CN111608164B - 振动辅助式静力触探方法及应用 - Google Patents
振动辅助式静力触探方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111608164B CN111608164B CN202010310830.XA CN202010310830A CN111608164B CN 111608164 B CN111608164 B CN 111608164B CN 202010310830 A CN202010310830 A CN 202010310830A CN 111608164 B CN111608164 B CN 111608164B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vibration
- data
- static
- pressing
- depth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
- E02D1/02—Investigation of foundation soil in situ before construction work
- E02D1/022—Investigation of foundation soil in situ before construction work by investigating mechanical properties of the soil
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
本发明提供了振动辅助式静力触探方法及应用，属于岩土工程勘察原位测试领域，包括以下步骤，S1、振动辅助式静力触探仪的定位和准备；S2、探杆的静力压入和数据读取，压入速率在0.015～0.025米每秒，土质的压入阻力与压入速率成反比；S3、探杆的振动式压入，并记录振动结束深度；S4、振动式压入与静力压入的交替，振动式压入进入下一个循环即改为静压；S5、数据的导出和修正，将振动部分的数据根据不同深度乘以不同的调整系数，最终得到振动辅助式静力触探修正后的测试数据。本发明规范振动辅助式静力触探仪，同时将数据处理后达到直接利用的效果，实现振动辅助式静力触探技术的扩大应用范围。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程勘察原位测试领域，涉及振动辅助式静力触探方法及应用。
背景技术
静力触探是指利用压力装置将带有传感器的探头通过探杆压入试验土层，探杆为中 空的钢管，探头的传感器不断采集端部土的力学性质数据，通过杆中的数据线传递到地面的电脑，数据主要包括深度、锥尖阻力及侧摩阻力(单桥探头没有侧摩阻力)等信息， 通过对这些力学数据的分析，进而判断位置深度处的土层性质。在岩土工程勘察行业， 静力触探主要应用在冲积平原地域，同时主要针对浅层土，主要原因在于随着深度的增 加，土的强度增加，单纯靠静压力无法压至更深的深度，同时随着深度的增加，地质条 件变复杂，特别是容易遇到厚层粉土、砂土、卵石等密实土层，即使增加静压力也无法 穿过，导致静力触探技术钻不到预定深度，从而也限制了静力触探的应用范围。
为能顺利穿过粉土、砂土等密实土层，一般传统方式为增加反力或配重，即增加静压力，但是这样遇到密实粉土、砂土层时容易达到探头承载力极限，且有些场地表层土 较软，无法承受较大设备重量，故增加反力及配重的方式仍然有局限性。振动辅助式静 力触探技术为在静力触探基础上，不同于增加反力或配重的方式，而是通过增加锤击振 动力的方式，将振动力通过探杆传至最下端的探头，将密实土层振动松散，从而穿越该 层，到达更深的预定深度。但在此过程中由于增加了振动力，改变了传统静力触探的作 用效果，如果没有具体测试流程及数据处理方法，振动辅助式静力触探技术也将没有应 用价值，故发明该技术的测试流程及数据处理方法是很有实践意义的。
发明内容
本发明要解决的问题是在于提供振动辅助式静力触探方法及应用，规范振动辅助式 静力触探仪，同时将数据处理后达到直接利用的效果，实现振动辅助式静力触探技术的扩大应用范围。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：振动辅助式静力触探方法，包括以下步骤，S1、振动辅助式静力触探仪的定位和准备，通过经纬仪或RTK测量仪器，将 所需测试的孔位测量定位并做好标记，将振动辅助式静力触探仪移动至预定孔位，静力 触探仪锥尖对准孔位就位，将仪器启动，电脑连接，进入触探准备工作；
S2、探杆的静力压入和数据读取，压入速率在0.015～0.025米每秒，土质的压入阻力与压入速率成反比，每次压入的深度一致且每压入一次记录一次数据；
S3、探杆的振动式压入，锥尖阻力超过28兆帕时，启动振动器改为振动，同时记录振动开始时的深度，在振动器开始后每10厘米仪器读取1次数据，共读取5次，即振动 压入50厘米为一个循环，此时应改为静压压入，并记录振动结束深度；
S4、振动式压入与静力压入的交替，振动式压入进入下一个循环即改为静压，若锥尖阻力不足28兆帕，继续静压压入，若改为静压后，锥尖阻力超过28兆帕，进行下一 个振动循环，在下一个振动之前获取至少1次静压数据，作为后续修正标志；
S5、数据的导出和修正，将振动部分的数据根据不同深度乘以不同的调整系数，最终得到振动辅助式静力触探修正后的测试数据，应用于勘察报告及设计图纸。
进一步的，在步骤S2中，每压入10厘米记录一次数据，数据的记录通过手动或自动滚轮进行。
进一步的，在S3中，锥尖阻力超过28兆帕时，在静压压入至少10厘米后改为振动，记录好振动开始的深度，在振动器开始后，每10厘米仪器读取1次数据，共读取5次， 即振动压入50厘米为一个循环，在振动50厘米后改为静压压入10厘米，并记录振动结 束深度，以此类推直至穿过密实土层，如果锥尖阻力不足28兆帕，静力压入。
