SMP+CPTU孔压静力触探试验简述

汤明礼，俞炯奇，姚永新

（1.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 问题的提出

静力触探试验是在竖直方向上利用压力装置把静力触探探头按一定的速率压入土层中，利用探头安装的传感器，通过自动采集仪来存储贯入过程所得到的各种数据[1]，通过数据分析可判别地基土的各种参数，例如土体分类、土的物理性质、土的强度等[2]。静力触探按测量机理分为：机械式静力触探和电测式静力触探。电测式静力触探是应用最广的一种原位测试技术，兼有勘探与测试双重作用，具有测试快速、连续、效率高、功能多的优点，测量成果自动化程度较高，在实际工程项目中的应用越来越广泛[3]。

孔压静力触探试验（CPTU）是20 世纪70 年代末在国际上兴起的一种新型原位测试技术，它是在静力触探贯入仪的探头中安装上透水石及量测孔隙水压力的传感元件，可同时量测锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力[4]。

2 仪器概况

荷兰Geomil设备有限公司成立于1932年，是全球第一个生产静力触探设备的厂家，为全球首选的静力触探设备制造商。经过80多年的发展，Geomil公司拥有了非常优秀的经验和技巧，可生产符合高质量标准的探头、测量装置、数据采集系统、软件和控制系统。

本文根据温州及温岭的现场静力触探试验，详细介绍探头的组装及试验过程，采用的探头为Geomil公司生产的SMP + CPTU探头。探头的精度高、稳定性好，但组装和维护较为繁琐，国内相似试验较少。

3 前期准备及试验过程

3.1 探头组装及仪器连接

SMP + CPTU探头为1个土壤湿度探头（SMP探头）和1个孔压静力触探探头（CPTU探头）组合而成，在试验过程中可同时测量锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力及土体介电常数等参数。由于SMP探头和CPTU探头是通过内部的6芯电缆相连，在二者连接前需先将其中1个探头连接线缆反向转动15圈，然后二者连接（见图1及图2），转动探头并拧紧（见图3及图4）。

图2 电缆连接图

图3 探头连接图

图4 探头拧紧图

在进行现场试验前，需进行室内安装连接调试，分别将笔记本电脑、数据采集仪、SMP接线盒及探头进行组装（见图5）。连接过程中需要注意针数不同的电缆线必须插入相应针数的孔中，同时在试验过程中注意防水，试验结束拆卸仪器时注意防止杂质泥土进入电缆针孔中。

图5 仪器组装图

3.2 探头饱和及密封

在正式试验开始前需要将CPTU探头和透水石进行真空饱和12 h，一般采用甘油进行饱和，饱和过程见图6。

孔压系统的饱和是保证正确测量孔隙水压力的关键。如果探头未进行饱和，则在试验过程中部分孔隙水压力会在传递过程中消耗在压缩空气上，空气压缩后又有一部分水进入探头，测定的孔隙水压力数值与真实值有偏差。

饱和完成后需要用密封套将探头进行密封，防止空气进入探头及透水石，影响试验过程中孔隙水压力的测定，密封后的探头见图7。

图6 探头及透水石饱和图

3.3 现场试验

现场试验时先将探头与静力触探车上的夹具连接好，安装深度编码器，可进行自动记录深度（见图8）。

准备开始试验时，打开试验软件完成设定，将探头锥尖离开地面悬空设定零点，完成设置后进行试验。采用液压装置将探杆贯入土中，同时时刻注意测试软件中各指标数值变化，超过临界值及时停止试验，防止触碰土体中的碎石，现场接杆操作见图9。试验过程中保证探杆匀速贯入，贯入速度维持在20 ～ 30 mm/s，同时保证探杆垂直贯入，防止倾斜角度过大影响试验结果、损伤探头。

图8 深度编码器图

图9 现场接杆图

3.4 孔隙水压力消散试验

孔隙水压力消散试验应在地下水位以下土体中进行，当贯入至预定深度时，停止贯入，在停止贯入的同时立即开始消散试验，孔隙水压力的消散速度取决于该土层的渗 透性。孔隙水压力消散曲线见图10。

图10 孔隙水压力消散曲线图

3.5 试验终止及后处理

当达到预定的贯入深度或测得的数据达到临界值时，及时停止试验，并将探头拔出，待探头锥尖离地悬空时，通过采集软件进行确认，试验正常结束（如未进行最后确认，试验属于异常完成，储存的数据将不完整）。完成试验后应及时将探头拆卸、清洗干净，同时进行室内保养。

试验数据及时进行处理，根据各指标的变化规律可进行：①对地基土进行土层土类划分；②求天然地基承载力；③推定土的物理力学性质指标；④求解土的固结系数、渗透系数及不排水抗剪强度等；⑤评价砂土和粉土的地震液化；⑥检验压实填土的质量及强夯效果；⑦进行浅基础的沉降及单桩竖向承载力计算。

4 结 论

（1）Geomil公司生产的SMP + CPTU探头精度高、稳定性好，进行静力触探试验在组装探头和仪器时需严格按照厂家提供的操作流程，同时注意各电缆不同针数的插孔，试验时注意防水防尘；

（2）在进行孔隙水压力消散时，需要提前将探头及透水石进行饱和，饱和完成后需进行密封处理，保证试验过程中孔隙水压力的准确性；

（3）试验过程中应垂直均匀贯入，贯入速率保持在20 ～ 30 mm/s，同时注意各指标数值变化。

（4）静力触探成果可用于地基土层的分类及划分，确定土体的物理力学特性等，具有较好的工程应用性。

[1] 刘彬.静力触探的机理研究[D].天津：天津大学建筑工程学院，2011.

[2] 罗金满，刘伟.静力触探在岩土工程勘察中的应用[J].施工技术，2012(41)：14 - 18.

[3] 付超.浅析静力触探试验的发展及应用[J].四川建材，2011(4)：67 - 68.

[4] 李德吉，杨光华，张玉成，等.孔压静力触探试验用于港珠澳大桥工程土层划分的实例分析[J].广东水利水电，2012(7)：1 - 2.