1、揭博高速公路靜力觸探技術交流材料中鐵建港航局集團巖土工程有限公司2013年6月3目 錄概述1一、儀器設備11.1貫入系統11.2探桿21.3探頭31.4電纜41.5測記錄儀器4二、現場操作52.1準備工作52.2現場操作要點5三、資料整理7四、數據應用84.1劃分土層界線84.1.1土層劃分方法84.1.2分層中的超前和滯后現象114.2確定地基的承載力11概述靜力觸探試驗（static cone penetration test，簡稱靜探CPT），是利用靜力以一恒定的貫入速率將圓錐探頭通過一系列探桿壓入土中，根據測得的探頭貫入阻力大小來間接判定土的物理力學性質的原位試驗。適用于：軟土、粘性土

2、、粉土、（飽和）砂土和含少量碎石的土。優點：（1）測試連續、快速，效率高，功能多，兼有勘探與測試的雙重作用；（2）采用電測技術后，易于實現測試過程的自動化，測試成果可由計算機自動處理，大大減輕了人的工作強度。缺點：（1）貫入機理不清，無數理模型；（2）對碎石類土和密實砂土難以貫入，也不能直接觀測土層。在地質勘探工作中，靜力觸探常和鉆探取樣聯合運用。一、 儀器設備靜力觸探設備包括：加壓系統（貫入系統、探桿）和量測系統（探頭、電纜、量測記錄儀表）。1.1 貫入系統包括觸探主機與反力裝置，觸探機借助反力裝置提供的反向壓力把探頭和探桿勻速壓入土中（壓入速率宜為1.21.5m/分）。觸探主機按傳動方式不

3、同可分為機械式和液壓式。液壓式貫入力大；而機械式貫入力一般小于5t，比較輕便，便于人工搬運。液壓式一般用車裝，如靜力觸探車貫入力一般大于10t，貫入深度大、效率高、勞動強度低，適用于交通方便的地區。按貫入力大小可分為：輕型（23t）、中型（510t）和重型（1520t）。反力裝置的作用是固定觸探主機，提供探頭在貫入過程中所需的反力，一般是采用地錨作為反力裝置。圖1液壓式靜力觸探機作業現場照片圖2機械式靜力觸探機作業現場照片1.2 探桿探桿用高強度鋼材制成，每根1m長，直徑略小于探頭直徑。圖3靜力觸探鉆桿照片1.3 探頭探頭是靜力觸探儀測量貫入阻力的關鍵部件，有嚴格的規格與質量要求。一般分圓錐形

4、的端部和其后的圓柱形摩擦筒兩部分，其尺寸見表1。目前國內外使用的探頭可分為三種形式：單橋靜力觸探：測定比貫入阻力（Ps）雙橋靜力觸探：測定錐尖阻力（qc）和側壁摩阻力（fs）孔壓靜力觸探（CPTU）：測定錐尖阻力（qc）和探頭貫入時土中的孔隙水壓力（u）表1單橋、雙橋及孔壓探頭的外形規格錐頭截面積A (cm2)探頭直徑D（mm）錐 角（）單橋探頭雙橋及孔壓探頭有效側壁長度（mm）摩擦筒長度（mm）摩擦筒側面積(cm2)1035.70.1860157133.71501543.70.2260170218.53002050.40.2560181189.5300錐頭底面積越大，錐頭所能承受的抗壓強度越

5、高，探頭不易受損，但所需貫入壓力越大；錐頭底面積越小，所需貫入壓力越小。在同一測試工程中，宜使用統一規格的探頭，以便比較。圖4單橋（下）、雙橋（上）探頭照片1.4 電纜電纜作用是連接探頭和量測記錄儀表。一般使用四芯和八芯屏蔽電纜，具有防水性和絕緣性，直徑比探桿接頭內直徑小。1.5 測記錄儀器測量與記錄顯示裝置一般可分為兩種，電阻應變儀和可實現自動記錄的靜探微機，前者間斷測記、人工繪圖；后者可連續測記，計算機繪圖和處理數據。目前普遍采用靜探微機，其具有操作簡便、處理數據效率高、精度高的特點。圖5整套靜力觸探測量系統二、 現場操作2.1準備工作（1）靜力觸探頭的選擇與標定i.應根據土層性質和預估靜

6、力觸探貫入阻力，選擇大小合適的靜力觸探頭。一般機械式靜探主機采用小型探頭，液壓式靜探主機采用中、大型探頭。ii.靜力觸探頭在使用前，必須進行標定，以取得各傳感器率定系數。靜力觸探頭一般每三個月標定一次。當在規定期限內發現異常情況時，應重新標定。（2）觸探桿、探頭、電纜的檢查探桿應平直無損傷，絲口處應無滑絲現象。錐尖、頂柱和摩擦筒滑動應靈活；如滑動不靈活，將其拆下擦洗上油或者換新。電纜外表應無損壞，如有輕微損傷，可用防水膠涂上，并且用防水膠布包好。將電纜按探桿連接順序各節穿入，探桿根數要滿足所測地層的最大深度，電纜線要比探桿總長度長56米。然后將探頭通過電纜與測量儀表聯接好。（3）平整場地和安裝

