静力触探技术在岩土工程勘察中的应用

张旭成　刘平　白亚楠

【摘  要】目前，我国的综合国力显著加强，社会在不断进步，岩土勘察工作在目前的工程建设中发挥着重要的作用，因为岩土勘察能够获得更加详细、准确的地质结构资料，这对于工程设计以及施工有重要的意义。从现阶段的工程实践来看，工程的规模在不断的扩大，质量要求也在不断的提升，这对岩土勘察工作提出更高的要求，所以在岩土勘察实践中需要积极的引入新技术、新方法。静力触探试验在岩土工程勘察中的利用效果明显，积极的分析其具体应用，对于勘察结果质量提升有显著的作用，所以文章就静力触探试验在岩土工程勘察中的具体应用做分析，也在为实践提供帮助。

【关键词】静力触探试验;岩土工程;勘察

引言

静力触探（CPT）是利用静力将探头以一恒定的贯入速率压入土层中，利用探头内的电子量测器将探头受到的贯入阻力记录下来，根据测定的探头阻力大小来间接判定土的物理、力学性质。适于应用该技术的土层主要有饱和软粘土、一般粘性土、粉土、砂土、坡残积土等。静力触探属于原位测试技术，具有连续、快速、精确的优点，可现场测得场地土层的贯入阻力指标，通过量测的贯入阻力与土层物理力学指标的经验关系可了解场地土层处于原始结构与应力状态下的有关物理、力学性质，对于土层竖向变化复杂，常规勘探手段（如钻探等）不易取样进行试验的土层，如粉土、砂土等地层，尤其具有独特的优越性。静力触探技术最早发明于1934年，在荷兰首先研制出静力触探仪，我国在20世纪60年代引入该技术，并加以发展。目前在我国应用较多的静力触探方法主要有单桥静力触探、双桥静力触探以及孔压静力触探（CPTU）三种方法，其中又以单桥静力触探及双桥静力触探为主。

1静力触探技术的特征

静力触探最为显著的优点就是不会破坏土层就可以分析土层内部的特性。这是与传统取样方法相比最为显著的优点，因为以往的取样方式会存在一定的负面影响，传统取样会破坏土层的含水层，使土层应力发生变化。这样产生的数据就可能会出现数据失真，而静力触探则不会破坏土层，传统取样方式不适用于松散沉积地层，而静力触探则能够很好地运用到松散沉积地层。尤其体现在软粘性土、饱和沙土、粉土层中。静力触探技术还具备着操作便捷性强、精确度高、能够连续操作等优点，这主要得益于计算机的数据处理功能，通过计算机进行数据处理，能够有效地保障数据的精确度、减少人的工作量，确保工作能够连续进行。但是静力触探技术也存在着一定的局限性，因为静力触探技术的基础是原位测试技术，这种技术限制了静力触探技术无法直观的观察土层。如果想要对土体全面的进行分析，仅仅依靠静力触探技术是难以达成的，还需要运用钻探取样等技术进行配合。除此之外，如果静力触探技术的测试土层深度不小于80m，便无法保证结果的精确度。而且虽然静力触探技术对于松散沉积地层而言有着极强的适应性，但是对于密实砂层、碎石土层、砾石土层而言，适应性则表现较差。

2静力触探技术在岩土工程中的应用

2.1判别土层剖面及土层的类型

在自然界当中各个因素的影响之下，土层不管是密度还是形态都会产生一定差异性，应用静力触探技术可以对土层进行分层处理，因此也就可以在岩土工程勘察工作进行的过程当中，较为有效地将软土、粘性土以及粉土判别出来，除去上文中所说的这种作用之外，也能够对其他各个要素进行分析。静力触探技术实际应用的过程当中，会通过贯入阻力将地基土的强度及变形性质呈现出来，将贯入阻力的不同性作为依据完成土体分层工作，分层过程中的依据是阻力大小和曲线形状。假如说阻力比较小、摩擦阻力比较大以及曲线变化比较小的曲线段实际代表的土层是粘土层;阻力比较大、曲线变化速度快的是砂土层。当探头从第一层贯入到第二层土的过程当中，探头阻力遭受到上下土层影响的情况下会发生一定变化，相应的数据自然也会发生一定变化。在静力触探技术实际应用的过程当中，应当将静力触探深度以及贯入阻力曲线作为依据来将土层的力学剖面图描绘出来，并依据钻探资料当中的标注完成土层划分工作，在此基础上就可以对勘探工作的精准性做出一定保证。

