静力触探

静力触探高洁一、实验原理•静力触探试验（英文缩写CPT），是把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。•静力触探的基本原理就是用准静力（相对动力触探而言，没有或很少冲击荷载）将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。•静力触探既是一种原位测试手段，也是一种勘探手段，它和常规的钻探——取样——室内试验等勘探程序相比，具有快速、精确、经济和节省人力等特点。此外，在采用桩基工程勘察中，静力触探能准确地确定桩端持力层等特征也是一般常规勘察手段所不能比拟的。•它分为机械式和电测式两种。机械式采用压力表测量贯入阻力，电测式则采用传感器和电子测试仪表测量贯入阻力。我国采用的是电测式。电测静力触探是应用最广的一种原位测试技术，这与它明显的优点有关：①兼有勘探与测试双重作用；②测试数据精度高，再现性好，且测试快速、连续、效率高、功能多；③采用电子技术，便于实现测试过程自动化。二、仪器设备•静力触探试验仪器设备主要由触探主机和反力装置、测量与记录显示装置、探头、探杆等几部分组成。•1、触探主机和反力装置•触探主机按传动方式不同可分为机械式和液压式。液压式贯入力大；而机械式贯入力一般小于5t，比较轻便，便于人工搬运。液压式一般用车装，如静力触探车，贯入力一般大于10t，贯入深度大、效率高、劳动强度低，适用于交通方便的地区。•反力装置的作用是固定触探主机，提供探头在贯入过程中所需之反力，一般是利用车辆自重或地锚作为反力装置。•2、测量与记录显示装置•测量与记录显示装置一般可分为两种，电阻应变仪（或数字测力仪）和计算机装置，以用来记录测试数据。前者间断测记、人工绘图，后者可连续测记，计算机绘图和处理数据。•3、探头•探头是静力触探仪测量贯入阻力的关键部件，有严格的规格与质量要求。一般分圆锥形的端部和其后的圆柱形摩擦筒两部分。目前国内外使用的探头可分为三种形式。1—锥头；2—顶柱；3—电阻应变片；4—传感器；5—外套筒；6—单用探头的探头管或双用探头侧壁传感器；7—单用探头的探杆接头或双用探头的摩擦筒；8—探杆接头；L—单用探头有效侧壁长度；D—锥头直径；α—锥角（a）单用探头；（b）双用探头；（c）多用探头•（1）单用（桥）探头：是我国特有的一种探头型式，只能测量一个参数，即比贯入阻力Ps，分辨率（精度）较低。•（2）双用（桥）探头：它是一种将锥头与摩擦筒分开，可以同时测量锥头阻力qc和侧壁摩阻力fs.•两个参数的探头，分辨率较高。•（3）多用（孔压）探头：它一般是将双用探头再安装一种可测触探时所产生的超孔隙水压力装置———透水滤器和孔隙水压力传感器，分辨率最高，在地下水位较浅地区应优先采用。•探头的锥头顶角一般为60，底面积为10c㎡，也有15c㎡或20c㎡，锥头底面积越大，锥头所能承受的抗压强度越高，探头不易受损，且有更多的空间安装其他传感器，如测孔斜、温度和密度的传感器但在同一测试工程中，宜使用统一规格的探头，以便比较。•4、探杆是将机械力传递给探头以使探头贯入的装置。它有两种规格，即探杆直径与锥头底面直径相同（同径）与小于锥头底面直径两种，每根探杆长度为1m。三、试验要点•（1）率定探头，求出地层阻力和仪表读数之间的关系，以得到探头率定系数，一般在室内进行。新探头或使用一个月后的探头都应及时进行率定。•（2）现场测试前应先平整场地，放平压入主机，以便使探头与地面垂直；下好地锚，以便固定压入主机。•（3）将电缆线穿入探杆，接通电路，调整好仪器。