石土中贯入时,会出现跳锤严重的现象,此时则应立即更换为超重型动探。

2.3、连续贯入的问题。

特别应注意,不应将圆锥动力触探试验标贯化,即每次试验仅贯入30cm。动力触探存在明显的临界深度,触探的临界深度,是一种特殊的滞后反映。当探头从空孔段开始向下贯入时,探头周围土体向外挤压,从而形成圆柱空间。贯入深度较小时,土体产生剪切位移使初始贯入点附近土层隆起,减小探头阻力使击数降低[2]。试验表明,各种土的临界深度均不超过1m。所以当每次仅贯入30cm时,整个试验段处在临界深度内,击数显著偏小,不能反映正常地基土的力学性质,不宜用来确定地基承载力。如果需要分段触探,应以层为单位,当层薄时应多层连续贯入。

2.4、注意剔除异常值。

在有效厚度内剔除少量击数特殊大值,剔除因大块卵石等引起的击数过大,因为个别大颗粒含量不足时并不能增加土层承载能力。当异常值数量超过统计层位总试验次数的10%时,应根据钻探结果综合论证。

3、静探试验常见问题

3.1、静探设备的符合性。

目前使用较多的是双桥静力触探,锥头与摩擦筒分开,可以同时测量锥尖阻力和侧壁摩擦力两个参数。国内应用较多的是15cm2探头,锥头直径43.7mm,侧摩擦筒工作面积300cm2。推荐使用10cm2探头,锥头直径35.9mm,侧摩擦筒工作面积200cm2。国际通用标准为10cm2,为了向国际标准靠拢,便于测试结果的比较和研究成果的交流,推荐使用国际标准探头。建议同时使用高强度优质探杆,可以有效增加触探深度。

3.2、探头标定。

静力触探头在使用前必须进行标定。静力触探头一般每三个月标定一次,在规定期限内发现异常情况时,应重新标定。当使用频率高时,应缩短标定时间间隔。当标定出现应力与应变呈曲线关系时,或者截距很大,回零性差以及弹性滞后现象严重的探头均不能使用。标定时,不仅做加压标定,也应做卸载回程标定。

3.3、调直调平工作。

静力触探为连续性贯入,前5m探杆在贯入过程中起重要的导向作用,且探杆刚度相对较小,对于探杆弯曲度及设备调平工作应特别注意。实践中当遇到成层土软硬不均或夹有钙礓石等包含物时,容易出现探杆偏斜。

3.4、探头的归零检查。

静力触探探头均采用对温度敏感的元器件,而一般地表以下6m内地温变化较大。触探头贯入土中0.5~1.0m(在冬季应超过冻结线),然后提升5~10cm,待量测仪器上无明显温漂时,记录零读数或调整零位,方能开始正式贯入。地面以下6m范围以内一般每间隔2~3m应做一次归零检查,终孔时应记录零漂值[3]。应注意在提升时,角机不得溜滑,尽量避免角机触点与微动开关接触时提拔探杆。

3.5、严格控制贯入速度。

应保持匀速贯入,贯入速率为1.2(±0.3)m/min,同一孔应保持相同速率。根据实践经验,对于一般沉积土,贯入速率对贯入阻力有一定影响,贯入阻力随贯入速度增加而增加,基本呈线性关系[4]。当采用静力触探数据求取各类土的物理力学性质指标时,应严格控制贯入速率,建议采用标准贯入速率。当贯入速率不在推荐范围时,一般不宜用做物理力学性质指标的判定,建议积累当地经验与其他勘探手段相互验证。对于砂土,因超静孔隙水压力随贯入速率降低而减小,贯入阻力随之增大,会极大影响测试成果的准确度[5]。目前静力触探作业出现了快速贯入的倾向,技术人员应予充分注意。

4、结束语

标贯、动探、静探均为普遍采用的原位测试手段,充分理解和掌握其原理,正确的操作手段对于提高勘察质量至关重要。现场作业人员和技术人员应该严格按照操作规程规范作业,提供的成果资料才能做到提高作业效率,保证勘察质量。(来源:岩土网)

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参考文献

[1]工程地质手册编委会.工程地质手册(第五版)[M]北京:中国建筑工业出版社,2018.4

[2]中华人民共和国行业标准《铁路工程地质原位测试规程》(TB 10018-2018)

[3]中国工程建设标准化委员会标准《静力触探技术标准》(CECS 04:88)

[4]丁洪国.贯入速率对淤泥质土静探成果影响的试验分析[J].城市道桥与防洪,2012年6月第6期:287

[5]胡立明,丁洪国.密实砂土层中静探贯入速率影响程度的试验分析[J].工程勘察,2016年增刊第2期:85