7、靜力觸探機i.孔位應避開地下電纜、管線及其它地下設備。ii.當擬定孔位處地面不平整時，應先平整場地，并根據勘察深度和表層土的性質，確定地錨的個數和排列形式。iii.靜力觸探機安裝要平穩，應與下入土中的地錨牢固連接。（4）其它準備工作在測試前應了解以下情況：1）工程的類型、名稱、孔位分布以及孔深要求。2）調查了解現場或附近已有的勘探資料，初步了解現場地層情況。地表有無雜物及地下設施，以及它的確切位置，有無高壓線、強磁場。2.2現場操作要點（1）安裝觸探主機和反力系統，利用水平尺調平機座，使鉆桿與地面垂直，觸探機與反力系統銜接、固定。（2）探頭、電纜、記錄儀器的接插調試要正確，連接方法應跟率定時一

8、致。（3）觸探機的貫入速率應控制在1.2m/min左右，手把轉速應均勻。液壓式靜探儀一般在液壓系統中設置了固定的貫入速率。（4）使用單橋或雙橋探頭時，應在貫入地面以下0.51.0m后，待探頭溫度與土的溫度一致后。上提510cm（處于不受力狀態）記錄零讀數或調零；即可正式貫入。以后每貫入2m提升探頭510 cm，并記錄探頭歸零讀數。終孔起拔時和探頭拔出地面后，應記錄歸零讀數。（5）貫入過程中應隨時檢查地錨的緊固情況，發現松動應及時調整或停止貫入。（6）在貫入過程中出現以下任何一項情況時，應停止貫入，應在記錄表上標明：i.反力裝置失效；ii.貫入時探桿明顯彎曲；iii.探頭達到額定荷載時；iv.記

9、錄儀器顯示異常。（7）安裝深度轉換器時，應保證導輪工作正常；當深度轉換器引起的孔深誤差超過1%時，應查明原因予以更換。（8）數據記錄內容i. 記錄工程名稱、樁號、孔號、作業日期等基本信息。ii. 記錄時，應每貫入10cm 記錄讀數一次。iii. 在收工前測量觸探孔內的地下水位。iv. 使用雙橋探頭時，貫入第一個10cm時只記qc；從第2個10cm開始，才同時記錄qc和fs。（9）其它注意事項i. 將探頭拔出地面后，對探頭應進行檢查、清理。ii. 觸探孔應避開地下設施（地下電纜、涵管等）。iii. 工作現場應盡量避開高壓線，變壓器，以保證人身安全和儀表正常工作。iv. 精心保護好儀器，采取防雨、

10、防潮、防震措施。儀器不用時，應定期開啟儀器，并使其工作半小時以上。v. 保護好探頭，嚴禁摔打探頭；避免探頭暴曬、受凍；不許用電纜代拉探桿；裝卸探頭時，只可轉動探桿，不可轉動探頭，接桿時，必須要擰緊，以防止孔斜，以及在起撥時掉桿。vi. 在整個測試過程中，各操作人員應互相配合，認真作業，以免發生人身、儀器意外事故。三、 資料整理資料整理包括深度修正、歸零修正，觸探參數的計算，繪制靜力觸探曲線，場地內各土層靜探參數計算值確定。（1）深度修正可以按下式計算： H=nL+h-L 式中：H探頭實際貫入深度（m） L每根探桿長度（m） n壓入土中的探桿根數 h探頭長度（m） L未壓入土的探桿長度（m）（2

11、）歸零修正對各傳感器的輸出值按歸零檢查的深度間隔以線性內插法加以修正。各深度的測試讀數可用以下公式修正： X=X-X 式中：X某深度讀數的修正值 X該深度的讀數 X相應深度的零漂值（3）觸探參數的計算：各深度的觸探力學指標可以按下面的公式計算： P=K* X Rf=（fs/qc）100 式中：P各觸探參數代號（kPa），分別為單橋靜力觸探比貫入阻力ps、雙橋靜力觸探錐尖阻力qc和側摩阻力fs； Rf摩阻比（%）。（4）繪制靜力觸探曲線：應繪制psh或qch；fsh和Rfh曲線。以深度為縱軸，比例尺一般為1100或1200；Ps、qc比例尺：1cm代表1000 kPa；fs比例尺：1cm代表10

12、 kPa；Rf比例尺：1cm代表1%。（5）場地內各土層靜探參數計算值確定當土質均勻、測試數據離散度較小時，應根據各觸探孔穿越該層的厚度，采用厚度加權平均法按下式計算場地各土層的靜探參數：式中（或、）場地各土層貫入阻力（kPa）；第i孔穿越該層的厚度（m）；（或、）第i孔中該層的單孔貫入阻力（kPa）。當土質不均、測試數據離散度較大時，可分別按下兩式計算其最大平均值或最小平均值：（或、）（或、）四、 數據應用4.1劃分土層界線4.1.1土層劃分方法劃分土層是靜力觸探的基本應用之一，根據錐尖阻力、側摩阻力的分層稱為力學分層，結合鉆探取樣資料或當地經驗，可進一步將力學分層變為工程地質分層。在劃分土