进一步的，在S5中，确认修正后的数据，将原始数据导出，文件数据有深度列与数值列，在数据列表中找出振动开始与结束的深度，将振动区间的检测数值乘以振动修正 系数2.0～3.0，静压区段不做修正。
进一步的，振动修正系数根据不同地质条件进行调整，粉土、砂土密实程度高、厚度大取高值，反之取低值，振动修正系数为由被振动松散的扰动粉土、砂土比贯入阻力 参数修正到同位置的静力触探对应的系数，贯入阻力包括锥尖阻力和侧摩阻力。
进一步的，振动开始与结束的深度确定有以下两种方法，一种方法是通过现场记录 的振动开始与结束的深度，通过与数据文件内的深度对应，确定每个振动区段，另一种方法是通过锥尖阻力数据，由某一深度的数值大于28兆帕下一个深度数据陡降至18兆 帕以内为振动开始位置，以50厘米为1个循环，即一次修正5个数据，50厘米后又增 至28兆帕以上即振动结束位置。
进一步的，试验的数据为不同静力触探方式采集的原始数据，单桥探头采集的数据 为深度与比贯入阻力，双桥探头采集的数据为深度、锥尖阻力与侧摩阻力。
进一步的，振动器压在探杆上的总重量在500～1500千克范围内，在振动器与探杆中间设置探杆锤击接头，预留放置电缆的切口，每次振动时接上，避免振动器与探杆的 连接导致线缆被压断。
进一步的，振动器集成在静力触探仪的上方，采用振动器时，在探杆顶部换上探杆锤击接头，振动器的重心轴线与静力触探仪的重心轴线重合设置，静力触探仪到达预定 深度后，保存好静探初始数据，开始逐节提出探杆，收好装备，完成一个点位处的静探 试验。
振动辅助式静力触探方法的应用，在于静力触探仪在静压和振动交替下压方式在原 位测试方法中的应用。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。
1、本发明将原静力触探技术增加振动力后，将大大提高在密实粉土、砂土层中的应 用范围，以往静力触探一旦遇到密实粉土、砂土层后即无法压至指定深度，从而限制了该原位测试方法的应用，经过本发明，静力触探到达的深度增加，从而大大增加了该原 位测试方法的应用范围；
2、本发明针对振动辅助式静力触探与传统静力触探的区别，提出了针对振动辅助式静力触探技术的具体测试操作流程，规避了由于振动力的加入导致对传统仪器使用的不确定性影响，操作过程简单明了，针对性强；
3、本发明设置的振动修正系数为2.0～3.0之间，为经过多个不同地质环境总结的经验系数范围值，对60米以内的粉土、砂土具有广泛的实用性，具有较强的不同区域适 用性；
4、一般静力触探的费用是传统勘察钻探方法的1/2左右，通过本次发明改造，提高静力触探应用范围的同时，也可以大大降低勘察行业的成本，且相较其他勘察方法，该 方法具有较高的灵敏度等优势，对地层的勘察更准确。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施 例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例1振动辅助静力触探试验修正前静力触探试验图；
图2是本发明实施例1振动辅助静力触探试验修正后静力触探试验图；
图3是本发明实施例2振动辅助静力触探试验修正前静力触探试验图；
图4是本发明实施例2振动辅助静力触探试验修正后静力触探试验图；
图5是本发明振动辅助式静力触探仪的结构示意图；
图6是本发明图5的局部放大图。
附图说明：
01、振动器；02、探杆锤击接头；03、油缸；04、数据采集及控制器；05、探 杆与探头；06、第一数据线；07、碗口式上沿；08、数据线槽；09、第二数据线；10、 振动锤；11、接头螺纹；12、探杆。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互 组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、 “下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了 便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第 二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技 术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一 个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两 个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或 一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒 介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过 具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
本发明为振动辅助式静力触探方法，主要通过振动辅助式静力触探仪来实现，该仪 器是在传统静力触探仪的基础上，增加了振动器系统的一类仪器，振动器可以集成在静力触探仪上，也可以通过外接振动源来实现，现以集成式为例，其使用方法与试验流程 按照以下步骤完成：
S1：通过经纬仪或RTK测量仪器，将所需测试的孔位测量定位并做好标记，将振动辅助式静力触探仪移动至预定孔位，静力触探仪锥尖对准孔位就位；
优选地，根据工程勘察行业技术规范《建筑工程地质勘探与取样技术规程》(JGJ/T87-2012)，一般陆域初勘阶段就位允许偏差是0.5米，陆域详勘阶段就位允许偏差是0.25米，一般水域初勘阶段就位允许偏差是2.0米，水域详勘阶段就位允许偏差是1.0米。 可以通过测量定位的用地红线基准点由经纬仪引测，也可以利用较先进方便的载波相位 差分技术RTK设备，实现对孔位的准确定位，静力触探仪一般具有履带式移动平台，将 平台移动至孔位，锥尖与具体孔位点重合，完成仪器就位，将仪器启动，电脑连接，即 进入触探准备工作；
