靜力觸探在巖土工程勘察中的運(yùn)用

王 瑞

(山西省地勘局二一四地質(zhì)隊(duì)，山西 運(yùn)城 044000)

對(duì)于巖土工程勘察而言，靜力觸探技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。靜力觸探技術(shù)可以接受電信號(hào)，利用電信號(hào)推測(cè)出相應(yīng)的真實(shí)數(shù)據(jù)。但靜力觸探技術(shù)也有著一定的局限性，真實(shí)的土層有著較強(qiáng)的復(fù)雜性，應(yīng)用靜力觸探技術(shù)時(shí)，比較容易受到外界因素的影響。要想確保靜力觸探技術(shù)的精確度，就需要重視靜力觸探的影響因素，避免對(duì)勘查結(jié)果的精確度產(chǎn)生影響。本文介紹了靜力觸探技術(shù)，并分析了如何將靜力觸探技術(shù)運(yùn)用到巖土工程勘察中，具體內(nèi)容如下。

1 靜力觸探技術(shù)的工作原理

1.1 原位測(cè)試技術(shù)原理

原位測(cè)試技術(shù)指的是測(cè)試土層過(guò)程中，將裝備好傳感器的探頭在原位上，通過(guò)靜力作用，將探頭壓入到土層內(nèi)。利用這種技術(shù)，不會(huì)影響到土層應(yīng)力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)。在運(yùn)用技術(shù)的過(guò)程中，探頭進(jìn)入土層后，會(huì)根據(jù)探頭側(cè)壁上的貫入阻力、摩擦力，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的模式，再通過(guò)分析電信號(hào)，可以為巖土工程勘察提供一定的數(shù)據(jù)支持。

1.2 靜力觸探技術(shù)的特征

靜力觸探最為顯著的優(yōu)點(diǎn)就是不會(huì)破壞土層就可以分析土層內(nèi)部的特性。這是與傳統(tǒng)取樣方法相比最為顯著的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橐酝娜臃绞綍?huì)存在一定的負(fù)面影響，傳統(tǒng)取樣會(huì)破壞土層的含水層，使土層應(yīng)力發(fā)生變化。這樣產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真，而靜力觸探則不會(huì)破壞土層，傳統(tǒng)取樣方式不適用于松散沉積地層，而靜力觸探則能夠很好地運(yùn)用到松散沉積地層。尤其體現(xiàn)在軟粘性土、飽和沙土、粉土層中。靜力觸探技術(shù)還具備著操作便捷性強(qiáng)、精確度高、能夠連續(xù)操作等優(yōu)點(diǎn)，這主要得益于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理功能，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，能夠有效地保障數(shù)據(jù)的精確度、減少人的工作量，確保工作能夠連續(xù)進(jìn)行。但是靜力觸探技術(shù)也存在著一定的局限性，因?yàn)殪o力觸探技術(shù)的基礎(chǔ)是原位測(cè)試技術(shù)，這種技術(shù)限制了靜力觸探技術(shù)無(wú)法直觀的觀察土層。如果想要對(duì)土體全面的進(jìn)行分析，僅僅依靠靜力觸探技術(shù)是難以達(dá)成的，還需要運(yùn)用鉆探取樣等技術(shù)進(jìn)行配合。除此之外，如果靜力觸探技術(shù)的測(cè)試土層深度不小于80 m，便無(wú)法保證結(jié)果的精確度。而且雖然靜力觸探技術(shù)對(duì)于松散沉積地層而言有著極強(qiáng)的適應(yīng)性，但是對(duì)于密實(shí)砂層、碎石土層、礫石土層而言，適應(yīng)性則表現(xiàn)較差。

1.3 靜力觸探技術(shù)工作原理

對(duì)于靜力觸探技術(shù)而言，這項(xiàng)技術(shù)的原理就是采用靜力壓探頭進(jìn)入土層的過(guò)程。其中的原理就是根據(jù)巖層、土層物理學(xué)性質(zhì)不同，探頭進(jìn)入土層所產(chǎn)生的阻力也會(huì)不同。這主要是和土層的力學(xué)性質(zhì)有著較大的關(guān)系，就比如探頭穿越硬質(zhì)土層會(huì)受到較大的阻力，相應(yīng)的，穿越軟質(zhì)土層，受到的阻力則較小。阻力能夠有效的反映土體的強(qiáng)度。探頭中的阻力傳感器能夠準(zhǔn)確的記錄阻力，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)記錄電信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，所以說(shuō)靜力觸探技術(shù)能夠提供數(shù)據(jù)支持給巖土工程勘察。

