4.4 4.4 圆锥圆锥动力触探试验动力触探试验1. 概述2. 试验的基本原理3. 仪器设备4. 试验方法和主要技术要求目录目录5. 影响因素和试验指标的修正6. 试验资料的整理与成果的应用7. 工程实例圆锥动力触探试验(DPT:dynamic penetration test)是利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，然后依据贯入击数或动贯入阻力判别土层的变化，确定土的工程性质，对地基土做出岩土工程评价。1. 1. 概概 述述动力触探试验指标主要用于以下几个目的:(1)评定砂土的孔隙比或相对密实度、粉土及粘性土的状态。(2)估算土的强度和变形模量。(3)评定场地地基的均匀性及承载力。(4)探查土洞、滑动面、软硬土层界面等。(5)估算桩基持力层和承载力。(6)检验地基加固与改良的质量效果。试验目的试验目的适用范围适用范围DPT 的的基基本本原原理理可可以以用用能能量量平平衡衡法法来来分分析析。在在一一次次锤锤击击作用下的功能转换按能量守恒原理，其关系为：作用下的功能转换按能量守恒原理，其关系为：EmEm-穿心锤下落能量；穿心锤下落能量；EkEk-锤与触探器碰幢时损失的能量；锤与触探器碰幢时损失的能量；EcEc-触探器弹性变形所消耗的能量；触探器弹性变形所消耗的能量；EfEf-贯入时用于克服杆侧壁摩阻力所耗能量；贯入时用于克服杆侧壁摩阻力所耗能量；EpEp-由于土的塑性变形而消耗的能量；由于土的塑性变形而消耗的能量；EeEe-由于土的弹性变形而消耗的能量由于土的弹性变形而消耗的能量2. 2. 试验的基本原理试验的基本原理Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee考虑在动力触探测试中，只能量测到土的永久变形，考虑在动力触探测试中，只能量测到土的永久变形，故将和弹性有关的变形略去，可推导得土的动贯入故将和弹性有关的变形略去，可推导得土的动贯入阻力阻力Rd为：为：e贯入度（贯入度（mm），每击贯入的深度；），每击贯入的深度；M重锤质量；重锤质量；m触探器质量；触探器质量；A圆锥探头底面积（圆锥探头底面积（m2）动贯入阻力动贯入阻力R Rd d平均传至探头的能量，消耗于探头贯入土中所作功(Ep=Rd*A*h/N)可见平均传至探头的能量与探头单位面积的动贯入阻力相关。当规定一定的贯入深度，采用一定规格(规定的探头截面、圆锥角和质量)的落锤和规定的落距，那么，锤击数N的大小就直接反映了动贯入阻力的大小，即直接反映被贯入土层的密实程度和力学性质。因此，实践中常采用贯入土层一定深度的锤击数作为DPT的试验指标。导向杆提引器穿心锤锤座探杆探头3. 3. 仪器设备仪器设备圆锥动力触探试验的圆锥动力触探试验的类型，按贯入能力的类型，按贯入能力的大小可分为大小可分为轻型、重轻型、重型和超重型型和超重型3种种.4.1 试验技术要求(1)采用自动落锤装置;(2)触探杆最大偏斜度不应超过2%，锤击贯入应连续进行；同时防止锤击偏心、探杆倾斜和侧向晃动，保持探杆垂直度；锤击速率每分钟宜为15 30击;(3)每贯入1m，宜将探杆转动一圈半;当贯入深度超过10m，每贯入20cm宜转动探杆一次；(4)对轻型动力触探，当N10100或贯入15cm锤击数超过50时，可停止试验;对重型动力触探，当连续三次N63.5 50时，可停止试验或改用超重型动力触探。4. 4. 试验方法和主要技术要求试验方法和主要技术要求中国动力触探的分类及设备中国动力触探的分类及设备1、试验设备 主要由圆锥头、触探杆、穿心锤三部分组成。主要由圆锥头、触探杆、穿心锤三部分组成。触探杆系用直径触探杆系用直径25mm25mm的金属管，每根长的金属管，每根长1.01. 1.01. 5m5m，穿心锤重，穿心锤重10kg10kg。2、试验要点 (1)(1)先用轻便钻具钻至试验土层标高，然后对所先用轻便钻具钻至试验土层标高，然后对所需试验土层连续进行触探需试验土层连续进行触探; ; (2) (2)试验时，穿心锤落距为试验时，穿心锤落距为50cm50cm，使其自由下落，使其自由下落，将探头竖直打入土层中，每打入土层将探头竖直打入土层中，每打入土层30cm30cm的锤击数的锤击数即为即为N N1010； (3)(3)若需描述土层时，可将触探杆拔出，取下探若需描述土层时，可将触探杆拔出，取下探头，换上轻便钻头，进行取样头，换上轻便钻头，进行取样; ; (4) (4)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4m4m的土层的土层; ; (5) (5)当当N N1010100100时或贯入时或贯入0.15m0.15m超过超过5050时，可停止时，可停止试验试验; ; 4.2 4.2 轻型动力触探轻型动力触探(N(N10101010) )地基土承载力与变形模量的确定地基土承载力与变形模量的确定砂土密实度的确定砂土密实度的确定1、试验设备 设备规格及探头构造，如图所示。