S2：利用静力系统将探杆压入地下，每压入10厘米记录一次数据，压入速率一般根据经验控制在0.015～0.025米每秒左右，理论上越慢越准确，黏性土土质较软时压入 阻力小一般取高值，速度可以较快些；粉土、砂土中压入阻力较大，一般取低值，速度 应较慢些；
优选地，所述触探数据记录原理为电流通过探头的电阻应变传感器形成回路，在将 探头压入土中的过程中，根据前端土的软硬不同，导致电阻应变片的变形程度不同，从而使电阻值变化，通过将这种不断变化的数值记录下来，根据提前标定的系数进行换算，从而得到该深度处的端阻力及侧阻力；
优选地，所述每压入10厘米记录一次数据既可以通过手动，也可以通过自动滚轮进行，是自静力触探技术的传统做法，也静力触探技术的重要优势之一；
优选地，根据一般行业经验及上海静力触探规范，在黏性土中的贯入速率在0.015～0.025米每秒，理论上越慢越准确，黏性土土质较软时压入阻力小一般取高值，速度可以较快些；粉土、砂土中压入阻力较大，一般取低值，速度应较慢些，岩石区域不适宜采 取该试验方法；
S3：在遇到密实粉土、砂土压入困难时，此时一般锥尖阻力超过28兆帕，启动振 动器改为振动，同时记录振动开始时的深度，在振动器开始后每10厘米仪器读取1次数 据，共读取5次，即振动压入50厘米为一个循环，此时应改为静压压入，并记录振动结 束深度；
优选地，所述在遇到密实粉土、砂土压入困难时，即为通过静压力无法继续压入，平台经常会通过下锚提供一些反力，整个平台的力集中在探杆上亦无法使探杆继续往下行进，此时端阻力一般会超过30～35兆帕，为了避免超过设备极限，我们此处要求为28 兆帕，一般静力触探在此深度处即达到应用极限，无振动辅助将不能到达指定深度；
优选地，所述振动器一般可以直接或改装利用破碎锤等工具，也可以直接设计铸模 进行制造，集成到静力触探仪上，理论上只要能达到振动传递效果就行，振动器压在探杆上的总重量在500～1500千克范围内，振动重量太少无法破损下端密实土层，振动重 量太大容易将探杆或探头破坏。在整个试验过程中会多次进行振动与静压的交换，在振 动器与探杆中间可以增加探杆锤击接头，预留出电缆的切口，每次振动时接上，以避免 振动器与探杆的连接导致线缆被压断；
优选地，所述振动50厘米为一个循环，主要考虑到避免由于振动长度过大而错过土层交界处，同时也为了方便后期的数据识别与处理。振动过程中由于需要将下端土层 振动松散，行进在密实粉土、砂土中时速度较慢，符合技术要求；
S4：进入下一个循环即改为静压后，如果锥尖阻力不足28兆帕，可以直继续静压压入，无需启动振动辅助；如果改为静压后，锥尖阻力扔较大，超过28兆帕，应进行下 一个振动循环，但在下一个振动之前应获取至少1次静压数据，以便作为后续修正标志；
S5：经过静压-振动-静压不断循环中，最终穿越密实粉土、砂土层达到预定深度。最终通过电脑导出试验数据，一般导出为TXT格式数据文件。
使用一种振动辅助式静力触探技术的数据处理方法，按照以下步骤完成：
S1：将原始试验数据导出为TXT格式，存盘；
优选地，静力触探探头一般分为单桥探头与双桥探头两种，单桥探头采集的数据为 两列，即深度与比贯入阻力(锥尖阻力)，双桥探头采集的数据为三列，即深度、锥尖 阻力与侧摩阻力；
S2：在数据列表中找出所记录的振动开始与结束深度；
优选地，找出振动开始与结束的深度一般可以通过两种方法判断，一种方法是可以 通过现场记录的振动开始与结束的深度，通过与数据文件内的深度对应，从而确定每个振动区段，另一种方法是通过锥尖阻力数据，由某一深度的数值大于28兆帕下一个深度 数据陡降至18兆帕以内即为振动开始位置，一般50厘米后又增至28兆帕以上即振动结 束位置。根据现场经验，振动过程中一般锥尖阻力在10～15兆帕左右，且正常静压过程 中数据降低与提高幅度不超过10兆帕，故通过数据陡降判断振动开始位置，通过根据陡 增判断振动结束位置可行；
S3：将振动区间的试验数据乘以振动修正系数2.0～3.0，即为修正后的静力触探值， 静压区段内为非振动区间，其数据不做修正；
优选地，所述振动区间是从振动开始的深度至振动结束的深度，该振动区间一般每 组为50厘米，每10厘米为1行数据，即1组为5行数据，同时进行处理修正。整个试 验孔一般会有多个区间，区间之间为锥尖阻力超过28兆帕的正常静压触探数据为间隔。
优选地，所述振动调整系数为试验积累的经验系数，同时该系数可解释为由被振动 松散的扰动粉土、砂土比贯入阻力(锥尖阻力、侧摩阻力)参数修正到同位置的静力触探对应的系数。通过对天津和平区新华道体育场、北辰区青光示范镇、东丽区中核工业 厂房、西青区杨柳青中医院、津南区会展中心等多个分散项目的对比分析，总结振动修 正系数为2.0～3.0之间，其他地区可以参考本发明使用方法进行总结。
优选地，所述试验数据为不同静力触探方式采集的原始数据，单桥探头采集的数据 为深度与比贯入阻力(锥尖阻力)，双桥探头采集的数据为深度、锥尖阻力与侧摩阻力。
优选地，所述振动修正系数2.0～3.0，可以根据深度、密实程度及振动压入困难程度等因素确定，深度越大、密实度越高、振动压入越困难系数越高，反之取低值。
振动辅助式静力触探方法的应用，在于静力触探仪在静压和振动交替下压方式在原 位测试方法中的应用。
在实际工作过程中，在静力触探现场试验时，如遇到密实粉土、砂土层，同时锥尖阻力达到28兆帕时就启动振动器，增加锤击振动力，将粉土、砂土层静力压入作用改为 锤击振动作用，即将密实粉土、砂土层通过振动作用变松散，从而顺利穿过密实粉土、 砂土层。由于在实际操作中，振动作用压入过程中无法判断下面的土层是否变层，振动 作用使土质变松散，力的传递更复杂，故应引入一个操作步骤，将操作规范化，从而将 振动扰动作用限制在一小段范围内，该操作步骤应与数据处理步骤做好对应，将振动区 间的数据与同层位未振动的数值进行比较，得出振动修正系数，针对振动区间数据乘以 修正系数后即可得到最终数据，该数据可以直接应用在工程勘察及其报告中。
