上海地区单桥静力触探与双桥静力触探之间的关系

上海地区单桥静力触探与双桥静力触探之间的关系

樊向阳

1,2

, 魏根群, 马晓晴

11

(11上海岩土工程勘察设计研究院有限公司, 上海　200002; 21同济大学地下建筑与工程系, 上海　200092)

摘要:静力触探作为一种轻便、快速、高效的原位测试技术, 在岩土工程勘察得到了广泛应用。国内静力触探主要为单桥静力触探, , 但单桥静力触探与双桥静力触探之间关系的研究相对较少。的优缺点, 说明了建立两者之间关系的必要性。收集了大量试验数据, 运用统计分析方法, , 并对其适用性进行了探讨。

关键词:单桥静力触探; ; ; 端阻力; 侧摩阻力中图分类号:T B Abstract :fast 2high in situ testing technology , cone penetration test has been widely used in inves 2tigation , m or detection of civil engineering project. C one penetration test is mainly single bridge probe in our country , and double bridge is being used rapidly recently. H owever , the study of the relationship between single bridge probe and double bridge probe is not s o much. The advantage and disadvantage of single bridge probe and double bridge probe is briefly introduced in the paper. The necessity of the relationship between the tw o probes is explained. Based on tw o in situ test projects , a great deal of test data is obtained. By making use of statistic method , the em pirical formulae between the tw o probes are given , and the applicability of the formulae als o studied.

K ey w ords :single bridge probe ; double bridge probe ; specific penetration resistance ; end bearing ; side fric 2tional resistance 0　前言

1　单桥静力触探和双桥静力触探

静力触探作为一种轻便、快速、高效的原位测试技术, 在岩土工程勘察、监测、检测等方面得到了广泛应用。上海市《岩土工程勘察规范》(DG J08-37-2002) 中明确规定:“原位测试孔的数量宜占勘探孔总数的1Π3～1Π2”, 而原位测试孔主要为静力触探孔。

我国早在1964年就研制并试用了电测式单桥静

[1]

力触探, 并很快得到推广和普及。在长期的理论研究和工程实践过程中, 人们将单桥静力触探比贯入阻力p s 与众多的土性参数建立了相关的经验公式。但随着双桥和孔压静力触探的推广, 单桥静力触探功能单一、分辨率不高及与国际不接轨等缺点就表现得比较明显。为了开展国际工程合作与交流, 并使我国丰富的单桥静力触探资料和经验关系能够推广使用, 建立单桥静力触探与双桥、孔压静力触探的关系就显得很有必要, 也很迫切。

由于孔压静力触探资料有限, 本文主要研究单桥静力触探和双桥静力触探的关系。

　　10工程勘察　Geotechnical Investigation &Surveying

单桥静力触探为我国独有, 它只能得到一个参

数, 即比贯入阻力p s ; 双桥静力触探可得到两个测试参数, 即锥尖阻力q c 和侧壁摩阻力f s , 还可以得到一个计算参数, 即摩阻比F R (F R =f s Πq c ×100%) 。

目前静力触探技术的工程应用主要有两种:一是用其测试成果划分土层和土类; 二是求取土的各

[2,3]

种工程性质指标。

划分土层和土类方面, 单桥静力触探由于只能测p s 值, 也就只能根据曲线形态和p s 值的大小进行土的分层分类。而往往同是一类土, 由于其形成时代、成因、受荷历时不同, 其p s 值可以差别很大。同时, 不同土层可有相同的p s 值。这样, 在只

收稿日期:2007203206; 修订日期:2007205210

作者简介:樊向阳(1973-) , 男(汉族) , 甘肃静宁人, 博

士生, 高级工程师.