13、層時，一般根據已有經驗，當實測Ps或qc不超過表2所列的變動幅度時可合并為一層。表2Ps或qc值并層容許變動幅度（MPa）實測范圍值變動幅度Ps/qc10.10.31Ps/qc30.30.53Ps/qc60.51.0根據工程經驗，平均錐尖阻力、側摩阻力值、平均摩阻比在不同土類中均有不同的取值范圍，并有一定的規律性。由粘性粉土粉細砂，隨著粘粒含量的逐步減小和土由細顆粒向粗顆粒逐漸增大，qc和fs平均值逐漸增大，Rf平均值一般逐漸減小。各地和各行業都有一些判別經驗，根據我司多年的靜力觸探經驗，可參考以下3種方法進行土層分類：（1）原鐵道部第一設計院提出的qc和Rf曲線土層分類判別圖，見圖1。圖中R

14、f摩阻比，qc錐尖阻力，當qc0.7MPa時可劃分為軟土。圖6用雙橋觸探參數判別土類（2）靜探指標取值范圍表，見表3。表3各類土中靜探指標取值范圍 指標及說明土層名稱摩阻比Rf（%）錐尖阻力qc（MPa）主要影響因素淤泥或淤泥質土30.7含水量和結構強度粘土或粉質粘土2.55.00.74.0狀態和結構強度粉土1.22.53.06.0含水量和密度砂土1.25.0顆粒級配和密實度（3）根據各類土的靜探雙橋曲線特征劃分，詳細如下：I雜填土：曲線變化無規律，往往出現突變現象，由于其位于表層，比較好判定。II粘土：qc曲線比較平緩，有緩慢的波形起伏，局部略有向右突峰，fs曲線略有突峰，在曲線右側且距離較

15、大，見圖7。II粉質粘土：qc曲線比較平緩，有緩慢的波形起伏，局部略有向右突峰，fs曲線局部略有突峰，與qc曲線距離較近，大部位于qc曲線右側局部交叉越過左側，見圖8。 圖7粘土特征曲線 圖8 粉質粘土特征曲線IV粉土：qc值較大，曲線呈鈍鋸齒狀，齒峰較緩，fs曲線一般位于qc曲線右側，局部間隔較大，但偶爾也和qc曲線左右穿插，見圖9。V粉細砂：qc值較大，曲線呈尖銳鋸齒狀，fs 曲線一般和qc曲線間隔較小，曲線尖峰處大部位于qc曲線以左；細砂中qc曲線和fs曲線的尖齒更為劇烈，局部呈不規則的、殘破的大鋸齒狀，f s曲線大部位于qc曲線左邊，見圖10。 圖9粉土特征曲線 圖10 粉細砂特征曲線

16、4.1.2分層中的超前和滯后現象根據靜探指標劃分地層，除了考慮貫入阻力大小的變化外，應注意由于地層結構對貫入阻力產生超前與滯后現象。在靜探曲線中可以明顯的看到，當軟地層轉為硬地層（或硬地層轉為軟地層）時，其貫入阻力不會是突變的，總是在一定深度范圍內逐漸增大（或減小）。以探頭由軟地層進入硬地層為例，當深度尚未到達分層時，其錐尖阻力即開始增大（超前點），直至阻力完全反應下部硬層指標時，其貫入深度已經進入硬層一定深度（滯后點）。在具體確定分層界線時，由于實際工作中所用的探頭直徑較小，其超前、滯后段一般為1020cm，因此，可取超前、滯后段的中點做為分層界線，已足夠滿足地層分層的精度要求。4.2確定地

17、基的承載力由于靜力觸探測定的是土的力學性質，反應了土的力學強度，因此，可利用靜力觸探與土的承載力等力學指標建立相關關系。目前在確定地基承載力時建立的經驗公式主要是將靜力觸探試驗結果與載荷試驗求得的比例界限值進行對比，并通過對對比數據的相關分析得到用于特定地區或特定土性的經驗公式。早期使用的單橋探頭測得的比貫入阻力Ps建立了很多經驗公式，近年來，普遍使用了雙橋探頭，測試指標是錐尖阻力qc和側壁摩阻力fs。有對比資料顯示，在相同的地層中，Ps略大于qc，二者的關系約為Ps=1.11.3qc，在此情況下，可認為Ps1.1qc，這樣做有一定的安全儲備。對于某些物理指標（如塑性指數）相似的土層，由于成因、結構不同，反映在土的計算參數上，也會產生較大的差異。可以說，沒有一個公式是萬能的，可以反映所有地區土層的力學屬性；從這個意義上講，地區經驗就顯得尤為重要。根據工程經驗，確定地基承載力可參考的經驗公式如下：（1）工業與民用建筑工程地質勘察規范（TJ21-77）砂土： f0=0.0197ps+65.6一般粘性土： f0=0.104ps+26.9