轻型动力触探仪评价地基承载力的应用

杨兰 YANG Lan；马小平 MA Xiao-ping；吴瑜 WU Yu

（银川能源学院，银川 750001）

0 引言

在建筑工程中，结构上部荷载通过基础传递与地基，所以要求地基具有一定的承载力。当地基承载力达到极限或超过时，地基将发生破坏，直接导致建筑物的不稳定、沉降或损坏。地基土的类型、结构、含水量、密度、颗粒大小等直接影响地基承载力，除此之外，建筑物的设计、基础尺寸、埋置深度、荷载分布等亦会影响地基承载力。

地基承载力的检测是建筑工程中至关重要的一环，经常通过地质勘察、土的抗剪强度指标、现场试验、室内试验、理论公式、计算分析等方法及经验确定，其中现场试验有载荷试验、标准贯入试验、动力触探和旁压试验，室内试验有土样试验与重塑土试验。不同检测方法适用条件不同，在实际工程中，为提高检测结果的准确性往往多种方法结合进行综合评价。各检测方法优缺点及适用条件如表1 所示。

表1 地基承载力检测方法及优缺点

1 动力触探仪法测地基承载力

地基承载力中原位测试可靠性较高，而原位测试中动力触探仪检测法最为常用。动力触探仪法测地基承载力是通过一定锤击的能量将圆锥探头打入土中，在触探过程中，探头受到土体阻力，根据贯入锤击数结合贯入土层的深度判断土层的类别和地基土工程性质，从而对地基土壤承载力、变形模量等工程性质做出综合评价。动力触探仪在工程中适用范围较广，尤其是浅基础工程中，为确保地基的稳定性，重型动力触探仪可以检测地基土的夯实程度；为给结构工程基础设计提供依据，轻型动力触探仪可快速准确地检测地基承载力和变形模量、基底是否存在软弱下卧层、土层的厚度和成层层序等；通过动力触探，亦可对土体中的干裂缝、裂隙、扰动等危害进行诊断。

动力触探仪根据锤重可分为轻型、重型和超重型三种。超重型动力触探法适用范围较广，尤其是密实砂卵石层、密实碎石土等地层。由于其具有较高的锤击能量，能够快速深入地层的较深处，获取更准确的地基承载力数据。在基础工程设计阶段，可快速准确地评估地基土层的承载能力，为地基处理方案提供设计依据；在路堤施工过程中，可检测填筑材料的压实度和承载能力；在勘察过程中，可探测地下土层的分布情况及其物理力学性质；在地基处理中可评估处理效果是否满足设计要求等。然而，对于砂类土、卵石层等地层，超重型动力触探仪因其较高的能量可能会导致探头过度贯入，影响数据的准确性。

重型动力触探仪适用于深层土层和较密实的土层，在地基承载力检测方面发挥着重要的作用。重型动力触探由于锤击动能大，能够快速穿透不同密实度的土层，检测效率较高，可较准确地评估地基土的承载力和工程性质。但是锤重较大，设备较为笨重，适用空间受限，且对操作人员体力、技术要求较高，需要与其他地质勘察方法结合使用。

轻型动力触探仪主要用于检测浅基础地基的承载力和变形模量，其锤重和最大贯入深度相对较小。广泛应用于建筑工地、道路、桥梁、港口等领域，特别是在换填地基、粘性土、粉土、粉砂、细砂等地质条件下，具有较高的准确性和可靠性。

2 地质构造及场区地层

本次试验选取的场地为银川能源学院王太校区西南角区域，该位置行政区划属银川市永宁县，东邻京拉线，场地现状较为起伏。勘察场区位于银川平原的中部，银川平原位于贺兰山褶皱带与鄂尔多斯地台之间，是在喜马拉雅造山运动期间形成的“银川地堑”。这个地堑长约170 公里，宽约50 公里，向北东方向延伸。由于新构造运动的活跃，该地区经历了多次构造运动，导致活动断裂的发展，历史上地震活动频繁。尽管银川地堑相对下降，形成了广阔的湖盆，并在第三纪接受了大量的碎屑沉积物，但银川平原的基底沿贺兰山走向分布的次生断裂带至今未发现活动痕迹，也未对建筑物构成直接威胁。地勘报告显示，银川平原的第四系土层厚度约为1600m，土层稳定、密实且均匀，因此可以认为该区域的工程地质条件是稳定的。这一地区的地质稳定性为工程建设提供了良好的基础，减少了因地质活动导致的潜在风险。

本场区在地貌上属黄河冲积平原Ⅱ级阶地，无不良工程地质作用。场区地层自上而下为人工填土、第四系冲、湖积相黏性土、粉土和砂土层。拟建建筑物地基可采用轻型动力触探仪初步检测，本次检测时挖除上部素填土及杂填土，检测粘性土层，判断黏性土层地基承载力是否满足设计要求。

3 轻型动力触探仪测地基承载力

3.1 试验设备

轻型动力触探仪，由圆锥探头、探杆、穿心锤三部分组成，探杆顶端装备了圆锥形的探头，并与穿心锤相连。操作时，首先确保探杆垂直，然后让穿心锤从50cm 的高度自由落体撞击探杆底部。每当探杆贯入土壤30cm 的深度时，记录锤击的次数。如果锤击数达到每30cm100 次，或者在贯入15cm 时锤击数超过50 次，结束试验。本次试验动力触探仪技术参数如表2 所示。