2007年第9期　

有一个参数的情况下, 其划分土层土类的分辨率毫无疑问是比较低的。到目前为止, 还没有一种只按p s 值来划分土类的分类图。在实际工作中, 往往只能凭借和钻孔取样对比获得的经验来划分土层。而双桥探头可测出q c 和f s , 又可计算出摩阻比F R , 由于曲线有两条(q c ～h , f s ～h ) , 可进行对比分析, 分辨率自然就高得多。目前已有多种按q c 、f s 和F R 判别土类的分类图, 利用这些分类图可以较方便地划分土层和分辨土类。

求取土的工程性质指标方面, 国内基于单桥静力触探p s 值的经验公式比较多, 围的限制。(37-2002) (--1999) 对地表6m :, 当p s ≤1000kPa 时, f s =p s Π20) , 当p s >1000kPa 时, f s =01025p s +25≤100kPa ; 对粉性土及砂土, f s =p s Π50

律上比较接近, 但都只是单桥静探比贯入阻力p s 值和双桥静探锥尖阻力q c 的函数, 没有考虑双桥静探侧壁摩阻力f s 的影响。姑且不论这些公式的精度如何, 单就公式的组成而言, 显然还有值得改进的

地方。212　两种静力触探试验研究

结合工程, , 、, 2所示, 数据采记录仪器型号均为JC -X3, 采样间距, 触探仪贯入速率约为112m Πmin 。

对比的单、双桥探头之间的距离为探头直径的10倍, 即50cm 左右。试验土层基本包括了上海地区浅层土的所有土性:粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土及粉细砂等。

试验用探头

探头型号单桥Ⅰ22双桥Ⅱ22

锥头直径

(mm ) 43174317

≤100kPa 。显然, 虽然粉质粘土和粘质粉土在工程

性质上差别不是很大, 侧摩阻力实际相差不大, 但由于公式的不连续性, 其侧摩阻力计算值会差别很大。双桥静力触探在这方面的问题不是很明显, 但是在计算某些土性指标时, 国内经验公式较少。

就我国静力触探技术的应用现状而言, 由于受应用历史和经验的影响、勘察市场现有状况的制约及探头制造技术方面的原因, 我国工程勘察界应用

[3]

静力触探的现状可以概括为:单桥静力触探占统治地位; 双桥静力触探应用已经开始推广使用, 但发展缓慢; 孔压静力触探只有少数单位在应用。2　单桥静力触探与双桥静力触探的关系

211　已有经验公式

迄今为止, 有关单桥静力触探和双桥静力触探

表2

锥角

(°) 6060

锥头截面积

A (cm 2)

有效侧壁摩擦筒侧

面积长度

(mm ) 7021815

A f (cm 2)

1515

96300

关系的研究相对较少, 笔者查阅了大量的文献, 只

[4～6]

找到了表1所示的几个经验公式。

部分已有单桥静力触探和双桥静力触探经验公式

表1

提出单位铁道科学院上海城建局设计院华东电力设计院陕西勘察院华中勘测大队中南电力设计院

经验公式

q c =0191p s p s =11227q c -01613p s =11093q c +31649q c =01815p s +0105p s =112994q c +111043p s =11225q c +01005p =11283q -01496

适用土类各种土类粘性土砂性土粘性土、砂性土

黄土粘性土

　　为了与上海地方规范及其它研究成果接轨, 本次试验资料整理时将土性分为一般粘性土(包括粘土、粉质粘土) 、淤泥质土(包括淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土) 和粉性土、砂性土(包括粘质粉土、砂质粉土及粉细砂) 。

考虑到静力触探灵敏性较高, 尤其在夹薄层粉砂的粉质粘土中, 即使对比试验孔距离很近, 由于土性偏差及试验误差, 同一深度处的数据也会相差很大。为了消除这些影响, 取同一地层内单、双桥静力触探孔相对应深度处相邻5个测试数据的算术平均值作为一对比点, 对静探曲线进行平滑处理。平滑后的数据, 对出现下列情况之一者予以舍弃:

