探究靜力觸探在巖土工程勘探中的應(yīng)用

熊歡 李山鵬 吳迪 熊萬(wàn)杰 馬晨原

摘要：巖土工程勘探領(lǐng)域在國(guó)家整體實(shí)力提升的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了很多突破與創(chuàng)新，除了靈活運(yùn)用各種先進(jìn)的勘探技術(shù)和手段以外，原有的勘探方式與工作理念也經(jīng)過(guò)某些科研團(tuán)隊(duì)的研究得到了進(jìn)一步完善。巖土工程勘探領(lǐng)域應(yīng)用最為頻繁且重要的一種技術(shù)就是靜力觸探，勘探團(tuán)隊(duì)以提升巖土工程勘探質(zhì)量與效率為目的，必須加強(qiáng)對(duì)靜力觸探技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)和應(yīng)用原理的研究，以便更好的發(fā)揮其在勘探實(shí)踐中的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：靜力觸探;巖土工程;探勘;應(yīng)用

原位測(cè)試巖土工程能最大化的避免巖土體原生結(jié)構(gòu)因原位應(yīng)力的釋放而受到擾動(dòng)影響，尤其是由鉆探、運(yùn)輸、取樣等作業(yè)環(huán)節(jié)帶來(lái)的影響因素，高效的獲取能夠直觀反映巖土體宏觀結(jié)構(gòu)特征的工程參數(shù)，而靜力觸探就是在該領(lǐng)域應(yīng)用最廣最普遍的一種手段。靜力觸探試驗(yàn)的過(guò)程就是以勻速狀態(tài)的靜力壓力將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓錐形探頭送到土層中，與此同時(shí)完成土的力學(xué)特性、探頭阻力測(cè)探的原位測(cè)試手段，其同時(shí)具有收集不同工程地質(zhì)參數(shù)和明確地層界面的功能。

1 靜力觸探技術(shù)概述

測(cè)試工作一直以來(lái)就是巖土工程勘探的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)用于該環(huán)節(jié)的靜力觸探測(cè)試技術(shù)能夠讓土層所處位置保持天然含水量、天然屆歐股和天然應(yīng)力的情況下完成巖土各項(xiàng)工程力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定，具有高效、穩(wěn)定的特點(diǎn)。在具體的試驗(yàn)過(guò)程中，某種規(guī)格的金屬探頭經(jīng)過(guò)機(jī)械裝置外力的作用，在靜力壓的推動(dòng)下進(jìn)入土層，在此過(guò)程中結(jié)合傳感器與測(cè)量?jī)x的功能來(lái)獲得觸探頭產(chǎn)生動(dòng)力值，進(jìn)而更加準(zhǔn)確的確定巖土種類和相關(guān)參數(shù)。靜力觸探設(shè)備的組成主要是探頭、地層阻力傳感器、測(cè)量記錄裝置和觸探機(jī)這幾個(gè)部分，現(xiàn)階段的靜力觸探技術(shù)實(shí)際應(yīng)用幾乎都是雙橋探頭、單橋探頭、帶孔隙水壓力測(cè)的單雙探頭，具體探頭類型的選用要考慮工程環(huán)境的差異[1]。巖土工程勘探過(guò)程中有一個(gè)重要內(nèi)容就是合理區(qū)分土層與土類，恰好靜力觸探技術(shù)能夠高效且正確的完成這區(qū)分工作，還能一并得出修正單樁承載力的極限值，同時(shí)科學(xué)判定地基土液化幾率，獲取精準(zhǔn)的地基土物理力學(xué)參數(shù)等，為設(shè)計(jì)施工人員提供更多的土層參考信息。