2 靜力觸探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

2.1 判斷土層類型、土層剖面

土層受到自然因素的影響，不同土層的形態(tài)、密度都有著較大的差異，這意味著通過(guò)靜力觸探技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)土層的分層處理。靜力觸探技術(shù)能夠準(zhǔn)確的分析土層中的粉土、粘性土、軟土。但靜力觸探技術(shù)并不只限于以上要素，還能夠分析其他的要素。靜力觸探技術(shù)能夠利用貫入阻力，分析土層的變形性質(zhì)，還能夠分析基土的強(qiáng)度。利用這項(xiàng)技術(shù)，能夠根據(jù)阻力的不同對(duì)土體進(jìn)行分層，可根據(jù)曲線形狀、阻力大小，分析所對(duì)應(yīng)的代表土層。以砂土層為例，砂土層的阻力大、曲線變化速度快；再者以粘土層為例，粘土層的曲線變化小，阻力較大。這就意味著，探頭從上層貫入到下層，土層的情況也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，數(shù)據(jù)也會(huì)發(fā)生與之相應(yīng)的變化。所以在應(yīng)用靜力觸探技術(shù)的同時(shí)，可以依照相應(yīng)的數(shù)據(jù)，將力學(xué)剖面圖制作出來(lái)，確保整個(gè)工作的精準(zhǔn)度。

2.2 明確判定地基的承載力

依照規(guī)范中的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)地基的承載力進(jìn)行判定。實(shí)際工作過(guò)程中，可以利用對(duì)比的方法，來(lái)獲得相應(yīng)的地基承載力數(shù)據(jù)。具體就是依照靜力觸探所勘察到的數(shù)據(jù)，與實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)加以比對(duì)，通過(guò)比對(duì)，能夠得到與之相應(yīng)的地基承載力數(shù)據(jù)。

2.3 獲得樁基設(shè)計(jì)參數(shù)

樁基設(shè)計(jì)參數(shù)也可以通過(guò)靜力觸探技術(shù)來(lái)獲取，在實(shí)際工作過(guò)程中，可以通過(guò)靜力觸探技術(shù)獲取的阻力信號(hào)，進(jìn)行巖土工程勘察。而實(shí)際上，獲取不同阻力信號(hào)的過(guò)程是和樁基的工作原理較為相似的。這就意味著可以將靜力觸探技術(shù)應(yīng)用到樁基設(shè)計(jì)中去。不過(guò)實(shí)際的樁基設(shè)計(jì)需要較為精確的數(shù)據(jù)，相比單橋靜力觸探技術(shù)，雙橋靜力觸探技術(shù)的數(shù)據(jù)的精確性更強(qiáng)。所以對(duì)于樁基勘察工作而言，盡可能的選擇雙橋靜力觸探技術(shù)更好。

2.4 能夠?qū)ι巴烈夯目赡苄约右耘袆e

通常在進(jìn)行巖土工程勘察工作時(shí)，會(huì)在場(chǎng)地出現(xiàn)分布飽和狀態(tài)砂土，抗震設(shè)防烈度設(shè)置到7度～9度時(shí)，能夠準(zhǔn)確的判別砂土是否發(fā)生液化反應(yīng)。這就意味著能夠?qū)ι巴恋囊夯闆r進(jìn)行判定，并根據(jù)實(shí)際的危害程度，采取一定的預(yù)防措施。在實(shí)際應(yīng)用靜力觸探技術(shù)時(shí)，能夠準(zhǔn)確地對(duì)15 m深度范圍內(nèi)的粉土、飽和砂土的液化程度進(jìn)行判定。具體操作流程就是計(jì)算液化比貫入阻力、錐尖阻力，將其比較，如果錐尖阻力大于液化比貫入阻力，那么這個(gè)土層就是液化土，反之則為非液化土。