表2 轻型动力触探仪的技术参数

3.2 试验步骤

利用动力触探仪的锤击功能，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据打入土中的阻抗大小判别土层的变化，对土层进行力学分层，并确定土层的物理力学性质，对地基土作出工程地质评价，具体内容如下：

①测试点选取。本次试验场区共选取测试孔10 个，测点情况如表3 所示。

表3 测点情况一览表

②仪器设备等试验所需材料就位。

③使用轻型动力触探仪测地基承载力特征值，使用10kg 重锤重复以50cm 高度自由下落将探头打入地基中，锤击速率每分宜为15～30 击，每贯入1m，宜将探杆转动一圈半；探头每贯入30cm，记录锤击数N1；每贯入1m，宜将探杆转动一圈半。

④遇密实坚硬土层，当N 大于100 或贯入15cm 的锤击数超过50 时，可终止轻型动力触探。场区内无浅埋的全新活动断裂和发震断裂时无需避让。

⑤取距离以上测点2m 距离的另外两点，重复以上实验，得到N2、N3，每完成一次轻型触探后，在现场及时核对所记录的锤击数及深度是否有错漏，去掉不合理的特异值。

⑥统计得到该测点本层土的锤击数平均值N10。

⑦根据锤击数平均值N10，利用《工程地质手册》第五版和《铁路工程地质原位测试规程》TB 100182018 中推荐的粘性土与地基承载力之间的关系，初步研判每层土的地基承载力。

4 试验结果及分析

4.1 轻型动力触探结果

本次试验场区共选取测试孔10 个，在每个测试孔2m距离选定另外两点，重复实验，得到三个点的锤击数N1、N2、N3。在测试时，首先启动仪器，使重锤自由落下，击打探杆，使探头打入土中。根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）不进行杆长修正，在每次重锤落下后，记录下锤击数和贯入深度，每打入30cm 的锤击数即为实测锤击数N。根据实测锤击数N10和土的性质，判断地基土的承载力。具体检测数据如表4 所示。

表4 CSD1～CSD10 测试孔检测结果

4.2 试验分析

当触探深度小于4m 时可采用轻型动力触探仪测试，轻型动力触探不仅能够提供关于地基承载力的直接数据，还可以通过室内模型试验和现场其它原位试验的数据分析，进行地基土的综合评价，进一步了解锤击数与土层相对密实度之间的关系。此外，由于轻型动力触探设备相对简单、操作方便，可以通过检测评价浅基础地基承载力、变形模量、检验地基土的夯实程度及基底是否存在软弱下卧层。

4.3 影响本次试验的因素分析

影响轻型动力触探的因素有很多，与本次试验有关的因素主要有以下几方面：①落锤的高度、锤击速度和操作方法：本次试验数据来源于大学生开放性实验，试验过程中操作人员身高、体力不同，导致落锤的高度、锤击速度略有差别；②读数量测方法和精度：轻型动力触探仪每贯入30cm 记录一次锤击数，30cm 以杆件自带刻度为准，当测孔周围标高不一致时，读测数据有差别，影响精度；③触探孔的差异性和探杆的垂直度；④触探杆的截面尺寸、长度和质量；⑤地基土的密实度越大，锤击数越小、含水量、状态、颗粒组成、结构强度、抗剪强度、压缩性和超固结比；⑥触探杆侧壁摩擦越大，造成锤击数偏大。

4.4 评价地基承载力

根据原位测试统计结果，参考《工程地质手册》第五版的相关资料，对实测地基承载力可进行深度、宽度修正后参考使用。当地基承载力设计值小于200kPa 时，测试点向下0.9m 位置可满足承载力要求。

5 结束语

作为一种快速、经济的地基检测手段，轻型动力触探在土木工程领域得到了广泛的应用。对比其它地基承载力检测方法，当采用浅基础时，此方式操作简便、测试速度快，在地基基础工程中发挥着至关重要的作用，评估地基土的密实程度和承载力，可用于初步勘察阶段评价地基承载力、基础施工前基坑验槽过程中。在初步勘察阶段，轻型动力触探法用特定的探头对地基土进行锤击，通过每贯入30cm 锤击数判断该层土地基承载力和密实程度。在基础施工前验槽阶段，轻型动力触探法可以快速验证初步勘察的结果，及时发现潜在的地质问题，如土层的不均匀性、软弱层或空洞等，这对于确保工程的安全性和可靠性至关重要。在实际应用中，轻型动力触探法测地基承载力的结果受到多种因素的影响，包括落锤的高度、锤击速度、操作方法、读数量测方法、土层的性质等。因此，为了提高测试结果的准确性和可靠性，通常需要对大量的测试数据进行统计分析，并结合室内外的其他地质和土工测试结果，如标准贯入试验、压缩试验等，进行综合评估。采用轻型动力触探法测地基承载力可以在较短的时间内对较大面积的地基进行检测，这对于抢抓工期、合理安排施工进度具有重要意义。同时，由于其较低的测试成本，可以在不增加太多成本的情况下，对地基进行更为频繁的检测，确保施工过程中的安全。在地基勘察中，不建议单一采用轻型圆锥动力触探锤击数N10确定地基承载力，应和其他原位测试方法综合确定。