2.2划分土层及土类判别

首先，静力触探试验在划分土层以及土类判别中有重要的作用。从具体的资料分析可知，土质不同，其软硬程度会有明显的差别，在试验中，探头在不同的土层间所受的阻力也会发生明显的不同。静力触探试验在过程中会有一个重要的参考指标，即贯入阻力，基于贯入阻力的不同，加之力学特性的分析，可以将钻探的结果和试验的结果进行对比，基于对比可以对土层以及土类做更加具体的甄别。简言之，利用静力触探试验对土层和土类进行判别，对于土层以及土类的认知会更加清楚。

2.3旁压静力触探仪（CPT-PMT）

在电测静力触探仪的基础上附加一套旁压试验的装置，在进行静力触探的同时，也同时完成试验深度相关地层的旁压试验。旁压试验（PMT）是另一种常用原位测试技术，为一种原位的横向载荷试验装置。该技术可量测试验位置通过设备配备的压力膜施加于周边土的压力和土变形之间的关系，进而对孔周所测土体的承载力、变形等性质进行评价。旁压静力触探仪同时可做静探与旁压试验，提供的数据包括：锥头阻力、侧壁摩擦力、孔隙水压力、固结系数和旁压曲线等，因此，这种仪器有时也称全变形静力触探旁压仪。

2.4能够对砂土液化的可能性加以判别

通常在进行岩土工程勘察工作时，会在场地出现分布饱和状态砂土，抗震设防烈度设置到7度～9度时，能够准确的判别砂土是否发生液化反应。这就意味着能够对砂土的液化情况进行判定，并根据实际的危害程度，采取一定的预防措施。在实际应用静力触探技术时，能够准确地对15m深度范围内的粉土、饱和砂土的液化程度进行判定。具体操作流程就是计算液化比贯入阻力、锥尖阻力，将其比较，如果锥尖阻力大于液化比贯入阻力，那么这个土层就是液化土，反之则为非液化土。

2.5带测斜探头与测斜仪系统的静力触探仪

受静力触探所用的探杆刚度的限制，探杆在贯入土层中会产生一定的自由挠度，特别是遇到较硬的地层，如遇到较密的砂层或含卵砾石的土层时，探头的锥尖必然会顺势寻找薄弱贯入方向而偏离垂直状态，不可避免产生了倾角偏斜，这样在量测深度上将产生较大的误差，深度越大，误差也越大，严重时还可能发生探杆折断。在静探头内安装一个全方位的倾角测量传感器，测量系统能测出触探头的倾角度及倾斜方位，也就能修正因探杆偏斜产生的斜边误差，从而避免产生量测深度的偏差。

结语

静力触探技术的本质是原位测试技术，其广泛的应用在我国的岩土工程领域。静力触探技术能够在工程项目建设时，准确并且真实的反映岩土的相应特征，并且反映工程建设的相应参数。因此利用静力触探技术能够提升工作效率、减少工作时间、提升工程质量。近年来静力触探技术得到了一定程度的发展，我国的静力触探技术也吸收了许多国外先进的理论知识，对静力触探技术进一步的加以完善。对于以往静力触探技术中所存在的局限性，也逐渐的加以改进。在未来静力触探技术的作用能够得到进一步的发展，从而更好地应用到岩土工程勘察中去，提升勘察的精准度。

参考文献：

[1]黄凯.岩土工程勘察中静力触探技术的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2018（10）：75-76.

[2]王锦艳.静力触探试验在岩土工程勘察中的應用[J].资源信息与工程，2016，31（6）：91，93.

[3]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（7）：83-85.

[4]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（S2）：14-18.

（作者单位：中国冶金地质总局内蒙古地质勘查院）