静力触探在岩土工程中的应用及其发展

李帅 陈大州

【摘要】文章首先介绍了静力触探技术的发展，并介绍了其在土类判别、力学分层、土体结构与微地貌单元等中的应用，以及在估算单桩承载力、沉桩阻力和确定地下人防与隐蔽物位置上的应用，并预测了静力触探技术的未来发展趋势。

【关键词】静力触探技术；岩土工程；技术应用；发展前景

在工程建设过程中，岩土工程原位测试的作用无可替代，在免除钻探、取样和运输等对岩土体原生结构扰动与原位应力释放上，作用尤为明显，可快速、准确获得反映岩土体结构的相关参数。而在这一应用中，静力触探是最为成熟与常用的技术之一。在本文中，笔者主要从静力触探的发展、在岩土工程中的应用及其发展等方面做了有益的分析与探讨。

一、静力触探技术的现状分析

1917年，静力触探最先应用到工程中，于瑞典铁路工程中率先应用，属于螺旋锥锥头式静力触探；1930年，尖锥试验出现，称之为荷兰静力触探；1948年，世界上第一个电测试探头被研制出来；1949年，电测探头在实验室内使用；1957年，世界上第一台能测侧阻力电测试探头出现；1965年，标准化的电测式探头出现[1]。随着美国与前苏联的加入，在月球勘察中，使用了自动记录静力触探仪。在新型静力触探仪不断涌现的情况下，收到了世界范围内的高度重视。

而在我国，1954年，静力触探技术在黄土地区开展了试验研究；1964年，我国第一台电测式触探仪成功研制；1965年，我国自主研发的电阻应变式静力触探仪研制出来，成为我国后来静力触探技术发展的坚实基础；1967年，我国成功研制出机械传动静力触探仪；1969年，双缸油压静力触探被研制出来，为我国静力触探提供了方向[2]。

二、静力触探技术在岩土工程中的应用

在工程地质研究、评价中，静力触探的应用非常广泛，比如在土类判别、粘性土不排水抗剪强度、砂土液化判别等中均得到了良好的应用。而近年来，在粘性土稠度状态、砂土密实度、估算土强度参数和评定土应力等方面，均得到了良好的应用。

（一） 在土地特征与微地貌单元中的应用

在地貌单元的划分与判断上，主要是按照地层结构分布特点、地貌形态与地形标高等。而在河流阶地类型的判断上，主要是依靠地层结构分布特点，从而可为评价场地工程地质条件提供帮助[3]。

图1为某市区河漫滩与河流1、2级阶地的土層静力触探Ps值曲线图，根据曲线图判断地层结构为内叠阶地。按照下面的曲线图，可清晰反映土层剖面。根据曲线图，上部为新统土层，下层为新统地层。

图1

（二）在粉土桩端持力层界线中的应用分析

如果场地分布着饱和砂粉土，则抗地震液化、稳定性与强度等，均无法满足建设的要求，因此需要采用桩基工程。在桩基工程建设中，选择持力层，以及在运送预制基桩过程中，需要穿过砂层，可能遇到的问题为沉桩困难。如果桩基无法到位，承载力无法满足建设的要求，则可能会损坏打桩设备。而在这种情况下，静力触探在确定粉土桩端持力层界线中可发挥关键性作用，准确确定桩端持力层的位置。

（二） 在地下人防与隐蔽物位置确定中的应用

1970年代开始，中国许多城市均修建了地下人防坑道，但是随着时代变迁与一些历史原因，不少的古墓、古井等隐蔽物的位置无法准确确定。而准确弄清这些历史遗迹的位置，对于工程建设很有帮助。在资料不完整的情况下，按照某些地下隐蔽物的特征，使用静力触探技术，能够短时间内准确确定它们的空间位置，从而为工程的设计和施工提供有价值的数据资料[4]。