(1) 有明显不合理的异常点, 如q c 大于p s 者; (2) 土质不均匀而出现的q c 、p s 值过小或过大者。

经筛选, 共获得395组对比数据。通过线性拟合, 得出已知双桥静力触探锥尖阻力q c 和侧壁摩阻力f s 求单桥静力触探比贯入阻力p s 值的经验公式, 如表3所示; 同时, 也得出通过单桥静力触探比贯入阻力p s 值求双桥静力触探锥尖阻力q c 和侧壁摩阻力

f s 的经验公式, 如表4所示。p s 、q s 、f s 单位均

工程勘察　Geotechnical Investigation &Surveying 　　　11

　　对比研究后可以发现, 上述几个经验公式在规

　2007年第9期

土类淤泥质土粘性土

粉性土、砂性土

子样数

6295238

用双桥静探q c 和f s 推求单桥静探p s 值的经验公式

回归方程式1

带截距

p s =1107q c +3110f s -0103p s =1104q c +0109f s +0110p s =1136q c -13168f s +0174

相关系数[1**********]6

回归方程式2

不带截距

p s =1105q c +1169f s p s =1127q c -6115f s p s =1141q c -13117f s

表3

相关系数[1**********]3

用单桥静探p s 值推求双桥静探q c 和f s 的经验公式

土类淤泥质土粘性土粉性土、砂性土

子样数

6295238

表4

2

c =0f 0p q c =018631p s f =010173p q c =017734p s f s =010091p s

相关系数[***********]70188

回归方程式1

带截距

q c =018057p s +010866f =010208p -010012q c =018757p s -010145f =010229p -010064q 1s 01s =0101相关系数01970188

为MPa 。

从表3、, 各公式相关性均很好。因此, 间关系的转换。

3　单桥静力触探与双桥静力触探关系的进一步分

析

　　上海地区工程应用中, 单桥静力触探与双桥静力触探之间的换算关系, 一般采用形式简单且适用范围广泛的铁道科学院提出的公式, 即q c =0191p s 。通过与表4中的相关公式对比后可以看出,

多, 双桥静力触探可测出更多参数, 国外通用且国内也开始推广使用。由于各自的优势, 完全有必要建立两者之间的关系。

(2) 本文在相关试验对比研究的基础上, 建立了不同土性中两种之间的经验关系, 并对其适用性进行了探讨。

(3) 由于试验资料有限且主要适合于上海地区, 所得经验公式的推广使用还需进一步验证和补充。

参

考

文

献

该公式更接近于淤泥质土, 而在粉性土、砂性土中, 用p s 值估算的q c 可能会偏大(有时甚至会偏大20%以上) 。笔者建议:

(1) 在已知双桥q c 和f s 求单桥p s 值时, 宜采用表3中的相关公式;

(2) 在已知单桥p s 值求双桥q c 时, 宜采用表4中的相关公式; 为了形式简单且便于记忆, 也可采用q c =(0177～0192) p s , 且要求土性较好时取

[1]　王钟琦1我国的静力触探及动静触探的发展前景[J].岩土

工程学报, 2000, 22(5) :517～522.

[2]　孟高头, 曹恺, 陈亮. 关于静力触探的国际化问题[J].岩

土工程学报, 2001, 23(3) :383～384.

[3]　孟高头, 张德高, 刘事莲, 张迎春. 推广孔压静力触探技术

的意义[J].岩土工程学报, 2000, 22(3) :314～318.

[4]　刘松玉, 吴燕开. 论我国静力触探技术(CPT ) 现状与发展

[J].盐城工学院学报(自然科学版) , 2003, (16) :1～8.

[5]　陈继成, 龚启昌. 静力触探单、双用探头实测p s 、q c 值的相

关分析[J].工程勘察, 1985, (2) :44～45.

[6]　李玉昌等. 关中地区单、双用探头的对比试验[J].工程勘

小值, 土性较差时取大值;

(3) 用单桥p s 值求双桥f s 的意义不大, 表4中的相关公式仅供参考。4　结论及建议

(1) 单桥静力触探成本低、应用广、经验公式

察, 1980, (5) :29～30.

