靜力觸探技術在巖土工程勘察中的應用

張旭成　劉平　白亞楠

【摘??要】目前，我國的綜合國力顯著加強，社會在不斷進步，巖土勘察工作在目前的工程建設中發揮著重要的作用，因為巖土勘察能夠獲得更加詳細、準確的地質結構資料，這對于工程設計以及施工有重要的意義。從現階段的工程實踐來看，工程的規模在不斷的擴大，質量要求也在不斷的提升，這對巖土勘察工作提出更高的要求，所以在巖土勘察實踐中需要積極的引入新技術、新方法。靜力觸探試驗在巖土工程勘察中的利用效果明顯，積極的分析其具體應用，對于勘察結果質量提升有顯著的作用，所以文章就靜力觸探試驗在巖土工程勘察中的具體應用做分析，也在為實踐提供幫助。

【關鍵詞】靜力觸探試驗;巖土工程;勘察

引言

靜力觸探（CPT）是利用靜力將探頭以一恒定的貫入速率壓入土層中，利用探頭內的電子量測器將探頭受到的貫入阻力記錄下來，根據測定的探頭阻力大小來間接判定土的物理、力學性質。適于應用該技術的土層主要有飽和軟粘土、一般粘性土、粉土、砂土、坡殘積土等。靜力觸探屬于原位測試技術，具有連續、快速、精確的優點，可現場測得場地土層的貫入阻力指標，通過量測的貫入阻力與土層物理力學指標的經驗關系可了解場地土層處于原始結構與應力狀態下的有關物理、力學性質，對于土層豎向變化復雜，常規勘探手段（如鉆探等）不易取樣進行試驗的土層，如粉土、砂土等地層，尤其具有獨特的優越性。靜力觸探技術最早發明于1934年，在荷蘭首先研制出靜力觸探儀，我國在20世紀60年代引入該技術，并加以發展。目前在我國應用較多的靜力觸探方法主要有單橋靜力觸探、雙橋靜力觸探以及孔壓靜力觸探（CPTU）三種方法，其中又以單橋靜力觸探及雙橋靜力觸探為主。

1靜力觸探技術的特征

靜力觸探最為顯著的優點就是不會破壞土層就可以分析土層內部的特性。這是與傳統取樣方法相比最為顯著的優點，因為以往的取樣方式會存在一定的負面影響，傳統取樣會破壞土層的含水層，使土層應力發生變化。這樣產生的數據就可能會出現數據失真，而靜力觸探則不會破壞土層，傳統取樣方式不適用于松散沉積地層，而靜力觸探則能夠很好地運用到松散沉積地層。尤其體現在軟粘性土、飽和沙土、粉土層中。靜力觸探技術還具備著操作便捷性強、精確度高、能夠連續操作等優點，這主要得益于計算機的數據處理功能，通過計算機進行數據處理，能夠有效地保障數據的精確度、減少人的工作量，確保工作能夠連續進行。但是靜力觸探技術也存在著一定的局限性，因為靜力觸探技術的基礎是原位測試技術，這種技術限制了靜力觸探技術無法直觀的觀察土層。如果想要對土體全面的進行分析，僅僅依靠靜力觸探技術是難以達成的，還需要運用鉆探取樣等技術進行配合。除此之外，如果靜力觸探技術的測試土層深度不小于80m，便無法保證結果的精確度。而且雖然靜力觸探技術對于松散沉積地層而言有著極強的適應性，但是對于密實砂層、碎石土層、礫石土層而言，適應性則表現較差。

2靜力觸探技術在巖土工程中的應用

2.1判別土層剖面及土層的類型

在自然界當中各個因素的影響之下，土層不管是密度還是形態都會產生一定差異性，應用靜力觸探技術可以對土層進行分層處理，因此也就可以在巖土工程勘察工作進行的過程當中，較為有效地將軟土、粘性土以及粉土判別出來，除去上文中所說的這種作用之外，也能夠對其他各個要素進行分析。靜力觸探技術實際應用的過程當中，會通過貫入阻力將地基土的強度及變形性質呈現出來，將貫入阻力的不同性作為依據完成土體分層工作，分層過程中的依據是阻力大小和曲線形狀。假如說阻力比較小、摩擦阻力比較大以及曲線變化比較小的曲線段實際代表的土層是粘土層;阻力比較大、曲線變化速度快的是砂土層。當探頭從第一層貫入到第二層土的過程當中，探頭阻力遭受到上下土層影響的情況下會發生一定變化，相應的數據自然也會發生一定變化。在靜力觸探技術實際應用的過程當中，應當將靜力觸探深度以及貫入阻力曲線作為依據來將土層的力學剖面圖描繪出來，并依據鉆探資料當中的標注完成土層劃分工作，在此基礎上就可以對勘探工作的精準性做出一定保證。

