當前靜力觸探及動力觸探的發(fā)展前景分析

楊建雪

摘 要： 自我國于1964年首創(chuàng)了電測靜力觸探技術(shù)以來，靜力觸探技術(shù)發(fā)展解決了大量的巖土原位測試問題， 在工程中取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟效益。本文簡要介紹了國內(nèi)外靜力觸探現(xiàn)狀，詳細分析了觸探技術(shù)的發(fā)展前景，

關(guān)鍵字： 靜力觸探；動力觸探；發(fā)展前景分析

前言

準確的判斷土體、特別是軟弱地基的工程特性， 對建筑物基礎(chǔ)的設(shè)計至關(guān)重要， 統(tǒng)計資料表明： 建筑物地下部分所占費用是整個工程投資的1/3左右。因此， 掌握地基本身特性并為工程設(shè)計服務(wù)， 是工程設(shè)計人員所需要的。對于地基土特別是軟弱地基土， 其勘探與測試方法主要有兩類：（1）野外勘探， 主要有坑探、鉆探、地球物理勘探等； （ 2） 原位測試， 包括靜力觸探（ CPT） 、標準貫入試驗（ SPT ） 、野外十字板剪切試驗（ FVT）、旁壓試驗等。

1 國內(nèi)外靜力觸探現(xiàn)狀

1. 1 國內(nèi)靜力觸探現(xiàn)狀

我國“單橋電阻應(yīng)變式靜力觸探”發(fā)明后， 約在20世紀60 年代后期， 國際上出現(xiàn)了雙橋電測靜力觸探探頭， 測定錐頭阻力qc和側(cè)壁摩阻力fs ， “單橋”與“雙橋”在電阻應(yīng)變傳感方面并無技術(shù)上的難易之分。在20世紀70 年代初得知國際上出現(xiàn)了雙橋電測靜探探頭后，國內(nèi)也有人曾研制了雙橋探頭， 并在1982 年巴黎召開的第2 屆歐洲觸探測試會議上介紹了我國的特殊結(jié)構(gòu)形式的單橋與雙橋探頭， 得到與會專家的贊賞， 但由于單橋探頭當時在我國已有十多年的歷史， 且有規(guī)范遵循的實用經(jīng)驗， 所設(shè)計研制的雙橋探頭， 一方面由于缺乏實用經(jīng)驗， 另一方面對于所測的fs值究竟如何付諸實用， 一直困惑未決， 因此， 當時研制的雙橋探頭未能引起重視和推行。

2.2 國外靜力觸探現(xiàn)狀

國外靜力觸探始于20 世紀40 年代， 其中最具代表性的是“荷蘭深層靜力觸探”， 簡稱“荷蘭錐” （ Dutchcone）， 1948 年在荷蘭鹿特丹召開的第2 屆國際土力學基礎(chǔ)工程會議上， 被視為最有效測定錐頭貫入阻力qc的深層測試方法。20 世紀60 年代后期， 輝固公司研制成功雙橋靜力觸探儀。20 世紀70 年代末， 將孔隙壓力傳感器與電測靜力觸探儀結(jié)合起來， 命名為孔壓靜力觸探（ CPTU） 。目前國際上通用的靜力觸探儀多采用荷蘭輝固（ Fug ro） 式探頭， 其特點是： 一是制造工藝高， 保證了電測傳感的精度； 二是多功能性， 除了可測定錐尖阻力qc、側(cè)摩阻力fs 和孔隙壓力u 外， 還可以測定探桿的傾斜度、土體濕度、溫度、波速、側(cè)壓力、電阻率及放射性等， 此外還能監(jiān)測地下污染情況。

2 觸探技術(shù)的發(fā)展前景

2.1 概 論

動力觸探與靜力觸探都是一種用于第四紀土的經(jīng)驗性的定量或半定量測試手段。它的應(yīng)用不是靠理論分析其力學機理去求得解析解， 而是靠具體的經(jīng)驗積累建立起來的回歸關(guān)系。在這方面最有代表性的就是標準貫入試驗（ SPT） ， 它是目前國際上廣泛使用和認同的觸探技術(shù)。

但是， SPT 的原始化問題顯而易見： 1） N 值本身是個非物理量， 在國內(nèi)外利用N 值可以求得許多巖土工程參數(shù)， 尤其是在日本可用N 值求得土的各項物理力學指標， 有“ 一錘定天下”之說； 2） SPT 試驗過程引進大量的系統(tǒng)誤差和偶然誤差， 其中最主要的是探桿隨著試驗深度加長后產(chǎn)生的沖擊撓曲變形、探桿與孔壁摩擦、桿間松脫， 以及能量損耗等未知因素。因此自70 年代泛美國際土力學基礎(chǔ)工程會議開始， 國際上對“標準貫入非標準化”問題， 輿論嘩然 ， 對于N 值是否需進行桿長修正問題， 也是各行其是。筆者也曾試圖在標貫桿上設(shè)計安裝沖擊能的傳感器， 通過測定反饋能量對N 值進行定量修正。但由于上述各種誤差相互積累或抵消的影響， 終無規(guī)可循。然而， SPT 并未由于上述情況而削弱其在巖土工程實踐中的廣泛應(yīng)用， 且已成為最具國際性的測試手段。

