静力触探

静力触探实验（CPT）静力触探是通过一定的机械装备，将一定规格的金属探头用静力压入土层中，同时用传感器或直接量测仪表测试土层对触探头的贯入阻力，以此来判断，分析，确定地基土的物理力学性质。静力触探的主要优点是连续、快速、精确；可以在现场直接测得各土层的贯入阻力指标；掌握各土层原始状态（相对于土层被扰动和应力状态改变而言）下有关物理力学的性质，这对于地基在竖向变化比较复杂，而用其他常规勘探手段不可能能大密度取土或测试来查明土的变化；对于饱和砂土、砂质粉土以及高灵敏度软粘土层中钻探取样往往不易达到技术要求，或者无法取样的情况；用静力触探连续压入测试，则显出其独特的优越性。但是，静力触探也有不足之处：不能对土层进行直接的观测、鉴别；由于稳固的反力问题没有解决，测试深度不能超过80m；对于含碎石、砾石的土层和很密实的沙层一般不适合应用等。静力触探实验的主要技术要求静力触探仪器主要有三部分组成：贯入装置（包括反力装置），其基本功能是可控制等速压贯入；另一部分是传动系统，目前国内外使用的传动系统有压液和机械的两部分；第三部分是量测系统，这部分包括探头、电缆和电阻应变仪（或电位差计自动记录仪）等。静力触探仪按其传动系统可分为：电动机械式静力触探仪、液压式静力触探仪和手控轻型链式静力探触仪。常用的静力触探探头分为单桥探头和双桥探头及孔压探头，探头圆周截面积以10cm2为宜，也可以使用15cm2。静力触探探头规格锥头截面积A（cm2）探头直径D（mm）锥角α（°）单桥探头双桥探头有限侧壁长度L(mm)摩擦筒侧壁面积(cm2)摩擦筒长度L(cm)1035.760572001791543.7703002192050.481300189单桥探头单桥探头只能测定一个触探指标—比贯入阻力ps，APps双桥探头双桥探头能同时测出锥尖阻力和侧壁摩阻力。故可用于单桩的模型试验，分别测得单桩桩尖承载力和侧壁摩擦力。锥尖阻力和侧壁摩阻力分别定义如下：sfcqAQqccFPffs在静力触探的整个过程中，探头应均匀、垂直地压入土层中，贯入速率一般控制在（1.20.3）m/min。静力触探探头传感器必须事先进行率定，室内率定非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度漂移、归零误差范围应为0.5%～1.0%。现场实验时，应检验现场的归零误差3%，它的试验质量的重要指标。静力触探测试时，深度记录误差范围一般为1%。当贯入深度50m时，应测量触探孔的偏斜度，校正土的分层界线。迄今还没有一些理论能很圆满地解释静力触探的贯入机理。因此，静力触探在实际工程的应用中，常常用一些经验关系把贯入阻力与土的物理力学性质联系起来，建立经验公式；或根据对贯入机理的认识做定性的分析（如模式分析、因子分析等），在此基础上建立半经验的公式。静力触探实验适用于粘性土、粉土和砂土。静力触探实验可以用于下列目的：1）根据贯入阻力曲线的形态特征或数值变换幅度划分土层。2）估算地基土层的物理力学参数。3）评定地基的承载力。4）选择桩基持力层、估算单桩极限承载力，判定沉桩可能性5）判定场地地震液化势。静力触探实验的主要成果有：比贯入阻力-深度（ps-h）关系曲线；锥尖阻力-深度（qc-h）关系曲线；侧壁贯入阻力-深度（fs-h）关系曲线和摩阻比-深度（Rf-h）关系曲线。比贯入阻力-深度（ps-h）关系曲线锥尖阻力-深度（qc-h）关系曲线侧壁贯入阻力-深度（fs-h）关系曲线摩阻比-深度（Rf-h）关系曲线根据目前的研究与经验，静力触探实验成果的应用主要有下列几个方面：（1）划分土层界线根据静探曲线对地基土进行力学分层，或参照钻孔分层结合静探ps或qc及fs值的大小和曲线形态特征进行地基土的力学分层，并确定分层界线。用静力触探曲线划分土层界线的方法为：1）上下层贯入阻力相差不大时，取超前深度和滞后深度的中心，或中点偏向小阻力土层5～10cm处作为分层界线；2）上下层贯入阻力相差一倍以上时，当由软层进入硬层或由硬层进入软层时，取软层最后一个（或第一个）贯入阻力小值偏向硬层10cm处作为分层界线；3）上下层贯入阻力无甚变化时，可结合Fs或Rf的变化确定分层界线。（2）评定地基土的强度参数1）粘性土由于静力触探实验的贯入速率较快，因此对量测粘性土的不排水抗剪强度是一种可行的方法。