　　12工程勘察　Geotechnical Investigation &Surveying 2007年第9期　

上海地区单桥静力触探与双桥静力触探之间的关系

樊向阳

1,2

, 魏根群, 马晓晴

11

(11上海岩土工程勘察设计研究院有限公司, 上海　200002; 21同济大学地下建筑与工程系, 上海　200092)

摘要:静力触探作为一种轻便、快速、高效的原位测试技术, 在岩土工程勘察得到了广泛应用。国内静力触探主要为单桥静力触探, , 但单桥静力触探与双桥静力触探之间关系的研究相对较少。的优缺点, 说明了建立两者之间关系的必要性。收集了大量试验数据, 运用统计分析方法, , 并对其适用性进行了探讨。

关键词:单桥静力触探; ; ; 端阻力; 侧摩阻力中图分类号:T B Abstract :fast 2high in situ testing technology , cone penetration test has been widely used in inves 2tigation , m or detection of civil engineering project. C one penetration test is mainly single bridge probe in our country , and double bridge is being used rapidly recently. H owever , the study of the relationship between single bridge probe and double bridge probe is not s o much. The advantage and disadvantage of single bridge probe and double bridge probe is briefly introduced in the paper. The necessity of the relationship between the tw o probes is explained. Based on tw o in situ test projects , a great deal of test data is obtained. By making use of statistic method , the em pirical formulae between the tw o probes are given , and the applicability of the formulae als o studied.

K ey w ords :single bridge probe ; double bridge probe ; specific penetration resistance ; end bearing ; side fric 2tional resistance 0　前言

1　单桥静力触探和双桥静力触探

静力触探作为一种轻便、快速、高效的原位测试技术, 在岩土工程勘察、监测、检测等方面得到了广泛应用。上海市《岩土工程勘察规范》(DG J08-37-2002) 中明确规定:“原位测试孔的数量宜占勘探孔总数的1Π3～1Π2”, 而原位测试孔主要为静力触探孔。

我国早在1964年就研制并试用了电测式单桥静

[1]

力触探, 并很快得到推广和普及。在长期的理论研究和工程实践过程中, 人们将单桥静力触探比贯入阻力p s 与众多的土性参数建立了相关的经验公式。但随着双桥和孔压静力触探的推广, 单桥静力触探功能单一、分辨率不高及与国际不接轨等缺点就表现得比较明显。为了开展国际工程合作与交流, 并使我国丰富的单桥静力触探资料和经验关系能够推广使用, 建立单桥静力触探与双桥、孔压静力触探的关系就显得很有必要, 也很迫切。

由于孔压静力触探资料有限, 本文主要研究单桥静力触探和双桥静力触探的关系。

　　10工程勘察　Geotechnical Investigation &Surveying

单桥静力触探为我国独有, 它只能得到一个参

数, 即比贯入阻力p s ; 双桥静力触探可得到两个测试参数, 即锥尖阻力q c 和侧壁摩阻力f s , 还可以得到一个计算参数, 即摩阻比F R (F R =f s Πq c ×100%) 。

目前静力触探技术的工程应用主要有两种:一是用其测试成果划分土层和土类; 二是求取土的各

[2,3]

种工程性质指标。

划分土层和土类方面, 单桥静力触探由于只能测p s 值, 也就只能根据曲线形态和p s 值的大小进行土的分层分类。而往往同是一类土, 由于其形成时代、成因、受荷历时不同, 其p s 值可以差别很大。同时, 不同土层可有相同的p s 值。这样, 在只

收稿日期:2007203206; 修订日期:2007205210

作者简介:樊向阳(1973-) , 男(汉族) , 甘肃静宁人, 博

士生, 高级工程师.