3 創(chuàng)新型靜力觸探測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

相較于傳統(tǒng)的靜力觸探測(cè)試技術(shù)，近年來(lái)，創(chuàng)新型靜力觸探測(cè)試技術(shù)也得到了一定的發(fā)展。以孔隙水壓力傳感器為例，在傳統(tǒng)的靜力觸探探頭上安裝孔隙水壓力傳感器，這樣通過(guò)孔隙水壓力傳感器獲得的數(shù)據(jù)，能夠?qū)ν馏w的排水性能、力學(xué)性能、土體的類型進(jìn)行判別。

再者還有波速靜力觸探測(cè)試裝置，將波速測(cè)量裝置安裝到靜力觸探探頭上，能夠獲得相應(yīng)的波速數(shù)據(jù)。相應(yīng)的波速靜力觸探技術(shù)的適用范圍在地下3 m～30 m間，最大則在40 m左右。

旁壓靜力觸探技術(shù)的應(yīng)用，主要是應(yīng)用一定的旁壓器械，使土體產(chǎn)生變形，這樣做的目的是通過(guò)分析施加壓力，與土層變形程度相比較進(jìn)行分析，探究?jī)烧咧g的關(guān)系，這樣能夠更加深入的對(duì)土體的變形情況、承載力、性質(zhì)進(jìn)行分析。

電阻率靜力觸探技術(shù)，可以在探頭上安裝相應(yīng)的電阻測(cè)量裝置，這樣能夠測(cè)量出不同土層的電阻率。

振動(dòng)靜力觸探測(cè)試，在探頭上安裝相應(yīng)的偏心振動(dòng)器，分析不振動(dòng)和振動(dòng)貫入阻力，將其比較，能夠深入的認(rèn)識(shí)砂土的液化程度。

攝像頭靜力觸探技術(shù)，將無(wú)線電攝像頭安裝在靜力觸探探頭上，能夠直觀的觀察土層中的相應(yīng)情況，提升工程的質(zhì)量和效率。

靜力觸探技術(shù)還需要建立相應(yīng)的巖土工程數(shù)據(jù)庫(kù)，這需要運(yùn)用到許多的數(shù)據(jù)，例如用戶輸入的數(shù)據(jù)，即原始數(shù)據(jù)；系統(tǒng)分析的數(shù)據(jù)，即中間數(shù)據(jù)，還有最終產(chǎn)生的最終數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)中又包括幾何和物理屬性數(shù)據(jù)。因此巖土數(shù)據(jù)庫(kù)的完善對(duì)于靜力觸探技術(shù)而言也有著非常重要的意義。其數(shù)據(jù)量較為龐大，技術(shù)人員要重視巖土工程數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)管理，更好的完善勘查技術(shù)，提升靜力觸探技術(shù)的水平。

創(chuàng)新型靜力觸探測(cè)試技術(shù)完善了傳統(tǒng)靜力觸探技術(shù)中的不足，確保了巖土工程勘察的質(zhì)量，提升了巖土工程勘察的效率，使靜力觸探技術(shù)得到了更好的應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

靜力觸探技術(shù)的本質(zhì)是原位測(cè)試技術(shù)，其廣泛的應(yīng)用在我國(guó)的巖土工程領(lǐng)域。靜力觸探技術(shù)能夠在工程項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，準(zhǔn)確并且真實(shí)的反映巖土的相應(yīng)特征，并且反映工程建設(shè)的相應(yīng)參數(shù)。因此利用靜力觸探技術(shù)能夠提升工作效率、減少工作時(shí)間、提升工程質(zhì)量。近年來(lái)靜力觸探技術(shù)得到了一定程度的發(fā)展，我國(guó)的靜力觸探技術(shù)也吸收了許多國(guó)外先進(jìn)的理論知識(shí)，對(duì)靜力觸探技術(shù)進(jìn)一步的加以完善。對(duì)于以往靜力觸探技術(shù)中所存在的局限性，也逐漸的加以改進(jìn)。在未來(lái)靜力觸探技術(shù)的作用能夠得到進(jìn)一步的發(fā)展，從而更好地應(yīng)用到巖土工程勘察中去，提升勘察的精準(zhǔn)度。