根据工程勘察经验，在地层分界线附近，考虑到地层的起伏与勘察技术的以点带面， 一般工程项目实际可以允许50厘米左右的误差，故在静压转化为振动过程后，应控制进 尺在50厘米左右，以50厘米的振动区间进行循环振动穿越密实土层，如此也能避免错过土层分界，这样的操作流程既考虑到了加入振动力后的扰动效果，又考虑到了现场操 作与记录的方便，同时考虑到了后期数据处理的方便。另外根据现场试验规律，振动过 程中一般锥尖阻力在10～15兆帕左右，且正常静压过程中数据降低与提高的瞬间幅度不 超过10兆帕，故可以通过数据规律识别振动区间段，即根据陡降可以判断振动开始位置， 根据陡增判断振动结束位置，同时结合现场记录的振动开始结束位置，综合确定振动区 间段，从而对该振动段进行数据处理。由于受到不同地质条件的影响，不同的土层密实 程度不一样，在振动区间段进行修正时应通过不同的地质条件进行对比，同时应根据不 同的深度进行对比，以确定修正系数，另外通过多个场地的应用，也能检验振动辅助式 静力触探技术的应用效果，对其他区域的推广也具有重要的参考价值。
在本申请中，采用普通的振动辅助式静力触探仪加装振动结构即可，也可采用本公 司之前申请专利的产品，专利信息如下，“CN201720373393.X振动辅助式静力触探仪”，如图5和图6的结构示意图，原理与之前申请的专利相同，细节上做了进一步的改进， 本申请中采用振动辅助式静力触探仪包括从上到下依次设置的振动器01、探杆锤击接头、 02、振动锤10和探杆12，探杆12的上端为碗口式上沿07，探杆12的上部设有接头螺 纹11，探杆12的内部设有对探头处的土壤进行数据采集的第二数据线9，探杆12上设 有供第二数据线9输出的数据线槽8，第二数据线9通过外部设置的第一数据线6与电控 实现信号连接，振动器01的上下升降带来的振动式压入通过多个油缸03进行驱动实现， 与油缸03对应设置的有数据采集及控制器04，收集油缸的参数，整个结构布局紧凑，保 证了信号的稳定传输，此结构将振动器集成到普通的静力触探仪上，占用空间小，具体 的工作原理和细节可参照本公司之前申请的专利，本申请不局限于此结构，普通的静力 触探仪也可实现本申请的结构，本申请重点在于将振动压力与静力压入相结合，突破传 统的静力压入的工作方式，扩大了静力触探的适用范围，提升了工作效率，在静力压力 和动力压入结合使用的过程中，数据的读取与之前的是不同，如果使用，如何交替使用， 如何记录数据，振动式数据的采集后如果修正，以及修正后如何与静力压入的数据进行 结合是本申请要解决的问题，将使用方法规范化，并确定数据的采集和处理方法，将理 论更好的应用于实际，扩大了静力触探方法的应用。
一种振动辅助式静力触探仪的使用方法主要分为现场操作与数据处理，振动辅助式 静力触探仪是在现有静力触探仪的基础上，增加了振动器系统，在静压到达极限后启动振动器，辅助振动穿过密实粉土、砂土层。经过前期勘察，选中了埋深60米范围内具有 粉土的场地，本次试验选用100型破碎锤作为振动器，锤重765千克，杆直径10厘米， 每分钟450～630击，油量每分钟80～110升，油压15～17兆帕。
使用时，首先将仪器移动至指定勘察位置，将数据线首端连接好探头，通过中空的探杆，将数据线尾端连接到控制主机即电脑，启动静压系统，将探杆在静力油缸作用下 压入土中，在探杆上每10厘米用粉笔做一下标记，在逐节压入过程中，每贯入10厘米 手动按一下开关，此时在电脑上即采集并显示出该深度处数据，保持贯入速率在0.015～ 0.025米每秒。随着贯入的深入，速度逐渐降低，此时判断遇到密实粉土、砂土等密实土 层。此时整个仪器平台在探杆支撑下向上顶起，靠自重及反力无法将探杆继续压入，贯 入锥尖阻力也已经超过28MPa，判定此时锥尖已经到达密实粉土、砂土。
此时撤下静力系统，在探杆顶部换上探杆锤击接头，接上振动器即破碎锤，保证锤杆与触探杆在竖直一条线上，启动振动器，记录振动开始的深度，在振动作用下将探头 处的密实粉土、砂土振动松散，将探头逐步穿过密实层，此时同样每10厘米不间断采集 数据，振动穿越50厘米为一个振动区间，记录振动结束的深度；振动区间结束后紧接着 改为静压，压入10厘米后如再次遇阻即启动下一次振动区间，记录振动锤开始与结束的 深度。以此类推，直至穿过整个密实粉土、粉砂层。
击穿过该密实层后，由于速率开始明显加快，此时判定密实层已经穿过，故改回静压系统进行压入。以此类推，在遇到下一层密实粉土、砂土层时也按照上述操作。通过 这样振动辅助的方式达到预定深度，同样每10厘米不间断采集数据，得到连续的初始数 据。到达预定深度后，保存好静探初始数据，开始逐节提出探杆，收好装备，完成一个 点位处的静探试验。
现场测试结束后，通过电脑导出原始数据为TXT格式，首先根据试验过程中的记录， 找到每次振动过程的起始与终结深度，将该区间内的数据乘以调整系数2.0～3.0，即为 振动辅助式静力触探修正后的触探数据，此时为修正后的振动辅助式静力触探数据。
通过如下两个试验实例，对该使用方法进行举例，同时验证振动修正系数。
实施例1：天津北辰区青光示范镇场地勘察，地质条件如下：
场地埋深60米以上水平方向上分层土质较均匀，竖向呈层分布，地层如下：
埋深0～1.0米：人工填土层(Qml)素填土(地层编号①2)，呈褐色，软塑状态， 粉质粘土质，属中压缩性土；
埋深1.0～2.5米：新近冲积层(Q4 3Nal)粉土(地层编号③1)，呈褐黄色，稍密状 态，无层理，含铁质，局部夹粉质粘土，属中(偏低)压缩性土；
埋深2.5～6.0米：新近冲积层(Q4 3Nal)粘土(地层编号③2)，呈褐灰色，可塑～ 软塑状态，无层理，含铁质，属高压缩性土；
埋深6.0～8.0米：全新统上组陆相冲积层(Q4 3al)粉质粘土(地层编号④1)，呈 灰黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深8.0～11.0米：全新统中组海相沉积层(Q4 2m)粉质粘土(地层编号⑥1)，呈 灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土；