2007年第9期　

有一个参数的情况下, 其划分土层土类的分辨率毫无疑问是比较低的。到目前为止, 还没有一种只按p s 值来划分土类的分类图。在实际工作中, 往往只能凭借和钻孔取样对比获得的经验来划分土层。而双桥探头可测出q c 和f s , 又可计算出摩阻比F R , 由于曲线有两条(q c ～h , f s ～h ) , 可进行对比分析, 分辨率自然就高得多。目前已有多种按q c 、f s 和F R 判别土类的分类图, 利用这些分类图可以较方便地划分土层和分辨土类。

求取土的工程性质指标方面, 国内基于单桥静力触探p s 值的经验公式比较多, 围的限制。(37-2002) (--1999) 对地表6m :, 当p s ≤1000kPa 时, f s =p s Π20) , 当p s >1000kPa 时, f s =01025p s +25≤100kPa ; 对粉性土及砂土, f s =p s Π50

律上比较接近, 但都只是单桥静探比贯入阻力p s 值和双桥静探锥尖阻力q c 的函数, 没有考虑双桥静探侧壁摩阻力f s 的影响。姑且不论这些公式的精度如何, 单就公式的组成而言, 显然还有值得改进的

地方。212　两种静力触探试验研究

结合工程, , 、, 2所示, 数据采记录仪器型号均为JC -X3, 采样间距, 触探仪贯入速率约为112m Πmin 。

对比的单、双桥探头之间的距离为探头直径的10倍, 即50cm 左右。试验土层基本包括了上海地区浅层土的所有土性:粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土及粉细砂等。

试验用探头

探头型号单桥Ⅰ22双桥Ⅱ22

锥头直径

(mm ) 43174317

≤100kPa 。显然, 虽然粉质粘土和粘质粉土在工程

性质上差别不是很大, 侧摩阻力实际相差不大, 但由于公式的不连续性, 其侧摩阻力计算值会差别很大。双桥静力触探在这方面的问题不是很明显, 但是在计算某些土性指标时, 国内经验公式较少。

就我国静力触探技术的应用现状而言, 由于受应用历史和经验的影响、勘察市场现有状况的制约及探头制造技术方面的原因, 我国工程勘察界应用

[3]

静力触探的现状可以概括为:单桥静力触探占统治地位; 双桥静力触探应用已经开始推广使用, 但发展缓慢; 孔压静力触探只有少数单位在应用。2　单桥静力触探与双桥静力触探的关系

211　已有经验公式

迄今为止, 有关单桥静力触探和双桥静力触探

表2

锥角

(°) 6060

锥头截面积

A (cm 2)

有效侧壁摩擦筒侧

面积长度

(mm ) 7021815

A f (cm 2)

1515

96300

关系的研究相对较少, 笔者查阅了大量的文献, 只

[4～6]

找到了表1所示的几个经验公式。

部分已有单桥静力触探和双桥静力触探经验公式

表1

提出单位铁道科学院上海城建局设计院华东电力设计院陕西勘察院华中勘测大队中南电力设计院

经验公式

q c =0191p s p s =11227q c -01613p s =11093q c +31649q c =01815p s +0105p s =112994q c +111043p s =11225q c +01005p =11283q -01496

适用土类各种土类粘性土砂性土粘性土、砂性土

黄土粘性土

　　为了与上海地方规范及其它研究成果接轨, 本次试验资料整理时将土性分为一般粘性土(包括粘土、粉质粘土) 、淤泥质土(包括淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土) 和粉性土、砂性土(包括粘质粉土、砂质粉土及粉细砂) 。

考虑到静力触探灵敏性较高, 尤其在夹薄层粉砂的粉质粘土中, 即使对比试验孔距离很近, 由于土性偏差及试验误差, 同一深度处的数据也会相差很大。为了消除这些影响, 取同一地层内单、双桥静力触探孔相对应深度处相邻5个测试数据的算术平均值作为一对比点, 对静探曲线进行平滑处理。平滑后的数据, 对出现下列情况之一者予以舍弃:

(1) 有明显不合理的异常点, 如q c 大于p s 者; (2) 土质不均匀而出现的q c 、p s 值过小或过大者。

经筛选, 共获得395组对比数据。通过线性拟合, 得出已知双桥静力触探锥尖阻力q c 和侧壁摩阻力f s 求单桥静力触探比贯入阻力p s 值的经验公式, 如表3所示; 同时, 也得出通过单桥静力触探比贯入阻力p s 值求双桥静力触探锥尖阻力q c 和侧壁摩阻力

f s 的经验公式, 如表4所示。p s 、q s 、f s 单位均

工程勘察　Geotechnical Investigation &Surveying 　　　11

　　对比研究后可以发现, 上述几个经验公式在规

　2007年第9期

土类淤泥质土粘性土

粉性土、砂性土

子样数

6295238

用双桥静探q c 和f s 推求单桥静探p s 值的经验公式

回归方程式1

带截距

p s =1107q c +3110f s -0103p s =1104q c +0109f s +0110p s =1136q c -13168f s +0174

相关系数[1**********]6

回归方程式2

不带截距

p s =1105q c +1169f s p s =1127q c -6115f s p s =1141q c -13117f s

表3

相关系数[1**********]3

用单桥静探p s 值推求双桥静探q c 和f s 的经验公式

土类淤泥质土粘性土粉性土、砂性土

子样数

6295238

表4

2

c =0f 0p q c =018631p s f =010173p q c =017734p s f s =010091p s

相关系数[***********]70188

回归方程式1

带截距

q c =018057p s +010866f =010208p -010012q c =018757p s -010145f =010229p -010064q 1s 01s =0101相关系数01970188

为MPa 。

从表3、, 各公式相关性均很好。因此, 间关系的转换。

3　单桥静力触探与双桥静力触探关系的进一步分

析

　　上海地区工程应用中, 单桥静力触探与双桥静力触探之间的换算关系, 一般采用形式简单且适用范围广泛的铁道科学院提出的公式, 即q c =0191p s 。通过与表4中的相关公式对比后可以看出,

多, 双桥静力触探可测出更多参数, 国外通用且国内也开始推广使用。由于各自的优势, 完全有必要建立两者之间的关系。

(2) 本文在相关试验对比研究的基础上, 建立了不同土性中两种之间的经验关系, 并对其适用性进行了探讨。

(3) 由于试验资料有限且主要适合于上海地区, 所得经验公式的推广使用还需进一步验证和补充。

参

考

文

献

该公式更接近于淤泥质土, 而在粉性土、砂性土中, 用p s 值估算的q c 可能会偏大(有时甚至会偏大20%以上) 。笔者建议:

(1) 在已知双桥q c 和f s 求单桥p s 值时, 宜采用表3中的相关公式;

(2) 在已知单桥p s 值求双桥q c 时, 宜采用表4中的相关公式; 为了形式简单且便于记忆, 也可采用q c =(0177～0192) p s , 且要求土性较好时取

[1]　王钟琦1我国的静力触探及动静触探的发展前景[J].岩土

工程学报, 2000, 22(5) :517～522.

[2]　孟高头, 曹恺, 陈亮. 关于静力触探的国际化问题[J].岩

土工程学报, 2001, 23(3) :383～384.

[3]　孟高头, 张德高, 刘事莲, 张迎春. 推广孔压静力触探技术

的意义[J].岩土工程学报, 2000, 22(3) :314～318.

[4]　刘松玉, 吴燕开. 论我国静力触探技术(CPT ) 现状与发展

[J].盐城工学院学报(自然科学版) , 2003, (16) :1～8.

[5]　陈继成, 龚启昌. 静力触探单、双用探头实测p s 、q c 值的相

关分析[J].工程勘察, 1985, (2) :44～45.

[6]　李玉昌等. 关中地区单、双用探头的对比试验[J].工程勘

小值, 土性较差时取大值;

(3) 用单桥p s 值求双桥f s 的意义不大, 表4中的相关公式仅供参考。4　结论及建议

(1) 单桥静力触探成本低、应用广、经验公式

察, 1980, (5) :29～30.

　　12工程勘察　Geotechnical Investigation &Surveying 2007年第9期