2 應(yīng)用靜力觸探技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

靜力觸探技術(shù)具有完整持續(xù)記錄底層數(shù)據(jù)的功能，直觀的呈現(xiàn)地層土質(zhì)層情況，進(jìn)而給樁基設(shè)計(jì)與施工建設(shè)提供最客觀的指導(dǎo)。靜力觸探技術(shù)在當(dāng)做測(cè)試手段使用時(shí)，能最大化的避免對(duì)四周巖土體造成不利影響，也能標(biāo)正地基土的強(qiáng)度和密實(shí)度保持不變。另外，靜力觸探試驗(yàn)在具體功能上還具有綜合性特征，基于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真詳細(xì)的勘探去深入了解地質(zhì)分層的情況，在勘探過(guò)程中一并反映一系列相關(guān)參數(shù)，比如砂土密實(shí)度、砂土液化水平、地基承載值、樁基承載值和黏土指標(biāo)等。合理運(yùn)用靜力觸探手段能在很大程度上級(jí)減輕工程取樣的工作量，不需要和以前以往準(zhǔn)備大量取樣，實(shí)現(xiàn)了勘察效率提升，正是因?yàn)槿绱瞬抛屍涑蔀榱藨?yīng)用頻繁的巖土工程勘察手段。

3 巖土工程勘探中靜力觸探的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 明確土層剖面并劃分土質(zhì)類別

地質(zhì)土層的形態(tài)與土樣密度在自然環(huán)境下必然是有差異性的，將靜力觸探應(yīng)用于土層工程勘察中能快速將土層作出合理的分類，特別是硬度偏小的粘性土、軟土、淤泥土、土壤與礫石等。靜力觸探技術(shù)主要是通過(guò)穿透阻力來(lái)側(cè)面性的反映土壤的變形特征及強(qiáng)度，并將此作為分層土壤的依據(jù)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是根據(jù)不同的阻力參數(shù)和曲線形狀來(lái)完成最終分類。比如土層阻力小、水壓大、摩擦阻力大、曲線變化小，多半為黏土;水壓過(guò)小、土層阻力大、摩擦阻力小、曲線變化快，多半都沙子。在測(cè)量探頭已從第一層土壤穿出，并成功達(dá)到二層土壤時(shí)，探頭的阻力將同時(shí)受到上層與下層土壤的影響，測(cè)量數(shù)據(jù)也會(huì)對(duì)應(yīng)的發(fā)生變化[2]。靜力觸探深度數(shù)據(jù)和穿透阻力曲線在具體的測(cè)量工作中，只要提供給設(shè)計(jì)人員，就能完整的繪制出土層剖面圖，通過(guò)對(duì)比發(fā)分析鉆孔資料并完成土壤分層，確保勘探精確度。

3.2 地基承載力的確定

勘探團(tuán)隊(duì)在巖土工程勘探實(shí)際工作中要確定地基承載力，這是確保后期工程項(xiàng)目順利開(kāi)展的基礎(chǔ)條件。關(guān)于地基承載力的確定，其間是使用到繁多復(fù)雜的計(jì)算公式，確保測(cè)量工作準(zhǔn)確性除了正確使用計(jì)算公式以外，還要全面把控和了解各種測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，做到在不同的情況下靈活、合理的應(yīng)用各種計(jì)算公式。靜力觸探技術(shù)的應(yīng)用同樣也會(huì)使用到多種計(jì)算公式和各種對(duì)應(yīng)的測(cè)量方法，單向?qū)Ρ确?、綜合對(duì)比法等等。因此，勘探團(tuán)隊(duì)在地基承載力測(cè)量環(huán)節(jié)中，必須做到全面掌握可能使用到的所有計(jì)算公式和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，一并完成地基承載力測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄、整理和分析，保證巖土勘探工作質(zhì)量。

