湯明禮，俞炯奇，姚永新

（1.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

靜力觸探試驗是在豎直方向上利用壓力裝置把靜力觸探探頭按一定的速率壓入土層中，利用探頭安裝的傳感器，通過自動采集儀來存儲貫入過程所得到的各種數(shù)據(jù)[1]，通過數(shù)據(jù)分析可判別地基土的各種參數(shù)，例如土體分類、土的物理性質(zhì)、土的強度等[2]。靜力觸探按測量機理分為：機械式靜力觸探和電測式靜力觸探。電測式靜力觸探是應(yīng)用最廣的一種原位測試技術(shù)，兼有勘探與測試雙重作用，具有測試快速、連續(xù)、效率高、功能多的優(yōu)點，測量成果自動化程度較高，在實際工程項目中的應(yīng)用越來越廣泛[3]。

孔壓靜力觸探試驗（CPTU）是20 世紀70 年代末在國際上興起的一種新型原位測試技術(shù)，它是在靜力觸探貫入儀的探頭中安裝上透水石及量測孔隙水壓力的傳感元件，可同時量測錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力和孔隙水壓力[4]。

2 儀器概況

荷蘭Geomil設(shè)備有限公司成立于1932年，是全球第一個生產(chǎn)靜力觸探設(shè)備的廠家，為全球首選的靜力觸探設(shè)備制造商。經(jīng)過80多年的發(fā)展，Geomil公司擁有了非常優(yōu)秀的經(jīng)驗和技巧，可生產(chǎn)符合高質(zhì)量標(biāo)準的探頭、測量裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、軟件和控制系統(tǒng)。

本文根據(jù)溫州及溫嶺的現(xiàn)場靜力觸探試驗，詳細介紹探頭的組裝及試驗過程，采用的探頭為Geomil公司生產(chǎn)的SMP + CPTU探頭。探頭的精度高、穩(wěn)定性好，但組裝和維護較為繁瑣，國內(nèi)相似試驗較少。

3 前期準備及試驗過程

3.1 探頭組裝及儀器連接

SMP + CPTU探頭為1個土壤濕度探頭（SMP探頭）和1個孔壓靜力觸探探頭（CPTU探頭）組合而成，在試驗過程中可同時測量錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力、孔隙水壓力及土體介電常數(shù)等參數(shù)。由于SMP探頭和CPTU探頭是通過內(nèi)部的6芯電纜相連，在二者連接前需先將其中1個探頭連接線纜反向轉(zhuǎn)動15圈，然后二者連接（見圖1及圖2），轉(zhuǎn)動探頭并擰緊（見圖3及圖4）。

圖2 電纜連接圖

圖3 探頭連接圖

圖4 探頭擰緊圖

在進行現(xiàn)場試驗前，需進行室內(nèi)安裝連接調(diào)試，分別將筆記本電腦、數(shù)據(jù)采集儀、SMP接線盒及探頭進行組裝（見圖5）。連接過程中需要注意針數(shù)不同的電纜線必須插入相應(yīng)針數(shù)的孔中，同時在試驗過程中注意防水，試驗結(jié)束拆卸儀器時注意防止雜質(zhì)泥土進入電纜針孔中。

圖5 儀器組裝圖

3.2 探頭飽和及密封

在正式試驗開始前需要將CPTU探頭和透水石進行真空飽和12 h，一般采用甘油進行飽和，飽和過程見圖6。

孔壓系統(tǒng)的飽和是保證正確測量孔隙水壓力的關(guān)鍵。如果探頭未進行飽和，則在試驗過程中部分孔隙水壓力會在傳遞過程中消耗在壓縮空氣上，空氣壓縮后又有一部分水進入探頭，測定的孔隙水壓力數(shù)值與真實值有偏差。

飽和完成后需要用密封套將探頭進行密封，防止空氣進入探頭及透水石，影響試驗過程中孔隙水壓力的測定，密封后的探頭見圖7。

圖6 探頭及透水石飽和圖

3.3 現(xiàn)場試驗

現(xiàn)場試驗時先將探頭與靜力觸探車上的夾具連接好，安裝深度編碼器，可進行自動記錄深度（見圖8）。

準備開始試驗時，打開試驗軟件完成設(shè)定，將探頭錐尖離開地面懸空設(shè)定零點，完成設(shè)置后進行試驗。采用液壓裝置將探桿貫入土中，同時時刻注意測試軟件中各指標(biāo)數(shù)值變化，超過臨界值及時停止試驗，防止觸碰土體中的碎石，現(xiàn)場接桿操作見圖9。試驗過程中保證探桿勻速貫入，貫入速度維持在20 ～ 30 mm/s，同時保證探桿垂直貫入，防止傾斜角度過大影響試驗結(jié)果、損傷探頭。

圖8 深度編碼器圖

圖9 現(xiàn)場接桿圖

3.4 孔隙水壓力消散試驗

孔隙水壓力消散試驗應(yīng)在地下水位以下土體中進行，當(dāng)貫入至預(yù)定深度時，停止貫入，在停止貫入的同時立即開始消散試驗，孔隙水壓力的消散速度取決于該土層的滲 透性?？紫端畨毫ο⑶€見圖10。

圖10 孔隙水壓力消散曲線圖

3.5 試驗終止及后處理

當(dāng)達到預(yù)定的貫入深度或測得的數(shù)據(jù)達到臨界值時，及時停止試驗，并將探頭拔出，待探頭錐尖離地懸空時，通過采集軟件進行確認，試驗正常結(jié)束（如未進行最后確認，試驗屬于異常完成，儲存的數(shù)據(jù)將不完整）。完成試驗后應(yīng)及時將探頭拆卸、清洗干凈，同時進行室內(nèi)保養(yǎng)。

試驗數(shù)據(jù)及時進行處理，根據(jù)各指標(biāo)的變化規(guī)律可進行：①對地基土進行土層土類劃分；②求天然地基承載力；③推定土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)；④求解土的固結(jié)系數(shù)、滲透系數(shù)及不排水抗剪強度等；⑤評價砂土和粉土的地震液化；⑥檢驗壓實填土的質(zhì)量及強夯效果；⑦進行淺基礎(chǔ)的沉降及單樁豎向承載力計算。

4 結(jié) 論

（1）Geomil公司生產(chǎn)的SMP + CPTU探頭精度高、穩(wěn)定性好，進行靜力觸探試驗在組裝探頭和儀器時需嚴格按照廠家提供的操作流程，同時注意各電纜不同針數(shù)的插孔，試驗時注意防水防塵；

（2）在進行孔隙水壓力消散時，需要提前將探頭及透水石進行飽和，飽和完成后需進行密封處理，保證試驗過程中孔隙水壓力的準確性；

（3）試驗過程中應(yīng)垂直均勻貫入，貫入速率保持在20 ～ 30 mm/s，同時注意各指標(biāo)數(shù)值變化。

（4）靜力觸探成果可用于地基土層的分類及劃分，確定土體的物理力學(xué)特性等，具有較好的工程應(yīng)用性。

[1] 劉彬.靜力觸探的機理研究[D].天津：天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，2011.

[2] 羅金滿，劉偉.靜力觸探在巖土工程勘察中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2012(41)：14 - 18.

[3] 付超.淺析靜力觸探試驗的發(fā)展及應(yīng)用[J].四川建材，2011(4)：67 - 68.

[4] 李德吉，楊光華，張玉成，等.孔壓靜力觸探試驗用于港珠澳大橋工程土層劃分的實例分析[J].廣東水利水電，2012(7)：1 - 2.