•（4）边贯入，边测记，贯入速率控制在1～2㎝/s。此外，孔压触探还可进行超孔隙水压力消散试验，即在某一土层停止触探，记录触探时所产生的超孔隙水压力随时间变化（减小）情况，以求得土层固结系数等。•（5）当贯入深度超过30m，或穿过厚层软土后再贯入硬土层时，应采取措施防止孔斜或断杆，也可配置测斜探头，量测触探孔的偏斜角，校正土层界限的深度。•（6）孔压探头在贯入前，应在室内保证探头应变腔为已排除气泡的液体所饱和，并在现场采取措施保持探头的饱和状态，直至探头进入地下水位以下的土层为止；在孔压静探试验过程中不得上提探头。•（7）当在预定深度进行孔压消散试验时，应量测停止贯入后不同时间的孔压值，其计时间隔由密而疏合理控制；试验过程不得松动探杆。四、试验成果整理•(1)对原始数据进行检查与校正，如深度和零飘校正。•(2)按下列公式分别计算比贯入阻力ps、锥尖阻力qc，侧壁摩擦力fs，摩阻比FR及孔隙水压力U。•ps=Kpεpqc=Kcεcfs=Kfεf•FR=fs/qc×100%U=Kuεu•以上各式中：Kp、Kc、Ku、Kf—分别为单桥探头、双桥探头、孔压探头的锥头的有关传感器及摩擦筒的率定系数；εp、εc、εu、εf—为相对应的应变量(微应变)。•(3)分别绘制qc、fs、ps、FR、U随着深度(纵坐标)的变化曲线。如图所示：静力触探成果曲线及其相应土层剖面图(加拿大温哥华)•上述各种曲线纵坐标(深度)比例尺应一致，一般采用1∶100，深孔可用1∶200；横坐标为各种测试成果，其比例尺应根据数值大小而定。如作了超孔压消散试验，还应绘制孔压消散曲线。•如用计算机处理测试数据，则上述成果整理及曲线绘制可自动完成。五、成果应用•静力触探成果应用很广，主要可归纳为以下几方面：划分土层；求取各土层工程性质指标；确定桩基参数。•1、划分土层及土类判别•根据静力触探资料划分土层应按以下步骤进行：•(1)将静力触探探头阻力与深度曲线分段。分段的依据是根据各种阻力大小和曲线形状进行综合分段。如阻力较小、摩阻比较大、超孔隙水压力大、曲线变化小的曲线段所代表的土层多为粘土层；而阻力大、摩阻比较小、超孔隙水压力很小、曲线呈急剧变化的锯齿状则为砂土。•(2)按临界深度等概念准确判定各土层界面深度。静力触探自地表匀速贯入过程中，锥头阻力逐渐增大(硬壳层影响除外)，到一定深度(临界深度)后才达到一较为恒定值，临界深度及曲线第一较为恒定值段为第一层；探头继续贯入到第二层附近时，探头阻力会受到上下土层的共同影响而发生变化，变大或变小，一般规律是位于曲线变化段的中间深度即为层面深度，第二层也有较为恒定值段，以下类推。•(3)经过上述两步骤后，再将每一层土的探头阻力等参数分别进行算术平均，其平均值可用来定土层名称，定土层(类)名称办法可依据各种经验图形进行。还可用多孔静力触探曲线求场地土层剖面。如下图所示：•2、求土层的工程性质指标•用静力触探法推求土的工程性质指标比室内试验方法可靠、经济，周期短，因此很受欢迎，应用很广。•根据静力触探资料，利用地区经验,可进行力学分层，估算土的塑性状态或密实度、强度、压缩性、地基承载力、单桩承载力、沉桩阻力、进行液化判别等。根据孔压消散曲线可估算土的固结系数和渗透系数。可以判断土的潮湿程度及重力密度、计算饱和土重力密度γsat、计算土的抗剪强度参数、求取地基土基本承载力f0、用孔压触探求饱和土层固结系数及渗透系数等。•3、在桩基勘察中的应用•用静力触探可以确定桩端持力层及单桩承载力，这是由于静力触探机理与沉桩相似。双桥静力触探远比单桥静力触探精度高，在桩基勘察中应优先采用。谢谢观赏