静力触探试验成果资料审查要点之我见

 

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 无锡市建设工程设计审查中心  吕伟达

 

    静力触探试验这种原位测试勘察手段，配合钻探等其他勘察手段，已在岩土工程勘察中得到广泛应用。静力触探试验方法简便，它可以提供有关土的密度、强度等方面岩土设计参数，用这种方法可确定剖面沿深度的变化情况，可探明建（构）筑物及所在场地的地基土分布特征。

 

 

    施工图审查的勘察专业审查人员从事岩土工程勘察工作一般都有十多年乃至数十年的经历，积累了个人和他人丰富的岩土工程勘察经验和教训，针对勘察行业重数量轻质量、劳力代替技术，时间就是金钱的功利主义浮躁情绪抬头，有必要总结包括静力触探试验在内的原位测试和钻探等其他勘察手段的成果资料整理过程中产生的资料误差偏差的原因和过程。本文就静力触探试验及成果资料误差等技术问题，谈谈自己的看法，希望能对勘察专业施工图审查工作有所启示和帮助。

 

 

 

静力触探野外试验误差产生的根源和影响因素

 

 

 

      谈到静力触探试验成果资料的审核审定环节，我们先来探讨静力触探野外试验误差产生的根源和影响因素：

 

 

    一、静力触探野外试验的适用土层范围之一的“含少量碎石的土”造成的误差：

 

 

    直到现在，现行的岩土工程勘察规范GB50021-2001（2009年）第10.3.1条对静力触探试验适用土层范围仍作如下规定“静力触探试验适用于软土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土”，对“含少量碎石的土”条文说明无碎石成分，大小、形状和含量百分比的量化内容。“含少量碎石的土”在丘陵地带常见，在平原地带也偶见，问题就出在“含少量碎石的土”上，勘察技术人员往往对土中的碎石大小、形状、含量不作调查研究，就盲目采用静力触探试验手段勘察，甚至在贯入困难的情况下，强用静探试验，比贯入阻力严重失真。例在其厂勘察，探头穿过表土层直至1.5米深，回提触探杆剩3根时卡住，处理半天，触探杆被扭断，3根触探杆丢弃在孔内，基坑开挖时，派技术人员到现场验槽，同时取回触探杆和探头，其表土层实际厚3米，室内以比贯入阻力Ps和深度区关系曲线分层，确定表土层厚度为4米，表土层底部的碎石块使其厚度增加了1米，究其原因一：探头受阻，钻杆弯曲，偏离垂直方向触探头就倾斜；原因二：当探头穿过表土层，探头仍顶着底部碎石进尺贯入；原因三：当探头穿过表土层进入老土，出现“滞后”现象。静力触探野外试验遇到土层复杂情况，应分析研究，再划分土层。

 

 

    二、静力触探孔倾斜造成的误差：

 

 

    静力触探野外试验时，或地面未铲平、或贯入过程中其中有一地锚拔起、或触探杆本身弯曲，甚至开孔时就已孔斜等原因，都会造成触探孔倾斜，所得试验成果资料误差很大。例在河岸上桥墩位置打一触探孔，进入数米后，摇力越来越大，后来Ps值为0，原来探头竟在河中冒出来，探头几乎是90°转向。

 

 

    桩基础的静力触探孔较深，高层、超高层的静探孔一般作一般性孔，孔深可达40-50米，在孔深超过了30米，穿过厚层软土后，又贯入硬土层或密实砂层时，如不采用导向管或未采取测定孔斜等措施也容易发生孔斜事故，其试验成果资料误差肯定很大。

 

 

    三、探头贯入速率过大或不均匀造成的误差：

 

 