埋深11.0～16.5米：全新统中组海相沉积层(Q4 2m)粉土(地层编号⑥3)，呈灰色，稍密状态，无层理，含贝壳，属中压缩性土；
埋深16.5～18.5米：全新统下组沼泽相沉积层(Q4 1h)粉质粘土(地层编号⑦)， 呈浅灰色，可塑状态，无层理，含有机质、腐植物，属中压缩性土；
埋深18.5～24.0米：全新统下组陆相冲积层(Q4 1al)粉质粘土(地层编号⑧1)， 呈灰黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深24.0～27.0米：全新统下组陆相冲积层(Q4 1al)粉土(地层编号⑧2)，呈灰 黄色，密实状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深27.0～32.0米：上更新统第五组陆相冲积层(Q3 eal)粉质粘土(地层编号⑨1)，呈褐黄色，可塑状态，无层理，含铁质，局部夹粉土透镜体，属中压缩性土；
埋深32.0～35.0米：上更新统第五组陆相冲积层(Q3 eal)粉土(地层编号⑨2)， 呈黄褐～褐黄色，密实状态，无层理，含铁质，属中(偏低)压缩性土；
埋深35.0～37.0米：上更新统第三组陆相冲积层(Q3 cal)粉质粘土(地层编号
)，呈黄褐色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深37.0～39.0米：上更新统第三组陆相冲积层(Q3 cal)粉土(地层编号
)， 呈黄褐色，密实状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深39.0～50.0米：上更新统第三组陆相冲积层(Q3 cal)粉质粘土(地层编号
)，呈黄褐色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深50.0～57.5米：上更新统第二组海相沉积层(Q3 bm)粉质粘土(地层编号
)组成，呈灰色，可塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土；
埋深57.5～60.0米：上更新统第一组陆相冲积层(Q3 aal)粉质粘土(地层编号
)组成，呈黄褐色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
试验仪器及成果应用说明：本次试验采用单桥静力触探，即探头内装一个传感器，其特点是锥尖以上带有一段摩擦筒，筒长为筒径的1.6倍，这种探头只能测定比贯入阻 力Ps一个指标(Ps是地层阻力即空心柱所受力P与探头锥底面积之比，Ps＝P/A，单位为 MPa)，单桥探头结构简单，加工方便，目前在国内广泛使用。探头锥底面积共有10、15 和20平方厘米，本次采用锥底面积常用的15平方厘米。静力触探成果在勘察报告中主 要有五个方面的应用：确定土的类别、提供土的承载力、确定单桩承载力、确定土的变 形指标及确定土的不排水强度，其中确定土的类别及确定单桩承载力是应用比较广泛的 两个方面。
选取该场地埋深24.0～27.0米区间内的粉土进行振动辅助式静力触探试验，其中振动数据识别方式采用现场记录起始点的方式进行，振动试验数据修正前后如下表1，修正前静力触探试验曲线图如图1，修正后曲线图如图2。
振动辅助静力触探试验修正前后数据表1
分析：粉土的曲线特征表现为尖角较多，相对黏性土数值大，一般超过5MPa，通过修正前的图像分析，在24.0米开始变为粉土层，此时曲线迅速上升，数值迅速变大，表 示开始变层，即由原来的黏性土变为密实的粉土层，在24.7～26.5米振动区间段曲线明 显低于起初的静压段，即通过振动作用，将密实的粉土层变松散，在数值上表现为原来 静压的1/2～1/3左右，在26.5米振动结束改为静压后，曲线恢复正常，表现为粉土的 特征曲线。在振动区间段，曲线明显不符合粉土的特征曲线，故原曲线不能直接利用， 需要进行修正。按2.0的系数对振动区段进行修正后，该曲线与粉土的经验曲线一致性 较好，可以作为正常的粉土静探曲线应用于工程勘察报告中。
结论：1.在30米范围内振动修正系数采用2.0时，修正后与正常勘察曲线规律相符，对土层的性质识别较直观，修正较容易。
2.根据行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)5.3.3，当以该层粉土(地 层编号⑧2)为预制桩桩端持力层时，计算单桩承载力的该层土极限侧阻力(qsi)及端阻 力(psk)可以根据单桥静力触探数据取值。该层土极限侧阻力qsi根据规范可以取100kPa。 该层土极限端阻力psk可以取6000kPa。与从土的室内试验结合经验参数得到的数据一致 性较好，得出的端阻力参数相对较高。
3.传统静力触探方式根据该地层只能到35米左右，不满足设计深度60米的要求，而通过该振动辅助式静力触探深度可以穿过两层粉土层，到达设计变形计算的要求深度60米，远大于传统静力触探的深度，满足设计的较高要求。且该振动辅助式静力触探相 对传统钻探，无泥浆撒漏、无需封孔，数据简单直观且灵敏度与客观性较好，适合大范 围推广应用。
实施例2：天津和平区新华路体育场勘察项目，地质条件如下：
场地埋深50米以上水平方向上分层土质较均匀，竖向呈层分布，地层如下：
埋深0～1.5米：人工填土层(Qml)杂填土(地层编号①1)，呈杂色，松散状态， 由砖块、砼渣、废土等组成；
埋深1.5～5.0米：全新统上组陆相冲积层(Q4 3al)粉质粘土(地层编号④1)，呈 灰黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深5.0～6.5米：全新统上组陆相冲积层(Q4 3al)粉土(地层编号④2)，灰黄色， 稍密状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深6.5～11.0米：全新统中组海相沉积层(Q4 2m)粉质粘土(地层编号⑥1)，呈 灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土；
