【摘 要】隨著人們生活方式的變化，對能源的需求越來越大。陸地的可用資源正在逐步枯竭，于是人類的目光投向了廣闊的海洋。對海洋的勘探也在逐步的改變，本文就簡要介紹了靜力觸探技術(shù)在海洋工程勘探中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】靜力觸探技術(shù)；海洋靜力觸探技術(shù)；CPT技術(shù)

中圖分類號：TP81 文獻標識碼：A 文章編號：1009-8283(2009)03-0212-01

地球表面近71%被海水覆蓋，海洋蘊藏著極為豐富的生物、化學(xué)、礦物、動力等資源，向海洋發(fā)展是解決人類社會目前面臨的人口、資源、環(huán)境等問題的主要途徑之一。海洋工程地質(zhì)研究是海洋資源開發(fā)和利用中重要的基礎(chǔ)工作。作為新興學(xué)科，海洋工程地質(zhì)是海洋地質(zhì)學(xué)、海洋動力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)以及地基處理學(xué)等學(xué)科相互交叉滲透的產(chǎn)物。因為海洋工程地質(zhì)的特殊性，現(xiàn)場取樣并保持原狀土的應(yīng)力狀態(tài)十分困難。海洋原位測試技術(shù)越來越多的應(yīng)用到海洋工程地質(zhì)勘查中。而靜力觸探技術(shù)(CPT：Cone Penetration Test)是一種具有速度快、數(shù)據(jù)連續(xù)、再現(xiàn)性好、操作省力等優(yōu)點的原位測試方法。被廣泛的運用于海洋工程勘探領(lǐng)域。

1.靜力觸探技術(shù)設(shè)備發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

1932年，荷蘭工程師P.Barentsen進行了世界上第一個靜力觸探試驗；到上世紀60年代開始才出現(xiàn)用于水域的靜力觸探裝置，經(jīng)過70和80年代的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)可以在淺海、近海和深海進行靜力觸探試驗，也已經(jīng)有小型自升式平臺、套管式平臺、海底沉放式、潛孔鉆鉆觸式和潛水艙式等多種類型的海洋靜力觸探設(shè)備投入試驗和使用，其中以荷蘭發(fā)展最早，使用最廣。

1965年左右，荷蘭和法國都開始用小型自升式平臺進行靜力觸探試驗，但是觸探深度僅5m左右。1966年，荷蘭Fugro公司研制了名為“Seaball”的沉放式靜力觸探機以及名為“Wison”Ⅰ型的繩索式井中靜力觸探。

在1974-1976年，荷蘭與挪威合作設(shè)計和試驗了潛水艙式觸探機(工作水深200m，觸探深度60m)。1977年，荷蘭試驗了套管式平臺觸探裝置(工作水深50m，最大貫入力為20t)。同年，英國與挪威合作發(fā)展了名為“Strigraz”型海底沉放式鉆探-觸探設(shè)備(工作水深30米，觸探深度20m)。

1978年，前蘇聯(lián)水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究所設(shè)計制造了一種靜力觸探設(shè)備，工作水深50m，觸探深度20m，鉆桿傳動力10t，探頭最大正面阻力為100kg/cm。1982年，加拿大海灣資源公司在大陸架成功地試驗了一種新型的靜力觸探設(shè)備。該套設(shè)備不僅可以測量錐尖阻力，而且可以測量孔隙水壓力。這套設(shè)備相對于以前的設(shè)備有兩個重要的不同：第一，它用數(shù)字編碼超聲波系統(tǒng)把探頭測得的數(shù)據(jù)傳送到表面記錄裝置，是一種無線纜系統(tǒng)；第二，它在探頭后面注入泥漿減少探桿摩擦，使其在壓入海面以下71m的情況下僅需要5t的反力。

除荷蘭以外，美國自20世紀70年代以來在海上靜力觸探試驗應(yīng)用研究方面發(fā)展也比較快。例如，美國制造了應(yīng)用于海洋勘探的圓錐靜力觸探，并在水深超過1200m的圣地亞哥海溝中的海底松軟沉積中成功地進行了試驗。近年來，英國的DATEM公司生產(chǎn)的miniCPT)已經(jīng)商業(yè)化，工作水深可達3000m，觸探深度10m。

2.靜力觸探應(yīng)用領(lǐng)域

靜力觸探作為一種工程地質(zhì)勘查方法，有下列應(yīng)用：

①土層劃分，判定土層類別，查明軟、硬夾層及土層在水平和垂直方向的均勻性；

②評價地基土的工程特性：主要是地基土的容許承載力、壓縮性質(zhì)、估算粘性土的不排水抗剪強度S u、超固結(jié)比OCR、靈敏度S t、砂土的相對密實度D r、內(nèi)摩擦角、土的壓縮模量、變形模量、飽和粘土不排水模量、砂土初始切線彈性模量和初始切線剪切模量、地基承載力，砂土液化判別等；