设备规格及探头构造，如图所示。触探杆一般采用直径触探杆一般采用直径42mm42mm、穿心锤重、穿心锤重63.5kg63.5kg。 2、试验要点 (1)(1)试验前，触探架应安装平稳，保持试验前，触探架应安装平稳，保持触探孔垂直，垂直度偏差不超过触探孔垂直，垂直度偏差不超过2%;2%; ( (2)2)试验时，应使穿心锤自由下落，落试验时，应使穿心锤自由下落，落距为距为76cm;76cm; ( (3)3)锤击速度宜控制在每分钟锤击速度宜控制在每分钟15301530击，击，打入过程应是连续的打入过程应是连续的; ;4.3 4.3 重型动力触探（重型动力触探（N63.5N63.5） (4)(4)及时记录每贯入及时记录每贯入0. 1m0. 1m的锤击数，也可记录的锤击数，也可记录每一阵击的贯入度，然后再换算为每贯入每一阵击的贯入度，然后再换算为每贯入0.10m0.10m所所需的锤击数需的锤击数; ; (5) (5)对于一般砂、圆砾和卵石、触探深度不宜对于一般砂、圆砾和卵石、触探深度不宜超过超过1216m;1216m; (6) (6)当连续三次当连续三次N N63.563.55050击时，若要继续触探，击时，若要继续触探，可考虑使用超重型动力触探可考虑使用超重型动力触探; ; (7) (7)每贯入每贯入1m1m，宜将钻杆转动一圈半，宜将钻杆转动一圈半; ;当贯入深当贯入深度超过度超过10m10m，每贯入，每贯入20cm20cm宜转动钻杆一次。宜转动钻杆一次。工业与民用建筑工程地质勘察规范 推荐使用的地基土承载力标准值确定地基土的承载力和变形模量确定地基土的承载力和变形模量确定砂土的孔隙比确定砂土的孔隙比确定砂土的密实度确定砂土的密实度 (1)确定桩基持力层 对有建筑经验的地区是行之有效的办法，如广州地区，上部为淤泥，底部为红砂岩残积土或直接为基岩，动力触探穿过软土层即到桩的持力层。因此利用动力触探，快速、有效，节约了钻探工作量，得到广泛的使用，但必须是有经验的地区，并配少量钻孔验证。对没有经验的地区，要持谨慎的态度，以免产生误判。 (2)确定单桩承载力 沈阳市桩基础试验研究小组根据沈阳桩的持力层主要为砂层。利用重型动力触探与单桩静载荷试验所得出的单桩容许承载力建立的相关关系，得到用重型动力触探计算单桩承载力标准值的经验公式。确定桩的持力层和承载力确定桩的持力层和承载力1、试验设备及技术规格 穿心锤穿心锤: :质量质量120kg120kg，落距，落距100cm100cm，自由落锤，自由落锤; ;探头探头: :圆锥角圆锥角6060，直径，直径74mm ,74mm ,截面积截面积40cm40cm2 2；直径；直径60mm60mm，长度，长度1-1.5m/1-1.5m/节，质量节，质量11.4kg/m;11.4kg/m;锤垫、导锤垫、导向杆、探头的总质量约向杆、探头的总质量约15.0kg15.0kg。2. 适用范围 主要适用于贯入指标主要适用于贯入指标N N120120为为6 6击以上击以上(N(N63.563.51515击击) )的中密、密实卵石层和含有少量漂石的卵石层，的中密、密实卵石层和含有少量漂石的卵石层，不适用于砂类土和漂石层。触探最大深度不超过不适用于砂类土和漂石层。触探最大深度不超过20m20m。4.4 4.4 超重型动力触探超重型动力触探(N(N120120）( (1)1)查明卵石层的密实度和均匀性，并与钻探和工程查明卵石层的密实度和均匀性，并与钻探和工程物探资料相结合进行分层、定名和地基评价。物探资料相结合进行分层、定名和地基评价。(2)(2)圈定卵石层内的软弱夹层，选择桩基持力层和确圈定卵石层内的软弱夹层，选择桩基持力层和确定需要进行加固处理定需要进行加固处理( (如灌浆、振冲等如灌浆、振冲等) )的范围。的范围。(3)(3)评估地基的承载力和变形。评估地基的承载力和变形。(4)(4)查明基岩的埋深和软质岩石强风化带的厚度。查明基岩的埋深和软质岩石强风化带的厚度。 (5)(5)检验砂卵石人工垫层地基和碎石桩地基的施工检验砂卵石人工垫层地基和碎石桩地基的施工质量和加固效果。质量和加固效果。