埋深11.0～14.5米：全新统中组海相沉积层(Q4 2m)粘土(地层编号⑥2)，呈灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土；
埋深14.5～16.0米：全新统下组沼泽相沉积层(Q4 1h)粉质粘土(地层编号⑦)， 呈浅灰色，可塑状态，无层理，含有机质、腐植物，属中压缩性土；
埋深16.0～20.5米：全新统下组陆相冲积层(Q4 1al)粉质粘土(地层编号⑧1)， 呈灰黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深20.5～25.0米：全新统下组陆相冲积层(Q4 1al)粉土(地层编号⑧2)，呈灰 黄色，密实状态，无层理，含铁质，属中(偏低)压缩性土；
埋深25.0～27.0米：上更新统第五组陆相冲积层(Q3 eal)粉质粘土(地层编号⑨1)，呈褐黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深27.0～30.0米：上更新统第五组陆相冲积层(Q3 eal)粉土(地层编号⑨2)， 呈褐黄色，密实状态，无层理，含铁质，属低压缩性土；
埋深30.0～37.5米：上更新统第三组陆相冲积层(Q3 cal)粉质粘土(地层编号
)，呈黄褐色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深37.5～39.0米：上更新统第三组陆相冲积层(Q3 cal)粉土(地层编号
)， 呈黄褐色，密实状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
埋深39.0～50.0米：上更新统第三组陆相冲积层(Q3 cal)粉质粘土(地层编号
)，呈黄褐色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土；
试验仪器及成果应用说明：本次试验仍然采用单桥静力触探，即探头内装一个传感 器，其特点是锥尖以上带有一段摩擦筒，筒长为筒径的1.6倍，这种探头只能测定比贯入阻力Ps一个指标(Ps是地层阻力即空心柱所受力P与探头锥底面积之比，Ps＝P/A，单 位为MPa)，单桥探头结构简单，加工方便，目前在国内广泛使用。探头锥底面积共有 10、15和20平方厘米，本次采用锥底面积常用的15平方厘米。静力触探成果在勘察报 告中主要有五个方面的应用：确定土的类别、提供土的承载力、确定单桩承载力、确定 土的变形指标及确定土的不排水强度，其中确定土的类别及确定单桩承载力是应用比较 广泛的两个方面。
选取该场地埋深37.5～39.0米区间进行振动辅助式静力触探试验，其中识别方式采用现场记录起始点的方式进行，振动试验数据修正前后如下表2，修正前静力触探试验曲线图如图3，修正后曲线图如图4。
振动辅助静力触探试验修正前后数据表2
分析：粉土的曲线特征表现为尖角较多，相对黏性土数值大，一般超过5MPa，通过修正前的图像分析，在37.5米曲线已经变为粉土层，此时曲线迅速上升，数值迅速变大， 表示开始变层，即由原来的黏性土变为密实的粉土层，在37.7～38.5米振动区间段曲线 明显低于起初的静压段，即通过振动作用，将密实的粉土层变松散，在数值上表现为原 来静压的1/2～1/3左右，在38.5米振动结束改为静压后，曲线恢复正常，表现为粉土 的特征曲线。在振动区间段，经过周围的钻孔地层对比，该层土应较均匀，中间部分应 与前后部分相一致，故振动段曲线应与上下静压段相一致，原曲线显示中间振动区段明 显较低，不能直接利用，更进行修正至较均匀地层状态。按2.5的系数对振动区段进行 修正后，该曲线修正至与上下数值差距较小，考虑到粉土层的静探曲线规律，可以允许 有一定的尖叫出现。经过对该振动区段的数据修正后重新生成曲线图如图4，可以直接应 用于工程勘察报告中。
结论：1.在该深度处振动修正系数采用2.5时，振动辅助式静力触探修正后的数据及曲线与钻探鉴别的成果相符，对土层的性质识别较直观方便。
2.根据行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)5.3.3，当以该层粉土(地 层编号
)为桩端持力层时，计算单桩承载力的该层土极限侧阻力(qsi)及端阻力(psk) 可以根据单桥静力触探数据取值。该层土极限侧阻力qsi根据规范可以取极限值100kPa。 该层土极限端阻力psk可以取25000kPa。与从土的室内试验结合经验参数得到的数据一致 性较好，得出的极限端阻力参数相对较高。
3.传统静力触探方式根据该地层只能到25米左右，不满足设计深度50米的要求，而通过该振动辅助式静力触探深度可以穿过多层粉土甚至砂土层，到达设计变形计算的要求深度50米，远大于传统静力触探的深度，满足设计的较高要求。且该振动辅助式静 力触探相对传统钻探，无泥浆撒漏、无需封孔，数据简单直观且灵敏度与客观性较好， 适合大范围推广应用。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改 进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.振动辅助式静力触探方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、振动辅助式静力触探仪的定位和准备，通过经纬仪或RTK测量仪器，将所需测试的孔位测量定位并做好标记，将振动辅助式静力触探仪移动至预定孔位，静力触探仪锥尖对准孔位就位，将仪器启动，电脑连接，进入触探准备工作；
S2、探杆的静力压入和数据读取，压入速率在0.015～0.025米每秒，土质的压入阻力与压入速率成反比，每次压入的深度一致且每压入一次记录一次数据；
