湯明禮，俞炯奇，姚永新

（1.浙江廣川工程咨詢(xún)有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 問(wèn)題的提出

靜力觸探試驗(yàn)是在豎直方向上利用壓力裝置把靜力觸探探頭按一定的速率壓入土層中，利用探頭安裝的傳感器，通過(guò)自動(dòng)采集儀來(lái)存儲(chǔ)貫入過(guò)程所得到的各種數(shù)據(jù)[1]，通過(guò)數(shù)據(jù)分析可判別地基土的各種參數(shù)，例如土體分類(lèi)、土的物理性質(zhì)、土的強(qiáng)度等[2]。靜力觸探按測(cè)量機(jī)理分為：機(jī)械式靜力觸探和電測(cè)式靜力觸探。電測(cè)式靜力觸探是應(yīng)用最廣的一種原位測(cè)試技術(shù)，兼有勘探與測(cè)試雙重作用，具有測(cè)試快速、連續(xù)、效率高、功能多的優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量成果自動(dòng)化程度較高，在實(shí)際工程項(xiàng)目中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[3]。

孔壓靜力觸探試驗(yàn)（CPTU）是20 世紀(jì)70 年代末在國(guó)際上興起的一種新型原位測(cè)試技術(shù)，它是在靜力觸探貫入儀的探頭中安裝上透水石及量測(cè)孔隙水壓力的傳感元件，可同時(shí)量測(cè)錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力和孔隙水壓力[4]。

2 儀器概況

荷蘭Geomil設(shè)備有限公司成立于1932年，是全球第一個(gè)生產(chǎn)靜力觸探設(shè)備的廠家，為全球首選的靜力觸探設(shè)備制造商。經(jīng)過(guò)80多年的發(fā)展，Geomil公司擁有了非常優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)和技巧，可生產(chǎn)符合高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的探頭、測(cè)量裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、軟件和控制系統(tǒng)。

本文根據(jù)溫州及溫嶺的現(xiàn)場(chǎng)靜力觸探試驗(yàn)，詳細(xì)介紹探頭的組裝及試驗(yàn)過(guò)程，采用的探頭為Geomil公司生產(chǎn)的SMP + CPTU探頭。探頭的精度高、穩(wěn)定性好，但組裝和維護(hù)較為繁瑣，國(guó)內(nèi)相似試驗(yàn)較少。

3 前期準(zhǔn)備及試驗(yàn)過(guò)程

3.1 探頭組裝及儀器連接

SMP + CPTU探頭為1個(gè)土壤濕度探頭（SMP探頭）和1個(gè)孔壓靜力觸探探頭（CPTU探頭）組合而成，在試驗(yàn)過(guò)程中可同時(shí)測(cè)量錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力、孔隙水壓力及土體介電常數(shù)等參數(shù)。由于SMP探頭和CPTU探頭是通過(guò)內(nèi)部的6芯電纜相連，在二者連接前需先將其中1個(gè)探頭連接線纜反向轉(zhuǎn)動(dòng)15圈，然后二者連接（見(jiàn)圖1及圖2），轉(zhuǎn)動(dòng)探頭并擰緊（見(jiàn)圖3及圖4）。

圖2 電纜連接圖

圖3 探頭連接圖

圖4 探頭擰緊圖

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)前，需進(jìn)行室內(nèi)安裝連接調(diào)試，分別將筆記本電腦、數(shù)據(jù)采集儀、SMP接線盒及探頭進(jìn)行組裝（見(jiàn)圖5）。連接過(guò)程中需要注意針數(shù)不同的電纜線必須插入相應(yīng)針數(shù)的孔中，同時(shí)在試驗(yàn)過(guò)程中注意防水，試驗(yàn)結(jié)束拆卸儀器時(shí)注意防止雜質(zhì)泥土進(jìn)入電纜針孔中。

圖5 儀器組裝圖

3.2 探頭飽和及密封

在正式試驗(yàn)開(kāi)始前需要將CPTU探頭和透水石進(jìn)行真空飽和12 h，一般采用甘油進(jìn)行飽和，飽和過(guò)程見(jiàn)圖6。

孔壓系統(tǒng)的飽和是保證正確測(cè)量孔隙水壓力的關(guān)鍵。如果探頭未進(jìn)行飽和，則在試驗(yàn)過(guò)程中部分孔隙水壓力會(huì)在傳遞過(guò)程中消耗在壓縮空氣上，空氣壓縮后又有一部分水進(jìn)入探頭，測(cè)定的孔隙水壓力數(shù)值與真實(shí)值有偏差。

