楊建雪

摘 要： 自我國(guó)于1964年首創(chuàng)了電測(cè)靜力觸探技術(shù)以來(lái)，靜力觸探技術(shù)發(fā)展解決了大量的巖土原位測(cè)試問(wèn)題， 在工程中取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。本文簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外靜力觸探現(xiàn)狀，詳細(xì)分析了觸探技術(shù)的發(fā)展前景，

關(guān)鍵字： 靜力觸探；動(dòng)力觸探；發(fā)展前景分析

前言

準(zhǔn)確的判斷土體、特別是軟弱地基的工程特性， 對(duì)建筑物基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要， 統(tǒng)計(jì)資料表明： 建筑物地下部分所占費(fèi)用是整個(gè)工程投資的1/3左右。因此， 掌握地基本身特性并為工程設(shè)計(jì)服務(wù)， 是工程設(shè)計(jì)人員所需要的。對(duì)于地基土特別是軟弱地基土， 其勘探與測(cè)試方法主要有兩類：（1）野外勘探， 主要有坑探、鉆探、地球物理勘探等； （ 2） 原位測(cè)試， 包括靜力觸探（ CPT） 、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（ SPT ） 、野外十字板剪切試驗(yàn)（ FVT）、旁壓試驗(yàn)等。

1 國(guó)內(nèi)外靜力觸探現(xiàn)狀

1. 1 國(guó)內(nèi)靜力觸探現(xiàn)狀

我國(guó)“單橋電阻應(yīng)變式靜力觸探”發(fā)明后， 約在20世紀(jì)60 年代后期， 國(guó)際上出現(xiàn)了雙橋電測(cè)靜力觸探探頭， 測(cè)定錐頭阻力qc和側(cè)壁摩阻力fs ， “單橋”與“雙橋”在電阻應(yīng)變傳感方面并無(wú)技術(shù)上的難易之分。在20世紀(jì)70 年代初得知國(guó)際上出現(xiàn)了雙橋電測(cè)靜探探頭后，國(guó)內(nèi)也有人曾研制了雙橋探頭， 并在1982 年巴黎召開(kāi)的第2 屆歐洲觸探測(cè)試會(huì)議上介紹了我國(guó)的特殊結(jié)構(gòu)形式的單橋與雙橋探頭， 得到與會(huì)專家的贊賞， 但由于單橋探頭當(dāng)時(shí)在我國(guó)已有十多年的歷史， 且有規(guī)范遵循的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)， 所設(shè)計(jì)研制的雙橋探頭， 一方面由于缺乏實(shí)用經(jīng)驗(yàn)， 另一方面對(duì)于所測(cè)的fs值究竟如何付諸實(shí)用， 一直困惑未決， 因此， 當(dāng)時(shí)研制的雙橋探頭未能引起重視和推行。

2.2 國(guó)外靜力觸探現(xiàn)狀

國(guó)外靜力觸探始于20 世紀(jì)40 年代， 其中最具代表性的是“荷蘭深層靜力觸探”， 簡(jiǎn)稱“荷蘭錐” （ Dutchcone）， 1948 年在荷蘭鹿特丹召開(kāi)的第2 屆國(guó)際土力學(xué)基礎(chǔ)工程會(huì)議上， 被視為最有效測(cè)定錐頭貫入阻力qc的深層測(cè)試方法。20 世紀(jì)60 年代后期， 輝固公司研制成功雙橋靜力觸探儀。20 世紀(jì)70 年代末， 將孔隙壓力傳感器與電測(cè)靜力觸探儀結(jié)合起來(lái)， 命名為孔壓靜力觸探（ CPTU） 。目前國(guó)際上通用的靜力觸探儀多采用荷蘭輝固（ Fug ro） 式探頭， 其特點(diǎn)是： 一是制造工藝高， 保證了電測(cè)傳感的精度； 二是多功能性， 除了可測(cè)定錐尖阻力qc、側(cè)摩阻力fs 和孔隙壓力u 外， 還可以測(cè)定探桿的傾斜度、土體濕度、溫度、波速、側(cè)壓力、電阻率及放射性等， 此外還能監(jiān)測(cè)地下污染情況。

2 觸探技術(shù)的發(fā)展前景

2.1 概 論

動(dòng)力觸探與靜力觸探都是一種用于第四紀(jì)土的經(jīng)驗(yàn)性的定量或半定量測(cè)試手段。它的應(yīng)用不是靠理論分析其力學(xué)機(jī)理去求得解析解， 而是靠具體的經(jīng)驗(yàn)積累建立起來(lái)的回歸關(guān)系。在這方面最有代表性的就是標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（ SPT） ， 它是目前國(guó)際上廣泛使用和認(rèn)同的觸探技術(shù)。

但是， SPT 的原始化問(wèn)題顯而易見(jiàn)： 1） N 值本身是個(gè)非物理量， 在國(guó)內(nèi)外利用N 值可以求得許多巖土工程參數(shù)， 尤其是在日本可用N 值求得土的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)， 有“ 一錘定天下”之說(shuō)； 2） SPT 試驗(yàn)過(guò)程引進(jìn)大量的系統(tǒng)誤差和偶然誤差， 其中最主要的是探桿隨著試驗(yàn)深度加長(zhǎng)后產(chǎn)生的沖擊撓曲變形、探桿與孔壁摩擦、桿間松脫， 以及能量損耗等未知因素。因此自70 年代泛美國(guó)際土力學(xué)基礎(chǔ)工程會(huì)議開(kāi)始， 國(guó)際上對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)貫入非標(biāo)準(zhǔn)化”問(wèn)題， 輿論嘩然 ， 對(duì)于N 值是否需進(jìn)行桿長(zhǎng)修正問(wèn)題， 也是各行其是。筆者也曾試圖在標(biāo)貫桿上設(shè)計(jì)安裝沖擊能的傳感器， 通過(guò)測(cè)定反饋能量對(duì)N 值進(jìn)行定量修正。但由于上述各種誤差相互積累或抵消的影響， 終無(wú)規(guī)可循。然而， SPT 并未由于上述情況而削弱其在巖土工程實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用， 且已成為最具國(guó)際性的測(cè)試手段。