S3、探杆的振动式压入，锥尖阻力超过28兆帕时，启动振动器改为振动，同时记录振动开始时的深度，在振动器开始后每10厘米仪器读取1次数据，共读取5次，即振动压入50厘米为一个循环，此时应改为静压压入，并记录振动结束深度；
S4、振动式压入与静力压入的交替，振动式压入进入下一个循环即改为静压，若锥尖阻力不足28兆帕，继续静压压入，若改为静压后，锥尖阻力超过28兆帕，进行下一个振动循环，在下一个振动之前获取至少1次静压数据，作为后续修正标志；
S5、数据的导出和修正，将振动部分的数据根据不同深度乘以不同的调整系数，最终得到振动辅助式静力触探修正后的测试数据，应用于勘察报告及设计图纸；
在S5中，确认修正后的数据，将原始数据导出，文件数据有深度列与数值列，在数据列表中找出振动开始与结束的深度，将振动区间的检测数值乘以振动修正系数2.0～3.0，静压区段不做修正。
2.根据权利要求1所述的振动辅助式静力触探方法，其特征在于：在步骤S2中，每压入10厘米记录一次数据，数据的记录通过手动或自动滚轮进行。
3.根据权利要求1所述的振动辅助式静力触探方法，其特征在于：在S3中，锥尖阻力超过28兆帕时，在静压压入至少10厘米后改为振动，记录好振动开始的深度，在振动器开始后，每10厘米仪器读取1次数据，共读取5次，即振动压入50厘米为一个循环，在振动50厘米后改为静压压入10厘米，并记录振动结束深度，以此类推直至穿过密实土层，如果锥尖阻力不足28兆帕，静力压入。
4.根据权利要求1所述的振动辅助式静力触探方法，其特征在于：振动修正系数根据不同地质条件进行调整，粉土、砂土密实程度高、厚度大取高值，反之取低值，振动修正系数为由被振动松散的扰动粉土、砂土比贯入阻力参数修正到同位置的静力触探对应的系数，贯入阻力包括锥尖阻力和侧摩阻力。
5.根据权利要求1所述的振动辅助式静力触探方法，其特征在于：振动开始与结束的深度确定有以下两种方法，一种方法是通过现场记录的振动开始与结束的深度，通过与数据文件内的深度对应，确定每个振动区段，另一种方法是通过锥尖阻力数据，由某一深度的数值大于28兆帕下一个深度数据陡降至18兆帕以内为振动开始位置，以50厘米为1个循环，即一次修正5个数据，50厘米后又增至28兆帕以上即振动结束位置。
6.根据权利要求1所述的振动辅助式静力触探方法，其特征在于：试验的数据为不同静力触探方式采集的原始数据，单桥探头采集的数据为深度与比贯入阻力，双桥探头采集的数据为深度、锥尖阻力与侧摩阻力。
7.根据权利要求1-6任一项所述的振动辅助式静力触探方法，其特征在于：振动器压在探杆上的总重量在500～1500千克范围内，在振动器与探杆中间设置探杆锤击接头，预留放置电缆的切口，每次振动时接上，避免振动器与探杆的连接导致线缆被压断。
8.根据权利要求1-6任一项所述的振动辅助式静力触探方法，其特征在于：振动器集成在静力触探仪的上方，采用振动器时，在探杆顶部换上探杆锤击接头，振动器的重心轴线与静力触探仪的重心轴线重合设置，静力触探仪到达预定深度后，保存好静探初始数据，开始逐节提出探杆，收好装备，完成一个点位处的静探试验。
9.权利要求1-8任一项所述的振动辅助式静力触探方法的应用，其特征在于：静力触探仪在静压和振动交替下压方式在原位测试方法中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010310830.XA CN111608164B (zh) | 2020-04-20 | 2020-04-20 | 振动辅助式静力触探方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010310830.XA CN111608164B (zh) | 2020-04-20 | 2020-04-20 | 振动辅助式静力触探方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111608164A CN111608164A (zh) | 2020-09-01 |
| CN111608164B true CN111608164B (zh) | 2021-11-16 |
Family
ID=72204412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010310830.XA Active CN111608164B (zh) | 2020-04-20 | 2020-04-20 | 振动辅助式静力触探方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111608164B (zh) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5497091A (en) * | 1994-09-01 | 1996-03-05 | Applied Research Associates, Inc. | Surface mounted pH sensor for cone penetration testing |
| CN205999875U (zh) * | 2016-09-08 | 2017-03-08 | 中冶集团武汉勘察研究院有限公司 | 标准贯入试验记录装置 |
| CN206655210U (zh) * | 2017-04-11 | 2017-11-21 | 天津市勘察院 | 振动辅助式静力触探仪 |
| CN107169224B (zh) * | 2017-06-08 | 2021-06-04 | 天津大学 | 基于cptu测试进行大直径超长管桩可打入性分析方法 |
| CN110042823B (zh) * | 2019-05-28 | 2024-03-12 | 南京南大岩土工程技术有限公司 | 一种基于物联网的多功能动力触探自动记录系统及试验方法 |
| CN110042824B (zh) * | 2019-05-30 | 2024-01-09 | 天津市勘察设计院集团有限公司 | 一种软土电阻率静探探头及使用方法 |
