当前静力触探及动力触探的发展前景分析

杨建雪

摘 要： 自我国于1964年首创了电测静力触探技术以来，静力触探技术发展解决了大量的岩土原位测试问题， 在工程中取得了重大的技术经济效益。本文简要介绍了国内外静力触探现状，详细分析了触探技术的发展前景，

关键字： 静力触探；动力触探；发展前景分析

前言

准确的判断土体、特别是软弱地基的工程特性， 对建筑物基础的设计至关重要， 统计资料表明： 建筑物地下部分所占费用是整个工程投资的1/3左右。因此， 掌握地基本身特性并为工程设计服务， 是工程设计人员所需要的。对于地基土特别是软弱地基土， 其勘探与测试方法主要有两类：（1）野外勘探， 主要有坑探、钻探、地球物理勘探等； （ 2） 原位测试， 包括静力触探（ CPT） 、标准贯入试验（ SPT ） 、野外十字板剪切试验（ FVT）、旁压试验等。

1 国内外静力触探现状

1. 1 国内静力触探现状

我国“单桥电阻应变式静力触探”发明后， 约在20世纪60 年代后期， 国际上出现了双桥电测静力触探探头， 测定锥头阻力qc和侧壁摩阻力fs ， “单桥”与“双桥”在电阻应变传感方面并无技术上的难易之分。在20世纪70 年代初得知国际上出现了双桥电测静探探头后，国内也有人曾研制了双桥探头， 并在1982 年巴黎召开的第2 届欧洲触探测试会议上介绍了我国的特殊结构形式的单桥与双桥探头， 得到与会专家的赞赏， 但由于单桥探头当时在我国已有十多年的历史， 且有规范遵循的实用经验， 所设计研制的双桥探头， 一方面由于缺乏实用经验， 另一方面对于所测的fs值究竟如何付诸实用， 一直困惑未决， 因此， 当时研制的双桥探头未能引起重视和推行。

2.2 国外静力触探现状

国外静力触探始于20 世纪40 年代， 其中最具代表性的是“荷兰深层静力触探”， 简称“荷兰锥” （ Dutchcone）， 1948 年在荷兰鹿特丹召开的第2 届国际土力学基础工程会议上， 被视为最有效测定锥头贯入阻力qc的深层测试方法。20 世纪60 年代后期， 辉固公司研制成功双桥静力触探仪。20 世纪70 年代末， 将孔隙压力传感器与电测静力触探仪结合起来， 命名为孔压静力触探（ CPTU） 。目前国际上通用的静力触探仪多采用荷兰辉固（ Fug ro） 式探头， 其特点是： 一是制造工艺高， 保证了电测传感的精度； 二是多功能性， 除了可测定锥尖阻力qc、侧摩阻力fs 和孔隙压力u 外， 还可以测定探杆的倾斜度、土体湿度、温度、波速、侧压力、电阻率及放射性等， 此外还能监测地下污染情况。

2 触探技术的发展前景

2.1 概 论

动力触探与静力触探都是一种用于第四纪土的经验性的定量或半定量测试手段。它的应用不是靠理论分析其力学机理去求得解析解， 而是靠具体的经验积累建立起来的回归关系。在这方面最有代表性的就是标准贯入试验（ SPT） ， 它是目前国际上广泛使用和认同的触探技术。

但是， SPT 的原始化问题显而易见： 1） N 值本身是个非物理量， 在国内外利用N 值可以求得许多岩土工程参数， 尤其是在日本可用N 值求得土的各项物理力学指标， 有“ 一锤定天下”之说； 2） SPT 试验过程引进大量的系统误差和偶然误差， 其中最主要的是探杆随着试验深度加长后产生的冲击挠曲变形、探杆与孔壁摩擦、杆间松脱， 以及能量损耗等未知因素。因此自70 年代泛美国际土力学基础工程会议开始， 国际上对“标准贯入非标准化”问题， 舆论哗然 ， 对于N 值是否需进行杆长修正问题， 也是各行其是。笔者也曾试图在标贯杆上设计安装冲击能的传感器， 通过测定反馈能量对N 值进行定量修正。但由于上述各种误差相互积累或抵消的影响， 终无规可循。然而， SPT 并未由于上述情况而削弱其在岩土工程实践中的广泛应用， 且已成为最具国际性的测试手段。