（三） 在泥质软岩中风化带界线确定中应用分析

新生代红色泥质砂岩的埋藏深度较浅，而且厚度较大，往往作为一些重大工程的桩基持力层。比如某市的红色泥质砂岩，埋藏深度为15m～25m，通常为中厚-巨厚层状，泥质胶结，作为了高层建筑与市政桥梁桩基的持力层。由于强度比较低，红色泥质砂岩的各个风化带界线不清晰，给中风化带划分增加了很大的难度。

（四） 在砂土液化判断中的应用分析

在判断砂土液化中，静力触探也有着很高的价值。在中小工程中利用静力触探来判断砂土液化情况，能够降低勘察成本，并缩短勘察周期，在河流沿岸饱和砂土地震液化的判断中，有着良好的应用。

一、 静力触探技术的新发展分析

目前，在传统静力触探基础上，在探头上加上各种传感器，便可形成新型静力触探技术，主要包括以下几个类型：

（一） 孔隙水压力静力触探测试分析

孔隙水压力静力触探技术是一种组合技术，把测孔隙水压力传感元件与标准静力触探相结合，在测量侧壁摩擦阻力与锥尖阻力时，可同时测量土的孔隙水压力。而在停止贯入时，可测量超孔隙水压力的消散，最终直到能够达到稳定的静止孔隙水压力。

静力触探探头贯入土中产生的超孔隙水压力，是一个包含多种元素的函数，包括土的强度、土的排水性能、土的变形等。这一类组合技术被列入了国家原位测试规范之中。

（二） 波速静力触探技术分析

波速静力触探测试（SCP-TU）是指在电测静力触探仪基础上，加上一套标准的测量波速装置，也就是在静力触探的探头上，再安上一个三分量检波器，并使用检层法来测试，从而可以获得波速与静探两种数据资料。与传统的波速测试相比较而言，这种测试方法具有工作量小、速度快、准确度高、费用少的优点。在工程应用的实践证明，波速静力触探法的测试深度为0.5～40m，而其最佳测试深度为3m～30m[5]。与此同时，波速静力触探能够保证土层与波速探头相连，可获得更为理想的测试效果。

（三） 旁压静力触探测试分析

旁压静力触探测试（CPT-PMT）作为常用的原位测试技术，主要是利用钻孔进行原位横向荷载试验。触探测试原理如下：在垂直的孔内，利用旁压器进行加压，从而迫使旁压膜膨胀，并通过护套或者旁压膜将压力向软岩或者周围土体传递，最终破坏软岩或土体。

在完成破坏后，可利用测量装置来测出土变形与压力间的关系，并绘制应力应变关系曲线图，综合评价土体或软岩的变形性质、承载能力等。

另外，新的静力触探还包括放射性同位素静力触探测试（RI-CPT），这是一种不受电磁场干扰，允许在现场测定岩体接触界线、隐伏构造位置。还有电阻率静力触探测试（R-CPTU）与振动静力触探测试（VibroCPT），以及静探头携带摄像头技术，均属于比较新型的静力触探测试技术。

结语：

我国科技发展日新月异，在岩土工程中，静力触探技术得到了广泛而良好的应用，且表现出了广阔的发展前景。在技术应用中，静力触探还应该积极借鉴其他学科成果，积极研发新的测试设备，从而使得岩土工程测试手段更加丰富、测试技术更加先进，测试结果更为可靠、快速与准确。文章主要探讨了静力触探在岩土工程中的应用，包括在粉土桩端持力层界线确定、地下人防与隐蔽物位置确定和泥质软岩中风化带界线确定中的应用等，为其应用提供参考与借鉴。

参考文献：

[1]吴道祥，单灿灿，钟轩明等.静力触探的发展及其在岩土工程中的应用[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2010，12：211-215.

[2]李庆丰.浅谈静力触探技术在岩土工程勘察中的应用及发展前景展望[J].福建建筑，2014，14：83-85.

[3]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，2012，21：14-18.

[4]方协庭.静力触探（CPT）在环境岩土工程中的应用现状[J].科技信息（学术研究），2013，33：291-293.

[5]黎志中，李兆源，杨然.三桥静力触探在桩基中的应用研究[J].岩石力学与工程学报，2015，21：856-864.