黃啟義

（凱里市巖土勘察設(shè)計有限公司　貴州凱里　556000）

1　引言

靜力觸探（CPT）是指利用靜力將探針不斷穿透進(jìn)入土壤中，利用探針中的探測器記錄探針的穿透阻力，根據(jù)測量探針的阻力大小間接確定土壤的物理和機(jī)械性能。適用于該探測技術(shù)的土層主要有飽和軟粘土，一般粘性土、淤泥土、砂土、坡渣土等。

2　靜力觸探技術(shù)在巖土應(yīng)用中的優(yōu)勢

靜力觸探測試屬于現(xiàn)場測試技術(shù)，具有連續(xù)、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。它可以測量現(xiàn)場土壤的穿透阻力，并且可以通過測量穿透阻力和土壤物理力學(xué)指標(biāo)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來推算。現(xiàn)場土壤的物理力學(xué)性質(zhì)處于原始結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)。對于土層的垂直變化，常規(guī)的勘探方法（如鉆井等）具有獨(dú)特的優(yōu)勢，不易取樣測試土層，如泥沙、砂土等。靜態(tài)穿透技術(shù)最早于1934年發(fā)明。靜力觸探探針首先在荷蘭研發(fā)。在20世紀(jì)60年代，中國引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)并進(jìn)行了開發(fā)。目前我國使用的靜力觸探穿透的方法主要有三種：單橋靜力滲透、雙橋靜力滲透和靜力滲透檢測。

靜力觸探技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，特別是巖土工程原位測量。采用靜力觸探技術(shù)可以連續(xù)記錄地層數(shù)據(jù)，清晰揭示地層和土層，很好的反映巖土的結(jié)構(gòu)特征和工程參數(shù)，為樁基設(shè)計和施工提供更簡潔直觀的指導(dǎo)，有效改善勘察效果的精度。另外，采用靜力觸探技術(shù)作為試驗(yàn)方法對圍巖的影響不大，并且對基礎(chǔ)土層的致密性和強(qiáng)度沒有較大影響。另外，靜力觸探測試的特點(diǎn)還在于其具有多功能性和靈活性。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)和土層的觀察和勘察，可以更加清楚地掌握地質(zhì)層次。還可以反映粉土和砂土的致密性、粘性土的狀態(tài)、地層基礎(chǔ)的承載力、砂土的液化性和樁的承載力。作為一種高效的原地測試方法和勘探手段，靜力觸探測試不僅可以大大減少抽樣樣品的數(shù)量，而且可以有效提高勘察效率，縮減巡檢周期，具有明顯的勘探效果。因此廣泛應(yīng)用于巖土工程勘察。靜力觸探技術(shù)在國內(nèi)得到了很快地發(fā)展應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上吸收了國外的先進(jìn)理念和科學(xué)方法，奠定了在巖土勘探應(yīng)用的基礎(chǔ)。

3　靜力觸探技術(shù)在巖土應(yīng)用中的不足

（1）靜態(tài)勘探試驗(yàn)主要適用于一般粘土、砂土、粉土等。這類土層的承載能力較差，一般為中等。因此對于中高層建筑的礫石層或巖石風(fēng)化巖等硬地層，靜態(tài)勘探試驗(yàn)無法正常進(jìn)行。隨著現(xiàn)代高層建筑的比例越來越高，相應(yīng)地基樁基的支護(hù)土層深度也越來越深。靜態(tài)勘探試驗(yàn)由于受設(shè)備穿透能力的影響，試驗(yàn)工作時，施工樁端的承受力很難完全滿足探測孔的深度要求。即使配合其他勘探方法，如通過反復(fù)打孔等輔助手段，雖然可以基本達(dá)到測試目的，但無疑增加了測試難度和成本。

（2）城市建設(shè)物一般位于較繁華的地區(qū)。淺層地表一般由混凝土地面和舊地基組成，導(dǎo)致反應(yīng)錨的施工不能按照靜態(tài)勘探施工，或施工后由于反作用力不足，會對設(shè)備產(chǎn)生破壞，影響其滲透能力。

（3）靜態(tài)測試通常要求使用380kV的工業(yè)用電進(jìn)行測試，而這類用電一般難以滿足現(xiàn)場儀器的功率要求。如果使用自制發(fā)電機(jī)，成本很高。由于上述條件的限制，靜態(tài)測試通常被用作勘探的輔助測試。而且在市場經(jīng)濟(jì)因素的制約下，隨著靜態(tài)勘探試驗(yàn)輔助工具的增加，靜態(tài)勘探試驗(yàn)的生產(chǎn)成本也相應(yīng)增加，有的甚至超過了傳統(tǒng)鉆井技術(shù)的成本，限制了靜態(tài)檢測技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