③直接為工程提供設(shè)計參數(shù)：例如，探尋和確定樁基持力層預(yù)估打入沉樁可能性和單樁承載力；

④檢驗人工填土的密度和地基加固效果。CPT技術(shù)以電測技術(shù)為基礎(chǔ)，分析方法建立在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，但由于用于解釋的經(jīng)驗關(guān)系有其地區(qū)局限性，因此只有不斷地對測試數(shù)據(jù)的解釋方法進行探討和研究，結(jié)合鉆探資料使解釋方法進一步得以驗證并不斷改進，才能總結(jié)出適合我國海洋土質(zhì)特性的地區(qū)經(jīng)驗值。

3.我國海洋靜力觸探技術(shù)的發(fā)展及存在的問題

我國海洋地質(zhì)工程領(lǐng)域CPT技術(shù)的應(yīng)用起步較晚。1973年，中國科學(xué)院海洋研究所曾經(jīng)成功研制過一桿到底的沉放式水下靜力觸探，將觸探設(shè)備沉入海底并利用壓塊提供反力，觸探深度可達7m，最大測試承載力以33t/m為限，適用于0-50m水深的淤泥質(zhì)地層。1976-1981年，交通部下屬的研究單位利用試樁樁腳，控制簡易水上觸探平臺，進行過幾次水上靜力觸探試驗，工作水深4.5-20m，貫入深度大多達到20m左右，個別可達31m，但絕大部分貫入設(shè)備由于水面到水泥地面間的探桿失穩(wěn)、折斷而停止作業(yè)。這種裝置只能在試樁存在的前提下才能進行個別資料的對比，無法在工程前期作為專門裝置進行大量試驗。2001-2005年，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局主持的國家863項目“海底土體原位靜動態(tài)探測技術(shù)”，研制出了以管內(nèi)液壓推進系統(tǒng)為關(guān)鍵技術(shù)的海洋靜力觸探設(shè)備，工作水深可達100m，觸探深度可達120m，填補了國內(nèi)空白。但是由于機械設(shè)計的原因，這套設(shè)備存在水下電纜絞纏等問題，暫時還無法應(yīng)用于更深的水域。主要存在問題：

我國CPT技術(shù)在陸上的巖土工程的應(yīng)用較廣，但在海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用起步晚，和國外有較大的差距，主要存在以下問題：

①國際上CPT測試成果在確定土的工程性質(zhì)的四個方面(土層劃分、土的工程性質(zhì)指標估算、預(yù)估單樁承載力和液化可能性分析)均有應(yīng)用，并且成果的一致性和可靠性穩(wěn)定；我國CPT技術(shù)還是作為一種輔助手段對土的工程性質(zhì)指標進行估算，沒有建立起完整、豐富的經(jīng)驗公式，不利于勘察單位及施工單位查用；

②目前我國還沒有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋靜力觸探設(shè)備，國外的海洋靜力觸探設(shè)備價格昂貴，國內(nèi)只有少數(shù)單位能夠負擔；

③指標方面，我國主要用錐尖阻力、側(cè)摩阻力和比貫入阻力。國外孔壓靜力觸探(CPTU)技術(shù)己經(jīng)廣泛使用，普遍采用孔壓系數(shù)，摩阻比來進行計算；

④國外在理論研究人員及資金投入較大，進行了大量的CPT試驗研究，積累了豐富的經(jīng)驗，CPT的應(yīng)用建立在較完善的理論基礎(chǔ)之上；我國在進行海洋靜力觸探數(shù)據(jù)解釋時只能依靠國外的研究理論，由于自主進行的海洋靜力觸探試驗比較少，缺乏和室內(nèi)土工試驗的大量對比的經(jīng)驗，因此還沒有提出可靠的、適于我國海域的經(jīng)驗系數(shù)；

⑤國外的CPT技術(shù)已大量應(yīng)用在海洋工程和環(huán)境巖土工程領(lǐng)域，而我國在海洋工程領(lǐng)域應(yīng)用較少，在環(huán)境巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用還是空白。

4 結(jié)束語

靜力觸探技術(shù)和設(shè)備在海洋工程勘察領(lǐng)域所表現(xiàn)出來的優(yōu)勢相當明顯，我國在這方面的技術(shù)還比較落后。因此，研究海上CPT設(shè)備和應(yīng)用情況，探討CPT技術(shù)在應(yīng)用和解釋中的問題，對CPT技術(shù)在我國海洋地質(zhì)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用研究具有重要意義。

參考文獻：

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