    探头的贯入速率直接影响静探成果资料的准确性，一般说来，贯入速率增大，比贯入阻力也随之增大，塑性指数大的土层比贯入阻力增幅更大。野外试验时，探头进入的土层越软，贯入速度越大，无形中提高了该土层的地基承载力。为了抢时间赶进度，贯入时遇软弱土层，操作者违反操作规程，常用快挡贯入，其贯入速度加快到无法准确读数的地步。静力触探野外试验贯入速度以1.2米/分为最佳，应严格执行静探仪快档使用范围。

 

 

    贯入速度时快时慢，不匀速，肯定使静探试验成果失真。通常贯入速率变化范围小时，这种影响程度也低。

 

 

    四、温度漂移，归零误差等造成的累计误差：

 

 

    静力触探野外试验零读数较大，变层和终孔时，测读或调整零读数，归零误差超过3%，而又不加以修正，则会影响静力触探野外试验成果的准确性。除了静探仪器本身原因外，在野外探头不注意保温，探头曝晒或受冻，会直接造成成果资料的误差。

 

 

    目前静力触探野外试验大都采用自动记录仪，如不执行一年检测一次等使用手册规定，对其技术问题也不探讨研究，自动记录曲线会误导勘察技术人员对土层的划分和定名。

 

 

    五、触探探头不定期率定、探头进水造成的误差：

 

 

    触探探头不定期率定，或探头进水不及时发现并更换，可能造成严重的经济损失，例：有一勘察单位在外地施工，不收集当地的土层资料，不配合使用钻探手段，采用单一的静探手段，也不了解探头比贯入阻力变化和摇力的变化，又施用了一个进水的探头，在随后的勘察环节都出现问题，未及时发现错误（不是误差）的情况下，详勘报告把强度较高的土层划分为厚层软土，还建议采用桩基础，直至桩基施工困难，最后无法桩基施工才发现，赔了损失又砸了牌子，为时已晚。

 

 

    六、单一静探曲线分层定名造成的误差：

 

 

    在执行岩土工程勘察新规范前，野外勘察施工盛行采用清一色的静力触探勘察手段，尤其中小型项目，没有其他勘察手段配合使用，在土层划分、土层定名上缺少了可比性，可能造成较大误差。例：无锡地区某地段的素填土下厚3-5m的土层Ps值达3.5-4.0MPa，外地单位把该土层误判为粉砂层，经开挖验槽，才知是硬塑粉质粘土，属无锡地区第一硬土层。

 

 

    必须指出，在勘探行业里，如突破野外勘察施工现场没有勘察技术人员的底线，即包括静力触探试验在内的所有勘察手段取得的原始资料不是误差而是错误问题了，已超本文探讨范围。

 

 

 

静力触探试验成果资料的审查要点

 

 

 

    作为施工图审查的勘察专业审查人员，审查的对象是详细勘察的终端产品----详细勘察报告及补勘报告，没有这个职能也不可能去具体调查、全面了解本项目的静力触探野外试验产生误差的原因。就详勘报告上的静探成果资料而言，应重点审查静探成果资料的土层划分、土层定名和确定的岩土设计参数。

 

 

    一、审查土层的划分和定名：

 

 

    （一）在简单场地，单桥静力触探野外试验作为勘察手段时，只能提供比贯入阻力（Ps），数据单一，图形单一，应与钻探等其他勘察手段配合使用。同样，单桥静力触探野外试验可把不同塑性状态的土层划分为同一土层，同一状态的土层可划分为不同土层，具有多解性，也应与室内常规试验参数对比，综合确定使用。

 

 

    1、一般说来，用单桥静力触探比贯入阻力和深度的关系曲线分层时，无锡地区的实测的Ps值在分别去掉10%的最大值和10%的最小值，不超过下表的变动幅度可合并为同一层。笔者不主张变动幅度以Ps最大值和最小值比值表示。

 

 

实测Ps范围值（MPa）	变动幅度
Ps≤1.0	±0-0.3
10<Ps≤3.0	±0.3-0.5
3.0<Ps

±0.5-1.0

 

 