经过大量实验和研究，探头锥尖阻力基本上与粘性土的不排水抗剪强度呈某种确定的函数关系，而且将大量的测试数据经数理统计分析，其相关性都很理想。2）砂土我国铁道部《静力触探技术规则》提出可按下表估算沙土的内摩擦角。Ps(MPa)1.02.03.04.06.011.01530(º)2931323334363739用静力触探比贯入阻力ps估算沙土内摩擦角用静力触探估算粘性土的不排水抗剪强度（kPa）实用关系式适用条件来源Cu=0.071qc+1.28Qc700kPa同济大学Cu=0.039qc+2.7Qc800kPa铁道部Cu=0.0308ps+4.0Ps=100～1500kPa新港软粘土一般设计研究院Cu=0.0696ps-2.7Ps=300～1200饱和软粘土武汉静探联合组Cu=0.1qcΨ=0纯粘土日本Cu=0.105qcMeyerhof（3）评定土的变形参数大量研究成果表明，在临界深度以下贯入时，土体压缩变形起着重要作用，因此，无论从理论上还是将锥尖阻力qc或比贯入阻力ps与土的压缩模量Es和变形模量E0的数理统计分析方面，都反映了qc(或ps)与Es和E0等变形指标有某种很好的关系。1）粘性土静力控比贯入阻力PS粘性土的压缩模量Es和变形模量E0的实用关系实用关系适用条件来源Es=3.11Ps+1.14上海粘性土同济大学Es=4.13Ps粘性土（Ip7）和软土Ps≦1.3铁道部四院Es=2.14Ps+2.17粘性土（Ip7）和软土Ps1.3Eo=6.03Ps+2.08软土，一般粘性土0.085≦ps2.5Es=3.63ps+1.20软土，一般粘性土ps5交通部一航院Es=3.72ps+1.26软土，一般粘性土0.3≦ps5武汉联合试验组Eo=9.79ps-2.63软土，一般粘性土0.3≦ps3Eo=11.77ps-4.69老粘性土3≦ps6Eo=6.06ps-0.90软土，一般粘性土ps1.6建设部综勘院Eo=3.55ps-6.65粉土ps4用ps评定粘性土的压缩模量Es和变形模量Eo2）砂土砂土的压缩模量E、变形模量E0和初始切线模量Ei与静力触探的锥尖阻力qc和贯入阻力qs均有一定的关系。如我国铁道部《静力触探技术规则》提出估算砂土Es的经验值见下表Ps(MPa)0.50.81.01.52.03.04.05.0Es(MPa)2.6-5.03.5-5.64.1-6.05.1-7.56.0-9.09.0-11.511.5-13.013.0-15.0用静力触探试验的锥尖阻力qc或比贯入阻力ps估算砂土变形模量的关系式见下表：实用关系式适用条件来源Eo=3.57ps粉、细砂铁道部一院国内Eo=2.5ps中、细砂辽宁煤矿设计院Eo=3.4qc+13中密—密实沙土原苏联规范CH-448-72国外（4）评定地基土的承载力关于用静力触探的比贯入阻力确定地基土的承载力基本值f0的方法，我国开展了大量的研究工作，已取得了许多可靠、合理的实用成果。但是，由于我国疆域辽阔、土层复杂、差异很大，因此不能形成一个统一的公式来确定各地区的地基承载力。下表反映了我国部分地区一般土类的地基承载力基本值的经验关系。（5）预估单桩承载力）（＝niiippsbblfUApKR1k1)(11niiisiPpcklfUAqKRnifisiPbcbbulfUAqQ11）《上海市地基基础设计规范》（DBJ08—11—89）方法：2）《高层建筑岩土工程勘查规程》（JDJ72-80）方法：3）铁道部《静力触探规则》方法实用公式适用条件来源=0.075ps+42上海硬壳层同济大学=0.070ps+37上海淤泥质粘性土=0.075ps+38上海灰色粘性土=0.055ps+45上海粉土=0.05ps+73一般粘性土1500≦ps≦6000建设部综勘院=0.104ps+25.9淤泥质土、一般粘性土、老粘土300≦ps≦6000武汉联合实验组=0.038ps+54.6淤泥质土、一般粘性土300≦ps≦3000=0.097ps+76老粘性土3000≦ps≦6000=5.25-103中、粗砂1000≦ps≦10000=0.02ps+59.5粉、细砂1000≦ps≦15000=0.02ps+50上江中下游粉、细砂（地下水位）500ps武汉冶金勘察公司=150lgps-355粘质粉土300≦ps≦3600河南省设计院0fsp用ps(kPa)或qc值(kPa)确定地基土承载力基本值fo(kPa)