3.3 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)方面

靜力觸探技術(shù)的合理應(yīng)用能促進(jìn)樁基設(shè)計(jì)工作順利開(kāi)展，尤其樁基設(shè)計(jì)參數(shù)方面的事項(xiàng)。關(guān)于靜力觸探技術(shù)的具體應(yīng)用，相關(guān)工作人員會(huì)將測(cè)量探頭送入相應(yīng)地層中開(kāi)展測(cè)量試驗(yàn)， 產(chǎn)生于試驗(yàn)過(guò)程中的諸多阻力信號(hào)并非完全一直，有一定差異性，在這種情況下要想進(jìn)一步了解情況就需要勘探人員回傳底層情況的信號(hào)。相比之下，這種測(cè)量方式和大部分工程項(xiàng)目的樁基設(shè)計(jì)原理大體相同，有很多共通點(diǎn)存在于數(shù)據(jù)測(cè)量和分析板塊，因此合理使用靜力觸探技術(shù)能在樁基承載力計(jì)算、樁載力層選擇以及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)收集等方面發(fā)揮重要作用[3]。除此以外，有一點(diǎn)需要注意的就是靜力觸探技術(shù)應(yīng)用過(guò)程必須合理選擇觸頭，比如在樁基礎(chǔ)檢測(cè)工作中，使用雙橋靜觸頭比單橋靜觸頭更具實(shí)用性和便利性，合理的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)獲取對(duì)整個(gè)樁基建設(shè)工作意義重大。

3.4 判斷土層變形指標(biāo)

靜力觸探技術(shù)在具體使用工程中，可通過(guò)相關(guān)設(shè)備穿透土層，在記錄、收集和分析穿透土層時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的阻力數(shù)值基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)土層信息、國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)，就能確定最終的土層壓縮模量以及所測(cè)土層的變形指數(shù)。態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膩?lái)說(shuō)，這種探測(cè)技術(shù)所判定的土層沉降變形指數(shù)并不精確，只是一個(gè)大體上的參照值，因此需要結(jié)合土層土樣實(shí)驗(yàn)分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各種儀器更為精準(zhǔn)的分析，從而得到一個(gè)準(zhǔn)確性更高的變形指數(shù)。這一點(diǎn)屬于靜力觸探技術(shù)在巖土勘探工程應(yīng)用中為數(shù)不多的一個(gè)缺點(diǎn)。

3.5 判定砂土液化程度和幾率

科學(xué)應(yīng)用靜力觸探技術(shù)能判定巖土工程砂土發(fā)生液化的幾率，并預(yù)測(cè)性分析砂土液化將給工程項(xiàng)目帶來(lái)的危害，進(jìn)而提升工程現(xiàn)場(chǎng)砂土飽和程度。通過(guò)靜力觸探技術(shù)價(jià)值的發(fā)揮，提供可靠的參考數(shù)據(jù)給抗震設(shè)計(jì)研究，同時(shí)合理規(guī)劃與之相對(duì)應(yīng)的砂土反液化方案，確保工程建設(shè)工作持續(xù)穩(wěn)定的開(kāi)展。一般來(lái)說(shuō)，巖土勘探隊(duì)伍基于靜力觸探技術(shù)的靈活應(yīng)用，在獲得土層穿透阻力值和液化錐形頂端臨界值的條件下，即可對(duì)土壤液化程度和可能性作出初級(jí)判定，同時(shí)結(jié)合對(duì)應(yīng)的液化比率進(jìn)行深入的對(duì)比分析，確定砂土液化情況是否存在[4]。比如，以正常液化比率為準(zhǔn)，當(dāng)砂土穿透阻力值略高時(shí)，則表明土壤已經(jīng)存在輕微液化請(qǐng)，如果砂土穿透阻力值小于正常液化比率，表示土壤現(xiàn)狀為非液化狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，靜力觸探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有現(xiàn)場(chǎng)原地探測(cè)、操作便捷易上手的優(yōu)點(diǎn)，在復(fù)雜地層、飽和砂場(chǎng)、黏土底層等地質(zhì)條件勘測(cè)中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)最為明顯。具體應(yīng)用環(huán)節(jié)中必然會(huì)面對(duì)不同巖土層結(jié)構(gòu)差異化的問(wèn)題，這就需要施工人員立足于土壤本身力學(xué)性能，構(gòu)建符合當(dāng)?shù)貛r土層的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，提升調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

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