    2、上图为Ps曲线的分层定名有多解性，在岩土工程勘察规范越来越严密、完整，公共安全、公众利益第一位的以人为本的项目建设领域里，笔者也不主张以单一的Ps曲线形态分层定名，应该而且必须与钻探等其他勘察手段配合，进行分层定名。

 

 

    3、另外，在含水的粗、中、细砂及流塑状的粘土类，Ps曲线常会出现异常。由于含水，不同的土层可有相同或相近的密度，同一土层可有不同的密度，干燥的细砂层Ps值可大于非常湿润的中砂层，饱和的极细砂层Ps值可比湿润的极细砂Ps值小；由于密度的差异，致密细砂层Ps值可大于松散甚至中密的中砂层。所以，利用单桥静力触探试验成果确定地基承载力必须与其他勘察手段综合确定。

 

 

    （二）对于岩土种类较多的复杂场地、双桥静力触探野外试验可以测量锥头阻力（qc）和侧壁摩阻力（fs），还能算出摩阻比（Rf=fs/qc×100%）。数据多元，图形丰富的双桥静探资料仍应与钻孔等资料对比，按土层的双桥静探曲线数值和形态进行分析，划分土层，确定土名。

 

 

    1、无锡地区的双桥静探实测qc范围值可取单桥静探Ps值变动幅度小值者合并为一层。

 

 

    2、无锡地区各种土类摩阻比（Rf）参考值可参照下表：

 

 

土层名称	Rf参考值
粉砂	0.5-2.0
粉土	2.0-5.0
粉质粘土	2.0-3.0
软土

0-0.5

 

   

 

 

    3、必须指出，由于不同深度的自重压力不同，单桥和双桥静探试验在均匀的土层中比贯入阻力和锥头阻力随深度的增大而增大，划分土层确定土名难度也增大，应结合当地经验或钻探资料对照进行。

 

 

    4、无锡地区同一层土的Ps和qc值相关系数可参照0.85-0.9左右执行。

 

 

    （三）审查静探成果资料遇到以下情况务必指出并要求勘察单位重新划分土层，甚至推倒重来：

 

 

    1、划分土层确定土名，描述土层性状；估算土层剪切波速，确定场地类别，不符合GB50011-2010表4.1.3规定；

 

 

    2、土层定名与静探曲线，或与其他勘探资料不一致，甚至互相矛盾，提供的fak不一致，甚至差异二个数量级；

 

 

    3、静探曲线无规律可循；

 

 

    4、不同数量级的Ps(qc)值划为同一土层，划分土层的标准不一致。无锡地区第一软土层即使很薄或透镜体，也未划分出来；

 

 

    5、不按静探曲线划分土层界面的有关规定，土层界面偏上或偏下；

 

 

    6、同一土层的顶界，静探孔大大低于相邻取土孔，应查找原因，是否孔斜造成。尤其孔深超过30米的静探孔应特别重视。超过30米孔深的静探孔应提供防斜措施。

 

 

    7、市政工程勘察同一条线路上的静探曲线差异较大的土层划分为同一土层。尤其数公里甚至数十公里线路应特别重视。

 

 

    8、院部在软土地区的勘察单位往往把无锡地区第二硬土层以上的土层误当现代沉积物，把可一硬塑状第一硬土层的土层硬作软弱土层处理。遇此情况应推倒重来再送审，或由其他单位补勘送审。

 

 

    9、剔除异常数据和10%最大值、10%最小值后，Ps(qc)值的变异系数超过20%允许值，则为离散度大，应重新考虑划分土层的合理性。

 

 

    （四）审查剖面图上静探曲线还应注意如下几点，要求改正或查明原因：

 

 

    1、至今我们还能审查到2000年前后提交的详勘报告，几乎大部分是采用清一色的静探勘察手段。如果土层复杂，需下卧层验算或变形验算，务必要求补勘送审，满足现行规范和地基基础设计要求；

 