飽和完成后需要用密封套將探頭進(jìn)行密封，防止空氣進(jìn)入探頭及透水石，影響試驗(yàn)過(guò)程中孔隙水壓力的測(cè)定，密封后的探頭見(jiàn)圖7。

圖6 探頭及透水石飽和圖

3.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)先將探頭與靜力觸探車(chē)上的夾具連接好，安裝深度編碼器，可進(jìn)行自動(dòng)記錄深度（見(jiàn)圖8）。

準(zhǔn)備開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)，打開(kāi)試驗(yàn)軟件完成設(shè)定，將探頭錐尖離開(kāi)地面懸空設(shè)定零點(diǎn)，完成設(shè)置后進(jìn)行試驗(yàn)。采用液壓裝置將探桿貫入土中，同時(shí)時(shí)刻注意測(cè)試軟件中各指標(biāo)數(shù)值變化，超過(guò)臨界值及時(shí)停止試驗(yàn)，防止觸碰土體中的碎石，現(xiàn)場(chǎng)接桿操作見(jiàn)圖9。試驗(yàn)過(guò)程中保證探桿勻速貫入，貫入速度維持在20 ～ 30 mm/s，同時(shí)保證探桿垂直貫入，防止傾斜角度過(guò)大影響試驗(yàn)結(jié)果、損傷探頭。

圖8 深度編碼器圖

圖9 現(xiàn)場(chǎng)接桿圖

3.4 孔隙水壓力消散試驗(yàn)

孔隙水壓力消散試驗(yàn)應(yīng)在地下水位以下土體中進(jìn)行，當(dāng)貫入至預(yù)定深度時(shí)，停止貫入，在停止貫入的同時(shí)立即開(kāi)始消散試驗(yàn)，孔隙水壓力的消散速度取決于該土層的滲 透性?？紫端畨毫ο⑶€見(jiàn)圖10。

圖10 孔隙水壓力消散曲線圖

3.5 試驗(yàn)終止及后處理

當(dāng)達(dá)到預(yù)定的貫入深度或測(cè)得的數(shù)據(jù)達(dá)到臨界值時(shí)，及時(shí)停止試驗(yàn)，并將探頭拔出，待探頭錐尖離地懸空時(shí)，通過(guò)采集軟件進(jìn)行確認(rèn)，試驗(yàn)正常結(jié)束（如未進(jìn)行最后確認(rèn)，試驗(yàn)屬于異常完成，儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)將不完整）。完成試驗(yàn)后應(yīng)及時(shí)將探頭拆卸、清洗干凈，同時(shí)進(jìn)行室內(nèi)保養(yǎng)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行處理，根據(jù)各指標(biāo)的變化規(guī)律可進(jìn)行：①對(duì)地基土進(jìn)行土層土類(lèi)劃分；②求天然地基承載力；③推定土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)；④求解土的固結(jié)系數(shù)、滲透系數(shù)及不排水抗剪強(qiáng)度等；⑤評(píng)價(jià)砂土和粉土的地震液化；⑥檢驗(yàn)壓實(shí)填土的質(zhì)量及強(qiáng)夯效果；⑦進(jìn)行淺基礎(chǔ)的沉降及單樁豎向承載力計(jì)算。

4 結(jié) 論

（1）Geomil公司生產(chǎn)的SMP + CPTU探頭精度高、穩(wěn)定性好，進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)在組裝探頭和儀器時(shí)需嚴(yán)格按照廠家提供的操作流程，同時(shí)注意各電纜不同針數(shù)的插孔，試驗(yàn)時(shí)注意防水防塵；

（2）在進(jìn)行孔隙水壓力消散時(shí)，需要提前將探頭及透水石進(jìn)行飽和，飽和完成后需進(jìn)行密封處理，保證試驗(yàn)過(guò)程中孔隙水壓力的準(zhǔn)確性；

（3）試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)垂直均勻貫入，貫入速率保持在20 ～ 30 mm/s，同時(shí)注意各指標(biāo)數(shù)值變化。

（4）靜力觸探成果可用于地基土層的分類(lèi)及劃分，確定土體的物理力學(xué)特性等，具有較好的工程應(yīng)用性。

[1] 劉彬.靜力觸探的機(jī)理研究[D].天津：天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，2011.

[2] 羅金滿，劉偉.靜力觸探在巖土工程勘察中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2012(41)：14 - 18.

[3] 付超.淺析靜力觸探試驗(yàn)的發(fā)展及應(yīng)用[J].四川建材，2011(4)：67 - 68.

[4] 李德吉，楊光華，張玉成，等.孔壓靜力觸探試驗(yàn)用于港珠澳大橋工程土層劃分的實(shí)例分析[J].廣東水利水電，2012(7)：1 - 2.