2.2 觸探的“多功能化”問題

觸探在英文術(shù)語上曾由40 年代的“sounding”轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)今的“penetration0”， 直譯為“貫入試驗”， 它的功能本來就局限于此。但在不斷發(fā)展中， 人們想藉此“貫入”土層深部的機會， 爭取測得更多的參數(shù)信息， 這就產(chǎn)生了兼測孔壓的孔壓靜力觸探以及兼測其他參數(shù)的探索。在觸探頭內(nèi)加設(shè)一個或二個加速度傳感器， 從地面上激振， 從而形成了“下孔法”波速測定的靜力觸探。筆者也曾在自鉆式橫壓儀的研制中， 安裝過兩向的加速度計， 成功地用下孔法和跨孔法測求到徑向、軸向及切向的縱橫波速， 根據(jù)廣義的虎克定律推算出土的各向異性參數(shù)， 將橫向的變形模量和剛度轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q向參數(shù)， 以供設(shè)計使用 。但需指出， 上述的多功能化已經(jīng)超出觸探試驗的范疇。曾有學者試圖將孔壓靜力觸探與單橋靜力觸探進行對比， 實際上兩者之間不存在對比的基礎(chǔ)。如欲520 巖 土 工 程 學 報 2000 年比較孔壓的測定， 可以很容易地在單橋探頭筒內(nèi)安裝一個孔壓傳感器， 比較兩者的測試精度及儀器的防水耐用性。如就兩者作為觸探貫入試驗本身的功能對比， 顯然單橋靜力觸探擁有我國各種有關(guān)規(guī)范及各地區(qū)規(guī)定的經(jīng)驗公式， 這是任何國外其他靜力觸探所無法比擬的。筆者認為“多功能性”對于任何一項手段顯然是極其可貴的， 因為它可以“一舉數(shù)得”。利用觸探設(shè)備與貫入過程， 兼測多項參數(shù)， 也是原位測試技術(shù)的發(fā)展方向， 但單就觸探技術(shù)本身的發(fā)展而言， 嚴格地講， 與其說要“多功能性”， 不如說要“多用性”。

2.3 孔壓靜力觸探的改進與應(yīng)用

根據(jù)筆者的實踐經(jīng)驗， 孔壓靜力觸探存在以下問題影響其實用性： 1） 透水孔的位置及形狀不同， 所得結(jié)果各異， 因此需要標準化； 2）孔壓消散曲線人為歸一化之后并不能真實反映土的固結(jié)度， 因此需要通過正規(guī)的固結(jié)試驗檢驗其t 50 值；3）所推算的水平固結(jié)系數(shù)Ch 不能用于計算地基豎向固結(jié)速率； 4）濾水板材料規(guī)格及其透水性的率定均需標準化。因此， 如欲使由孔壓靜力觸探所得的孔壓消散曲線真正用于設(shè)計， 必須針對土的沉積相、物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)特征， 積累經(jīng)驗數(shù)據(jù)， 通過回歸分析建立經(jīng)驗關(guān)系式方可實現(xiàn)。

2.4 單橋、雙橋探頭的改進

靜力觸探最常出現(xiàn)的問題是觸探孔不可避免的偏斜。這是由于垂直貫入的過程中不具有象回轉(zhuǎn)鉆探那樣的平面軸對稱的切削力之故。如靜探孔偏斜十多度， 在地面上卻難以發(fā)現(xiàn)， 它不僅歪曲了實測深度（ 這對樁基設(shè)計尤為重要） ， 而且經(jīng)常導致觸探桿接頭處折斷。因此， 在探頭中加設(shè)測斜傳感器是當務(wù)之急。英國的經(jīng)驗值得借鑒： 在英國國家標準BS 5930（ 1981） 中規(guī)定了兩種靜力觸探探頭， 一種是僅測錐尖阻力qc兼測孔斜的， 另一種是我們所謂的雙橋探頭， 由此可以看出， 靜探測斜是保證靜探精度， 防止探桿折損的必要條件。

3、 結(jié)語

（1）隨著科學技術(shù)的發(fā)展， 觸探技術(shù)也日趨成熟并不斷向多功能化方向發(fā)展， 這使得觸探測試更方便、快捷， 測試數(shù)據(jù)更可靠， 應(yīng)用范圍更廣泛。

（2）雖然現(xiàn)在各國的觸探標準不同， 但觸探國際標準化是必然趨勢。

（3）我國觸探技術(shù)也應(yīng)逐步采用國際通用的觸探技術(shù)， 盡快與國際接軌。

參考文獻

[1] 王鐘琦， 朱小林， 等. 巖土工程測試技術(shù)[ M] . 北京： 中國建筑出版社， 1986.

[2] 張誠厚， 施健， 戴濟群. 孔壓靜力觸探試驗的應(yīng)用[ J] . 巖土工程學報， 1997， 19.