2.2劃分土層及土類判別

首先，靜力觸探試驗在劃分土層以及土類判別中有重要的作用。從具體的資料分析可知，土質不同，其軟硬程度會有明顯的差別，在試驗中，探頭在不同的土層間所受的阻力也會發生明顯的不同。靜力觸探試驗在過程中會有一個重要的參考指標，即貫入阻力，基于貫入阻力的不同，加之力學特性的分析，可以將鉆探的結果和試驗的結果進行對比，基于對比可以對土層以及土類做更加具體的甄別。簡言之，利用靜力觸探試驗對土層和土類進行判別，對于土層以及土類的認知會更加清楚。

2.3旁壓靜力觸探儀（CPT-PMT）

在電測靜力觸探儀的基礎上附加一套旁壓試驗的裝置，在進行靜力觸探的同時，也同時完成試驗深度相關地層的旁壓試驗。旁壓試驗（PMT）是另一種常用原位測試技術，為一種原位的橫向載荷試驗裝置。該技術可量測試驗位置通過設備配備的壓力膜施加于周邊土的壓力和土變形之間的關系，進而對孔周所測土體的承載力、變形等性質進行評價。旁壓靜力觸探儀同時可做靜探與旁壓試驗，提供的數據包括：錐頭阻力、側壁摩擦力、孔隙水壓力、固結系數和旁壓曲線等，因此，這種儀器有時也稱全變形靜力觸探旁壓儀。

2.4能夠對砂土液化的可能性加以判別

通常在進行巖土工程勘察工作時，會在場地出現分布飽和狀態砂土，抗震設防烈度設置到7度～9度時，能夠準確的判別砂土是否發生液化反應。這就意味著能夠對砂土的液化情況進行判定，并根據實際的危害程度，采取一定的預防措施。在實際應用靜力觸探技術時，能夠準確地對15m深度范圍內的粉土、飽和砂土的液化程度進行判定。具體操作流程就是計算液化比貫入阻力、錐尖阻力，將其比較，如果錐尖阻力大于液化比貫入阻力，那么這個土層就是液化土，反之則為非液化土。

2.5帶測斜探頭與測斜儀系統的靜力觸探儀

受靜力觸探所用的探桿剛度的限制，探桿在貫入土層中會產生一定的自由撓度，特別是遇到較硬的地層，如遇到較密的砂層或含卵礫石的土層時，探頭的錐尖必然會順勢尋找薄弱貫入方向而偏離垂直狀態，不可避免產生了傾角偏斜，這樣在量測深度上將產生較大的誤差，深度越大，誤差也越大，嚴重時還可能發生探桿折斷。在靜探頭內安裝一個全方位的傾角測量傳感器，測量系統能測出觸探頭的傾角度及傾斜方位，也就能修正因探桿偏斜產生的斜邊誤差，從而避免產生量測深度的偏差。

結語

靜力觸探技術的本質是原位測試技術，其廣泛的應用在我國的巖土工程領域。靜力觸探技術能夠在工程項目建設時，準確并且真實的反映巖土的相應特征，并且反映工程建設的相應參數。因此利用靜力觸探技術能夠提升工作效率、減少工作時間、提升工程質量。近年來靜力觸探技術得到了一定程度的發展，我國的靜力觸探技術也吸收了許多國外先進的理論知識，對靜力觸探技術進一步的加以完善。對于以往靜力觸探技術中所存在的局限性，也逐漸的加以改進。在未來靜力觸探技術的作用能夠得到進一步的發展，從而更好地應用到巖土工程勘察中去，提升勘察的精準度。

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（作者單位：中國冶金地質總局內蒙古地質勘查院）