 

    2、剖面图横向比例过小，致使相邻静探孔的曲线重合或部分重合，不便曲线判读对比；

 

 

    3、同一详勘报告的不同剖面图，甚至同一剖面图上的静探曲线横向比例不同，土层划分易造成误读误判；

 

 

    4、个别勘察技术人员对静探曲线中的异常点未合理取舍，而有一个异常点，即划分一个透镜体（尤其软土中的透镜体），且透镜体的最厚点均在触探孔中。整个剖面图上布满了薄而小的透镜体，易造成一种视觉误差。

 

 

    5、对静探曲线有疑义时，可要求勘察单位提供静探野外试验原始记录，及时发现每日完成的静探孔数量或贯入进尺数是否符合正常工作量。

 

 

    二、审查每层土的静探曲线所确定的岩土设计参数：

 

 

    在审查土层的划分和定名的大前提下，审查人员可以按规范要求审查详勘报告的每层土静探曲线确定的岩土设计参数。

 

 

    （一）审查详勘报告提供的比贯入阻力等资料的统计方法是否符合规范要求：

 

 

    1、Ps异常数据是否剔除，Ps极值处理是否合理；

 

 

    2、是否存在如下不合理统计情况：以每孔每层土的Ps等的算术平均值来计算场地每层土的Ps等算术平均值，其最小平均值大于Ps实际最小值，最大平均值小于Ps实际最大值，而没有直接全场地的每层土Ps厚度加权平均值计算，其后果忽视了软弱土层的存在，当忽视的这种一定厚度的软弱土层在重要土层中时，就存在差异沉降的安全隐患。

 

 

    （二）审查详勘报告提供的计算地基承载力的经验公式是否符合本项目所在地实际情况：

 

 

    1、外地勘察单位以本部所在地的经验公式替代本项目所在地的经验公式来计算地基承载力，尤其是软土地区的勘察单位以软土地区经验公式替代项目所在地经验公式，造成地基承载力的重大失真，带来了极大的安全隐患。

 

 

    2、同一地区静探成果资料经验公式可以有几个，应注意选用的经验公式适用条件。

 

 

    （三）审查静探、土试和其他勘察手段确定的每层土的地基承载力差异是否过大，审查各种勘察手段查表、计算综合确定的地基承载力是否大于（小于）所采用各种勘察手段查表计算确定所得的地基承载力最大值（最小值）。

 

 

    各种勘察手段综合确定的地基承载力差异过大，应要求勘察单位在回复意见中加以解释或说明。

 

 

    综合确定的地基承载力超出各种勘察手段查表计算的地基承载力的范围值，应要求勘察单位在回复意见中变更强度指标，并附变更通知书。

 

 

    （四）基础持力层偏薄，仅1米左右，则应适当降低其地基承载力，如存在相对软弱下卧层，则强度指标直接取下卧层的地基承载力；如基础持力层本身就不厚，又人为划分底界偏上，也应降低基础持力层；如基础持力层夹软弱土层，尤其顶部夹软弱土层，软弱土层较厚（0.5-1.0米以上），其Ps值又与地基持力层Ps相差2个数量级，则应单独划分出来，软弱土层较薄（≤0.5米），则不单独划分，也应适当降低其地基承载力。

 

 

    （五）在经验不成熟，又未经实践验证的由静探资料提供的桩基设计参数等其他岩土设计参数应提出谨慎使用或参考应用的建议。

 

 

 

结  语

 

 

    静力触探野外试验是岩土工程勘察必要又重要的手段之一，通过施工图审查，一定程度上保证了包括静力触探在内的全部勘察手段综合确定的成果资料可靠性。只有确保了由静力触探等原位测试和钻探等勘察手段，并结合实践经验等方法综合确定的岩土设计参数可靠性，才能确保施工图地基基础设计依据的可靠性。这就是笔者编写本文的初衷，敬请同行批评指教。