靜力觸探在巖土工程勘探中的應用

黃啟義

（凱里市巖土勘察設計有限公司　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入土壤中，利用探針中的探測器記錄探針的穿透阻力，根據測量探針的阻力大小間接確定土壤的物理和機械性能。適用于該探測技術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　靜力觸探技術在巖土應用中的優勢

靜力觸探測試屬于現場測試技術，具有連續、快速、準確的優點。它可以測量現場土壤的穿透阻力，并且可以通過測量穿透阻力和土壤物理力學指標之間的經驗關系來推算。現場土壤的物理力學性質處于原始結構和應力狀態。對于土層的垂直變化，常規的勘探方法（如鉆井等）具有獨特的優勢，不易取樣測試土層，如泥沙、砂土等。靜態穿透技術最早于1934年發明。靜力觸探探針首先在荷蘭研發。在20世紀60年代，中國引進了這項技術并進行了開發。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。

靜力觸探技術應用非常廣泛，特別是巖土工程原位測量。采用靜力觸探技術可以連續記錄地層數據，清晰揭示地層和土層，很好的反映巖土的結構特征和工程參數，為樁基設計和施工提供更簡潔直觀的指導，有效改善勘察效果的精度。另外，采用靜力觸探技術作為試驗方法對圍巖的影響不大，并且對基礎土層的致密性和強度沒有較大影響。另外，靜力觸探測試的特點還在于其具有多功能性和靈活性。通過對現場數據和土層的觀察和勘察，可以更加清楚地掌握地質層次。還可以反映粉土和砂土的致密性、粘性土的狀態、地層基礎的承載力、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。因此廣泛應用于巖土工程勘察。靜力觸探技術在國內得到了很快地發展應用，在此基礎上吸收了國外的先進理念和科學方法，奠定了在巖土勘探應用的基礎。

3　靜力觸探技術在巖土應用中的不足

（1）靜態勘探試驗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化巖等硬地層，靜態勘探試驗無法正常進行。隨著現代高層建筑的比例越來越高，相應地基樁基的支護土層深度也越來越深。靜態勘探試驗由于受設備穿透能力的影響，試驗工作時，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，如通過反復打孔等輔助手段，雖然可以基本達到測試目的，但無疑增加了測試難度和成本。

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

（3）靜態測試通常要求使用380kV的工業用電進行測試，而這類用電一般難以滿足現場儀器的功率要求。如果使用自制發電機，成本很高。由于上述條件的限制，靜態測試通常被用作勘探的輔助測試。而且在市場經濟因素的制約下，隨著靜態勘探試驗輔助工具的增加，靜態勘探試驗的生產成本也相應增加，有的甚至超過了傳統鉆井技術的成本，限制了靜態檢測技術的應用和發展。

4　靜力觸探技術在巖土勘探中的應用

4.1　確定土層剖面和土的類別

在自然條件的影響下，地質土層在土樣密度和土層形態上都會存在一定的差異。在土層工程勘察中，采用靜力觸探技術可以有效對土層進行分層，區分軟土、粘性土、土壤、淤泥土和礫石等硬度較小的土層。在此基礎上，它也可以應用于其他勘探現場。靜力觸探技術是利用穿透阻力來反映土層測量應用中土壤的強度和變形特性，并根據穿透阻力對土壤進行分層。分層的依據是根據各種阻力參數大小和曲線形狀進行綜合分層。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。當測量探頭穿過第一層土壤到達第二層土壤時，探頭的阻力將受上層土壤和下層土壤的綜合影響，相應的測量數據會發生變化。在實際測量中，應根據靜力觸探深度和穿透阻力曲線繪制出土層的剖面圖，結合鉆孔資料，可采用對比法進行土壤分層，以提高勘探精度。

4.2　確定地基承載力

在測量土層基礎承載力時，可參考《建筑基礎地基設計規范》和《鐵路工程地質現場試驗規程》中的相關測量標準和計算公式。目前，普遍采用對比方法，運用國內外的多種測量方法進行綜合對比，即將靜態觸探技術所進行的荷載試驗得到的數據與相關標準進行比較，以獲得地基承載力的相關數據。

4.3　提供樁基設計參數

通過將靜態觸探測量探頭垂直向下插入地層進行靜態錐體穿透試驗，并且通過傳回的不同阻力信號進行巖土工程勘察，這與樁基的工作機理是相同的。所以靜力觸探技術可應用在樁基的設計，并為施工提供相關數據，如單樁承載力的計算、樁的承載力層的選擇等。在樁基設計參數的測量中，雙橋靜觸頭探測器比單橋精確得多，更適用于樁基礎的調查。

4.4　判定砂土液化的可能性

在巖土工程的勘察測量中，當測量場地由飽和砂土構成，抗震設防強度在Ⅶ～Ⅸ度范圍內時，應分析砂土液化的可能性，并對砂土液化破壞程度進行評估，提出相應的反液化措施和建議。查詢《巖土工程勘察規范》可知，可采用單一橋梁探頭或雙橋探頭靜電觸探試驗方法，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際液化比率和穿透阻力，或測量實際錐形頂端阻力、穿透阻力閾值或液化錐形頂端臨界值來區分。實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

靜力觸探技術可獲得土層相關數據和穿透阻力值，然后根據相應的規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。但是應該指出的是，這種方法只能粗略的測量土壤層的沉降變形。如果需要測量準確的變形數據，則必須對原地土壤進行取樣，并在實驗室進行嚴格的實驗。也只能簡單測定飽和軟粘土等硬度較小的變形數據。這就是靜力觸探技術在巖土勘探工程中的缺點所在。

5　結束語

靜力觸探技術具有操作簡單、可原地探測的優點。在飽和砂場、復雜地層、高靈敏度軟粘土地層等的勘測方面具有無可替代的優勢。然而，應用靜力觸探技術時，難以直接識別地層性質。另外，一些硬度較大的土壤層則需要通過鉆井技術來取樣測量。在具體應用過程中，由于各地巖土層結構差異較大，形成因素多元化，因此施工沒有統一的標準。在具體施工過程中，施工人員必須有效地結合周圍土壤的獨特力學性能，建立適用于當地巖土層的測量標準，以確保在復雜地形條件下調查結果的準確性。

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