2.2 触探的“多功能化”问题

触探在英文术语上曾由40 年代的“sounding”转变为现今的“penetration0”， 直译为“贯入试验”， 它的功能本来就局限于此。但在不断发展中， 人们想藉此“贯入”土层深部的机会， 争取测得更多的参数信息， 这就产生了兼测孔压的孔压静力触探以及兼测其他参数的探索。在触探头内加设一个或二个加速度传感器， 从地面上激振， 从而形成了“下孔法”波速测定的静力触探。笔者也曾在自钻式横压仪的研制中， 安装过两向的加速度计， 成功地用下孔法和跨孔法测求到径向、轴向及切向的纵横波速， 根据广义的虎克定律推算出土的各向异性参数， 将横向的变形模量和刚度转变为竖向参数， 以供设计使用 。但需指出， 上述的多功能化已经超出触探试验的范畴。曾有学者试图将孔压静力触探与单桥静力触探进行对比， 实际上两者之间不存在对比的基础。如欲520 岩 土 工 程 学 报 2000 年比较孔压的测定， 可以很容易地在单桥探头筒内安装一个孔压传感器， 比较两者的测试精度及仪器的防水耐用性。如就两者作为触探贯入试验本身的功能对比， 显然单桥静力触探拥有我国各种有关规范及各地区规定的经验公式， 这是任何国外其他静力触探所无法比拟的。笔者认为“多功能性”对于任何一项手段显然是极其可贵的， 因为它可以“一举数得”。利用触探设备与贯入过程， 兼测多项参数， 也是原位测试技术的发展方向， 但单就触探技术本身的发展而言， 严格地讲， 与其说要“多功能性”， 不如说要“多用性”。

2.3 孔压静力触探的改进与应用

根据笔者的实践经验， 孔压静力触探存在以下问题影响其实用性： 1） 透水孔的位置及形状不同， 所得结果各异， 因此需要标准化； 2）孔压消散曲线人为归一化之后并不能真实反映土的固结度， 因此需要通过正规的固结试验检验其t 50 值；3）所推算的水平固结系数Ch 不能用于计算地基竖向固结速率； 4）滤水板材料规格及其透水性的率定均需标准化。因此， 如欲使由孔压静力触探所得的孔压消散曲线真正用于设计， 必须针对土的沉积相、物质成分和结构特征， 积累经验数据， 通过回归分析建立经验关系式方可实现。

2.4 单桥、双桥探头的改进

静力触探最常出现的问题是触探孔不可避免的偏斜。这是由于垂直贯入的过程中不具有象回转钻探那样的平面轴对称的切削力之故。如静探孔偏斜十多度， 在地面上却难以发现， 它不仅歪曲了实测深度（ 这对桩基设计尤为重要） ， 而且经常导致触探杆接头处折断。因此， 在探头中加设测斜传感器是当务之急。英国的经验值得借鉴： 在英国国家标准BS 5930（ 1981） 中规定了两种静力触探探头， 一种是仅测锥尖阻力qc兼测孔斜的， 另一种是我们所谓的双桥探头， 由此可以看出， 静探测斜是保证静探精度， 防止探杆折损的必要条件。

3、 结语

（1）随着科学技术的发展， 触探技术也日趋成熟并不断向多功能化方向发展， 这使得触探测试更方便、快捷， 测试数据更可靠， 应用范围更广泛。

（2）虽然现在各国的触探标准不同， 但触探国际标准化是必然趋势。

（3）我国触探技术也应逐步采用国际通用的触探技术， 尽快与国际接轨。

参考文献

[1] 王钟琦， 朱小林， 等. 岩土工程测试技术[ M] . 北京： 中国建筑出版社， 1986.

[2] 张诚厚， 施健， 戴济群. 孔压静力触探试验的应用[ J] . 岩土工程学报， 1997， 19.