N N120120动力触探在工程勘察的实践中主要动力触探在工程勘察的实践中主要应用应用: :确定卵石土的密实度及均匀性确定卵石土的密实度及均匀性确定卵石土地基承载力和变形模量确定卵石土地基承载力和变形模量确定桩端土的承载力确定桩端土的承载力 (1)触探前应认真检查设备规格，丈量工具、探杆的垂直度，经常维修保养自动脱钩装置，保证自由落锤。不符合规定的部件应及时更新。 (2)触探时，应下入一定长度的套管作为孔口稳定和探杆导向的装置，柴油机中速运转，锤击速率均匀，每分钟锤击18次左右。 (3)探头、探杆、锤垫的丝扣必须拧紧，每接一根钻杆，就应推转，减少摩擦。 (4)探杆露出地表部分的长度应控制在1. 5m以内，以免晃动，影响质量。 (5)丈量探杆和标示刻度应力求准确，计数应认真负责，记录清晰正确。试验要点试验要点 圆锥动力触探试验成果分析应包括下列内容: (1)单孔连续圆锥动力触探试验应绘制锤击数与贯入深度关系曲线; (2)计算单孔分层贯入指标平均值时，应剔除临界深度(不超过1m)以内的数值、超前和滞后影响范围内的异常值; (3)根据各孔分层的贯入指标平均值，用厚度加权平均法计算场地分层贯入指标平均值和变异系数。5. 5. 试验资料的整理试验资料的整理与成果的应用与成果的应用 1)每一勘察场地动探点的数量不应小于6个。 2)当N120动力触探既作为测试手段又作为勘探手段应用时，触探点的间距应满足勘察规范的要求和符合场地的岩土工程条件。对于桩基或透镜状软弱夹层较多的场地，触探点的间距一般应达到1224m，必要时可适当加密。 3)每一勘察场地，应根据动探曲线的类型、形态特点及场地工程地质特征，选择13个动探点布置控制性钻探或坑探，通过钻(坑)探、取样、试验、观察等掌握地层的成层特点，作为解释动探曲线和进行分层的地质依据并准确测定地下水位。 4)对于N1205的软弱夹层，应注意取样和分类试验(颗粒分析、塑(液限)试验)及其他有关项目的室内试验，以便准确分层、定名和评价。必要时，应改用N63.5动力触探，以提高测试精度。 勘探工作量的布置勘探工作量的布置特种类型动力触探特种类型动力触探影响动力触探的因素很复杂。对有些因素的认识也不完全一致。有些因素通过标准化统一后可得到控制，如机具设备、落锤方式等。但有些因素，如杆长、侧壁摩擦、地下水、上覆压力等，则在试验时是难以控制的。6. 6. 影响因素和试验指标的修正影响因素和试验指标的修正 对杆长的影响存在不同的看法。按牛顿碰撞理论，随着杆长的增长，由探杆传输给圆锥探头的有效能量逐渐减小，使击数偏大。故必须对N值加以修正。而按弹性波动理沦，随着杆长的增长，开始有效能量是逐渐增大的，超过一定杆长后，有效能量趋于定值，对轻型动力触探，当杆长超过3m;对中型动力触探，当杆长超过5m;对重型动力触探，当杆长超过10m，杆长的影响已不明显，均可忽略不计。 一、杆长影响一、杆长影响 探杆的侧壁摩擦的影响也很复杂。在有些土层中，特别是软粘土和有机土，侧壁摩擦对击数有重要影响。而对中密密实的砂土，尤其在地下水位以上,由于探头直径比探杆直径大，侧壁摩擦是可以忽略的。 一般情况，重型动力触探深度小于15m,超重型动力触探深度小于20m时，可以不考虑杆侧摩擦的影响，如缺乏经验，应采取措施消除侧摩擦的影响(如用泥浆)，或用泥浆与不用泥浆进行对比试验来认识杆侧摩擦的影响。二、杆侧摩擦的影响二、杆侧摩擦的影响对地下水位以下的中、粗砾石和圆砾、卵石层，动力触探锤击数按下式校正:N63.5=N63.5*1.1+1水利电力部制定的动力触探规程中，不考虑地下水的影响，认为地下水位以下砂土饱和后，不仅动贯入阻力降低，而且土的强度、承载力也随之降低。三、地下水的影响三、地下水的影响通过室内试验槽和三轴标定箱的试验研究，认为上覆压力对触探贯入阻力的影响是显著的。但对于一定相对密度的砂土，上覆压力对DPT试验结果存在一个“临界深度”，即锤击数在此深度范围内随着贯入深度的增加而增大，超过此深度后，锤击数趋于稳定值，增长率减小，并且临界深度随着相对密度和探头直径的增加而增大。四、上覆压力的影响四、上覆压力的影响产品名称：产品名称：可变能量动力触探仪 产品编号：产品编号：PANDA 产品厂商：产品厂商：法国操作简便操作过程十分简单，现场测定数据由PDA记录、储存，测试全只需一人便可完成。 测试范围大 触探深度一般可达46米，最大可达8米数据整理、计算方便精度高仪器结构 该仪器为装配式结构，包括标准重锤、主机箱、电子手薄、探杆、探头、活塞、手柄、位移传动带和导线。其中探头针对不同土质具有不同截面，分为2cm2、4cm2、10cm2三种，长度可以根据要求延续，探头阻力可达到2030MPa。6. 6. 工程实例工程实例运用轻便动力触探仪测试粉煤灰工程特运用轻便动力触探仪测试粉煤灰工程特性性