4　靜力觸探技術(shù)在巖土勘探中的應(yīng)用

4.1　確定土層剖面和土的類別

在自然條件的影響下，地質(zhì)土層在土樣密度和土層形態(tài)上都會存在一定的差異。在土層工程勘察中，采用靜力觸探技術(shù)可以有效對土層進(jìn)行分層，區(qū)分軟土、粘性土、土壤、淤泥土和礫石等硬度較小的土層。在此基礎(chǔ)上，它也可以應(yīng)用于其他勘探現(xiàn)場。靜力觸探技術(shù)是利用穿透阻力來反映土層測量應(yīng)用中土壤的強(qiáng)度和變形特性，并根據(jù)穿透阻力對土壤進(jìn)行分層。分層的依據(jù)是根據(jù)各種阻力參數(shù)大小和曲線形狀進(jìn)行綜合分層。例如，土層阻力小、摩擦阻力大、水壓過大、曲線變化小所代表的多為粘土；如果土層阻力大、摩擦阻力小、水壓過小、曲線變化較快為鋸齒狀，主要代表沙子。當(dāng)測量探頭穿過第一層土壤到達(dá)第二層土壤時，探頭的阻力將受上層土壤和下層土壤的綜合影響，相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)會發(fā)生變化。在實(shí)際測量中，應(yīng)根據(jù)靜力觸探深度和穿透阻力曲線繪制出土層的剖面圖，結(jié)合鉆孔資料，可采用對比法進(jìn)行土壤分層，以提高勘探精度。

4.2　確定地基承載力

在測量土層基礎(chǔ)承載力時，可參考《建筑基礎(chǔ)地基設(shè)計規(guī)范》和《鐵路工程地質(zhì)現(xiàn)場試驗(yàn)規(guī)程》中的相關(guān)測量標(biāo)準(zhǔn)和計算公式。目前，普遍采用對比方法，運(yùn)用國內(nèi)外的多種測量方法進(jìn)行綜合對比，即將靜態(tài)觸探技術(shù)所進(jìn)行的荷載試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以獲得地基承載力的相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.3　提供樁基設(shè)計參數(shù)

通過將靜態(tài)觸探測量探頭垂直向下插入地層進(jìn)行靜態(tài)錐體穿透試驗(yàn)，并且通過傳回的不同阻力信號進(jìn)行巖土工程勘察，這與樁基的工作機(jī)理是相同的。所以靜力觸探技術(shù)可應(yīng)用在樁基的設(shè)計，并為施工提供相關(guān)數(shù)據(jù)，如單樁承載力的計算、樁的承載力層的選擇等。在樁基設(shè)計參數(shù)的測量中，雙橋靜觸頭探測器比單橋精確得多，更適用于樁基礎(chǔ)的調(diào)查。

4.4　判定砂土液化的可能性

在巖土工程的勘察測量中，當(dāng)測量場地由飽和砂土構(gòu)成，抗震設(shè)防強(qiáng)度在Ⅶ～Ⅸ度范圍內(nèi)時，應(yīng)分析砂土液化的可能性，并對砂土液化破壞程度進(jìn)行評估，提出相應(yīng)的反液化措施和建議。查詢《巖土工程勘察規(guī)范》可知，可采用單一橋梁探頭或雙橋探頭靜電觸探試驗(yàn)方法，來判斷地表以下15m處飽和砂土或粉土的液化程度。液化土壤和非液化土壤是通過測量實(shí)際液化比率和穿透阻力，或測量實(shí)際錐形頂端阻力、穿透阻力閾值或液化錐形頂端臨界值來區(qū)分。實(shí)際液化比率小于穿透阻力則是液化土壤，反之亦然，為非液化土壤。

4.5　判定土的變形指標(biāo)

靜力觸探技術(shù)可獲得土層相關(guān)數(shù)據(jù)和穿透阻力值，然后根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范手冊可確定土體的壓縮模量和變形模量，從而確定土體得變形指數(shù)。但是應(yīng)該指出的是，這種方法只能粗略的測量土壤層的沉降變形。如果需要測量準(zhǔn)確的變形數(shù)據(jù)，則必須對原地土壤進(jìn)行取樣，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)。也只能簡單測定飽和軟粘土等硬度較小的變形數(shù)據(jù)。這就是靜力觸探技術(shù)在巖土勘探工程中的缺點(diǎn)所在。

5　結(jié)束語

靜力觸探技術(shù)具有操作簡單、可原地探測的優(yōu)點(diǎn)。在飽和砂場、復(fù)雜地層、高靈敏度軟粘土地層等的勘測方面具有無可替代的優(yōu)勢。然而，應(yīng)用靜力觸探技術(shù)時，難以直接識別地層性質(zhì)。另外，一些硬度較大的土壤層則需要通過鉆井技術(shù)來取樣測量。在具體應(yīng)用過程中，由于各地巖土層結(jié)構(gòu)差異較大，形成因素多元化，因此施工沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在具體施工過程中，施工人員必須有效地結(jié)合周圍土壤的獨(dú)特力學(xué)性能，建立適用于當(dāng)?shù)貛r土層的測量標(biāo)準(zhǔn)，以確保在復(fù)雜地形條件下調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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