2.2 觸探的“多功能化”問(wèn)題

觸探在英文術(shù)語(yǔ)上曾由40 年代的“sounding”轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)今的“penetration0”， 直譯為“貫入試驗(yàn)”， 它的功能本來(lái)就局限于此。但在不斷發(fā)展中， 人們想藉此“貫入”土層深部的機(jī)會(huì)， 爭(zhēng)取測(cè)得更多的參數(shù)信息， 這就產(chǎn)生了兼測(cè)孔壓的孔壓靜力觸探以及兼測(cè)其他參數(shù)的探索。在觸探頭內(nèi)加設(shè)一個(gè)或二個(gè)加速度傳感器， 從地面上激振， 從而形成了“下孔法”波速測(cè)定的靜力觸探。筆者也曾在自鉆式橫壓儀的研制中， 安裝過(guò)兩向的加速度計(jì)， 成功地用下孔法和跨孔法測(cè)求到徑向、軸向及切向的縱橫波速， 根據(jù)廣義的虎克定律推算出土的各向異性參數(shù)， 將橫向的變形模量和剛度轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q向參數(shù)， 以供設(shè)計(jì)使用 。但需指出， 上述的多功能化已經(jīng)超出觸探試驗(yàn)的范疇。曾有學(xué)者試圖將孔壓靜力觸探與單橋靜力觸探進(jìn)行對(duì)比， 實(shí)際上兩者之間不存在對(duì)比的基礎(chǔ)。如欲520 巖 土 工 程 學(xué) 報(bào) 2000 年比較孔壓的測(cè)定， 可以很容易地在單橋探頭筒內(nèi)安裝一個(gè)孔壓傳感器， 比較兩者的測(cè)試精度及儀器的防水耐用性。如就兩者作為觸探貫入試驗(yàn)本身的功能對(duì)比， 顯然單橋靜力觸探擁有我國(guó)各種有關(guān)規(guī)范及各地區(qū)規(guī)定的經(jīng)驗(yàn)公式， 這是任何國(guó)外其他靜力觸探所無(wú)法比擬的。筆者認(rèn)為“多功能性”對(duì)于任何一項(xiàng)手段顯然是極其可貴的， 因?yàn)樗梢浴耙慌e數(shù)得”。利用觸探設(shè)備與貫入過(guò)程， 兼測(cè)多項(xiàng)參數(shù)， 也是原位測(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向， 但單就觸探技術(shù)本身的發(fā)展而言， 嚴(yán)格地講， 與其說(shuō)要“多功能性”， 不如說(shuō)要“多用性”。

2.3 孔壓靜力觸探的改進(jìn)與應(yīng)用

根據(jù)筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 孔壓靜力觸探存在以下問(wèn)題影響其實(shí)用性： 1） 透水孔的位置及形狀不同， 所得結(jié)果各異， 因此需要標(biāo)準(zhǔn)化； 2）孔壓消散曲線人為歸一化之后并不能真實(shí)反映土的固結(jié)度， 因此需要通過(guò)正規(guī)的固結(jié)試驗(yàn)檢驗(yàn)其t 50 值；3）所推算的水平固結(jié)系數(shù)Ch 不能用于計(jì)算地基豎向固結(jié)速率； 4）濾水板材料規(guī)格及其透水性的率定均需標(biāo)準(zhǔn)化。因此， 如欲使由孔壓靜力觸探所得的孔壓消散曲線真正用于設(shè)計(jì)， 必須針對(duì)土的沉積相、物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)特征， 積累經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 通過(guò)回歸分析建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式方可實(shí)現(xiàn)。

2.4 單橋、雙橋探頭的改進(jìn)

靜力觸探最常出現(xiàn)的問(wèn)題是觸探孔不可避免的偏斜。這是由于垂直貫入的過(guò)程中不具有象回轉(zhuǎn)鉆探那樣的平面軸對(duì)稱的切削力之故。如靜探孔偏斜十多度， 在地面上卻難以發(fā)現(xiàn)， 它不僅歪曲了實(shí)測(cè)深度（ 這對(duì)樁基設(shè)計(jì)尤為重要） ， 而且經(jīng)常導(dǎo)致觸探桿接頭處折斷。因此， 在探頭中加設(shè)測(cè)斜傳感器是當(dāng)務(wù)之急。英國(guó)的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒： 在英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)BS 5930（ 1981） 中規(guī)定了兩種靜力觸探探頭， 一種是僅測(cè)錐尖阻力qc兼測(cè)孔斜的， 另一種是我們所謂的雙橋探頭， 由此可以看出， 靜探測(cè)斜是保證靜探精度， 防止探桿折損的必要條件。

3、 結(jié)語(yǔ)

（1）隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 觸探技術(shù)也日趨成熟并不斷向多功能化方向發(fā)展， 這使得觸探測(cè)試更方便、快捷， 測(cè)試數(shù)據(jù)更可靠， 應(yīng)用范圍更廣泛。

（2）雖然現(xiàn)在各國(guó)的觸探標(biāo)準(zhǔn)不同， 但觸探國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化是必然趨勢(shì)。

（3）我國(guó)觸探技術(shù)也應(yīng)逐步采用國(guó)際通用的觸探技術(shù)， 盡快與國(guó)際接軌。

參考文獻(xiàn)

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