静力触探在岩土工程勘探中的应用

黄启义

（凯里市岩土勘察设计有限公司　贵州凯里　556000）

1　引言

静力触探（CPT）是指利用静力将探针不断穿透进入土壤中，利用探针中的探测器记录探针的穿透阻力，根据测量探针的阻力大小间接确定土壤的物理和机械性能。适用于该探测技术的土层主要有饱和软粘土，一般粘性土、淤泥土、砂土、坡渣土等。

2　静力触探技术在岩土应用中的优势

静力触探测试属于现场测试技术，具有连续、快速、准确的优点。它可以测量现场土壤的穿透阻力，并且可以通过测量穿透阻力和土壤物理力学指标之间的经验关系来推算。现场土壤的物理力学性质处于原始结构和应力状态。对于土层的垂直变化，常规的勘探方法（如钻井等）具有独特的优势，不易取样测试土层，如泥沙、砂土等。静态穿透技术最早于1934年发明。静力触探探针首先在荷兰研发。在20世纪60年代，中国引进了这项技术并进行了开发。目前我国使用的静力触探穿透的方法主要有三种：单桥静力渗透、双桥静力渗透和静力渗透检测。

静力触探技术应用非常广泛，特别是岩土工程原位测量。采用静力触探技术可以连续记录地层数据，清晰揭示地层和土层，很好的反映岩土的结构特征和工程参数，为桩基设计和施工提供更简洁直观的指导，有效改善勘察效果的精度。另外，采用静力触探技术作为试验方法对围岩的影响不大，并且对基础土层的致密性和强度没有较大影响。另外，静力触探测试的特点还在于其具有多功能性和灵活性。通过对现场数据和土层的观察和勘察，可以更加清楚地掌握地质层次。还可以反映粉土和砂土的致密性、粘性土的状态、地层基础的承载力、砂土的液化性和桩的承载力。作为一种高效的原地测试方法和勘探手段，静力触探测试不仅可以大大减少抽样样品的数量，而且可以有效提高勘察效率，缩减巡检周期，具有明显的勘探效果。因此广泛应用于岩土工程勘察。静力触探技术在国内得到了很快地发展应用，在此基础上吸收了国外的先进理念和科学方法，奠定了在岩土勘探应用的基础。

3　静力触探技术在岩土应用中的不足

（1）静态勘探试验主要适用于一般粘土、砂土、粉土等。这类土层的承载能力较差，一般为中等。因此对于中高层建筑的砾石层或岩石风化岩等硬地层，静态勘探试验无法正常进行。随着现代高层建筑的比例越来越高，相应地基桩基的支护土层深度也越来越深。静态勘探试验由于受设备穿透能力的影响，试验工作时，施工桩端的承受力很难完全满足探测孔的深度要求。即使配合其他勘探方法，如通过反复打孔等辅助手段，虽然可以基本达到测试目的，但无疑增加了测试难度和成本。

（2）城市建设物一般位于较繁华的地区。浅层地表一般由混凝土地面和旧地基组成，导致反应锚的施工不能按照静态勘探施工，或施工后由于反作用力不足，会对设备产生破坏，影响其渗透能力。

（3）静态测试通常要求使用380kV的工业用电进行测试，而这类用电一般难以满足现场仪器的功率要求。如果使用自制发电机，成本很高。由于上述条件的限制，静态测试通常被用作勘探的辅助测试。而且在市场经济因素的制约下，随着静态勘探试验辅助工具的增加，静态勘探试验的生产成本也相应增加，有的甚至超过了传统钻井技术的成本，限制了静态检测技术的应用和发展。

4　静力触探技术在岩土勘探中的应用

4.1　确定土层剖面和土的类别

在自然条件的影响下，地质土层在土样密度和土层形态上都会存在一定的差异。在土层工程勘察中，采用静力触探技术可以有效对土层进行分层，区分软土、粘性土、土壤、淤泥土和砾石等硬度较小的土层。在此基础上，它也可以应用于其他勘探现场。静力触探技术是利用穿透阻力来反映土层测量应用中土壤的强度和变形特性，并根据穿透阻力对土壤进行分层。分层的依据是根据各种阻力参数大小和曲线形状进行综合分层。例如，土层阻力小、摩擦阻力大、水压过大、曲线变化小所代表的多为粘土；如果土层阻力大、摩擦阻力小、水压过小、曲线变化较快为锯齿状，主要代表沙子。当测量探头穿过第一层土壤到达第二层土壤时，探头的阻力将受上层土壤和下层土壤的综合影响，相应的测量数据会发生变化。在实际测量中，应根据静力触探深度和穿透阻力曲线绘制出土层的剖面图，结合钻孔资料，可采用对比法进行土壤分层，以提高勘探精度。

4.2　确定地基承载力

在测量土层基础承载力时，可参考《建筑基础地基设计规范》和《铁路工程地质现场试验规程》中的相关测量标准和计算公式。目前，普遍采用对比方法，运用国内外的多种测量方法进行综合对比，即将静态触探技术所进行的荷载试验得到的数据与相关标准进行比较，以获得地基承载力的相关数据。

4.3　提供桩基设计参数

通过将静态触探测量探头垂直向下插入地层进行静态锥体穿透试验，并且通过传回的不同阻力信号进行岩土工程勘察，这与桩基的工作机理是相同的。所以静力触探技术可应用在桩基的设计，并为施工提供相关数据，如单桩承载力的计算、桩的承载力层的选择等。在桩基设计参数的测量中，双桥静触头探测器比单桥精确得多，更适用于桩基础的调查。

4.4　判定砂土液化的可能性

在岩土工程的勘察测量中，当测量场地由饱和砂土构成，抗震设防强度在Ⅶ～Ⅸ度范围内时，应分析砂土液化的可能性，并对砂土液化破坏程度进行评估，提出相应的反液化措施和建议。查询《岩土工程勘察规范》可知，可采用单一桥梁探头或双桥探头静电触探试验方法，来判断地表以下15m处饱和砂土或粉土的液化程度。液化土壤和非液化土壤是通过测量实际液化比率和穿透阻力，或测量实际锥形顶端阻力、穿透阻力阈值或液化锥形顶端临界值来区分。实际液化比率小于穿透阻力则是液化土壤，反之亦然，为非液化土壤。

4.5　判定土的变形指标

静力触探技术可获得土层相关数据和穿透阻力值，然后根据相应的规范手册可确定土体的压缩模量和变形模量，从而确定土体得变形指数。但是应该指出的是，这种方法只能粗略的测量土壤层的沉降变形。如果需要测量准确的变形数据，则必须对原地土壤进行取样，并在实验室进行严格的实验。也只能简单测定饱和软粘土等硬度较小的变形数据。这就是静力触探技术在岩土勘探工程中的缺点所在。

5　结束语

静力触探技术具有操作简单、可原地探测的优点。在饱和砂场、复杂地层、高灵敏度软粘土地层等的勘测方面具有无可替代的优势。然而，应用静力触探技术时，难以直接识别地层性质。另外，一些硬度较大的土壤层则需要通过钻井技术来取样测量。在具体应用过程中，由于各地岩土层结构差异较大，形成因素多元化，因此施工没有统一的标准。在具体施工过程中，施工人员必须有效地结合周围土壤的独特力学性能，建立适用于当地岩土层的测量标准，以确保在复杂地形条件下调查结果的准确性。

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