| CN110927820B (zh) * | 2019-12-05 | 2021-12-14 | 浙江省工程勘察设计院集团有限公司 | 一种浅水域直埋管道精探平台及精探方法 |
-
2020
- 2020-04-20 CN CN202010310830.XA patent/CN111608164B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111608164A (zh) | 2020-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sanglerat | The penetrometer and soil exploration | |
| de Ruiter | Electric penetrometer for site investigations | |
| CN105181199B (zh) | 一种地应力测试的旁孔应力解除法 | |
| CN110485409B (zh) | 基于地基全域全周期实测数据的复合桩施工方法 | |
| CN101979783A (zh) | 基于多功能孔压静力触探技术的预测桩基承载力的方法 | |
| Strelec et al. | Implementation of in-situ and geophysical investigation methods (ERT & MASW) with the purpose to determine 2D profile of landslide. | |
| CN108562501A (zh) | 一种适用于隧道内岩土体原位直剪试验装置及方法 | |
| CN110080194A (zh) | 勘探压注仪及其应用 | |
| CN111608164B (zh) | 振动辅助式静力触探方法及应用 | |
| CN205062789U (zh) | 便携式t型触探仪 | |
| CN111735493A (zh) | 水运工程大面积复杂场地地基动力固结智能化施工控制方法及设备 | |
| CN101619571B (zh) | 基于地基瞬态响应的强夯最优夯击数确定方法 | |
| Brown | The rapid load testing of piles in fine grained soils. | |
| CN108547332A (zh) | 一种建筑物桩基检测技术 | |
| Brettmann et al. | Advances in auger pressure grouted piles: design, construction and testing | |
| Jarushi et al. | Prediction of High Pile Rebound with Fines Content and Uncorrected Blow Counts from Standard Penetration Test | |
| Ignat | Field and laboratory tests of laterally loaded rows of lime-cement columns | |
| Hebeler et al. | A multi piezo friction attachment for penetration testing | |
| Kurtulus | Field measurements of the linear and nonlinear shear moduli of soils using drilled shafts as dynamic cylindrical sources | |
| CN205205800U (zh) | 便携式全自动t型触探仪 | |
| Vennapusa et al. | Machine Drive Power Based Roller-Integrated Compaction Measurements for Cohesive Embankment Construction | |
| Aparicio-Ortube et al. | Stress history effects on shear stiffness degradation under compression paths of hawthorn group clays in Central Florida | |
| CN213173663U (zh) | 一种水运工程大面积复杂场地地基动力固结施工系统 | |
| CN210916952U (zh) | 一种监控道路注浆的激光监控仪 | |
| Larsson | Investigations and load tests in silty soils. Results from a series of investigations in silty soils in Sweden |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 300191 No. 428 Hongqi South Road, Tianjin, Nankai District Applicant after: Tianjin survey and Design Institute Group Co., Ltd Address before: 300191 No. 428 Hongqi South Road, Tianjin, Nankai District Applicant before: TIANJIN INSTITUTE OF GEOTECHNICAL INVESTIGATION & SURVEYING |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |