1、静力触探试验静力触探试验是用静力将探头以一定的速率压入土中，利用探头内的力传感器，通过电子量测仪器将探头受到的贯入阻力记录下来。由于贯入阻力的大小与土层的性质有关，因此通过贯入阻力的变化情况，可以达到了解土层的工程性质的目的。静力触探试验可根据工程需要采用单桥探头、双桥探头或带孔隙水压力量测的单、双桥探头，可测定比贯入阻力(ps)、锥尖阻力(qc) 侧壁阻力(fs)和贯入时的孔隙水压力（u）。静力触探试验适用于软土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。一、静力触探的试验设备静力触探设备试验由加压装置、反力装置、探头及量测记录仪器等四部分组成：（一）加压装置加压装置的作用是将探头压入土层中，
2、按加压方式可分为下列几种。1.手摇式轻型静力触探。利用摇柄、链条、齿轮等用人力将探头压入土中。用于较大设备难以进入的狭小场地的浅层地基土的现场测试。2.齿轮机械式静力触探。主要组成部件有变速马达(功率 2.83kW) 、伞形齿轮、丝杆、稻香滑块、支架、底板、导向轮等。其结构简单，加工方便，既可单独落地组装，也可装在汽车上，但贯入力小，贯入深度有限。3.全液压传动静力触探。分单缸和双缸两种。主要组成部件有：油缸和固定油缸底座、油泵、分压阀、高压油管、压杆器和导向轮等。目前在国内使用液压静力触探仪比较普遍，一般最大贯入力可达 200kN。(二) 反力装置静力触探的反力用三种形式解决：1.利用地锚作
3、反力。当地表有一层较硬的粘性土覆盖层时，可以是使用 24个或更多的地锚作反力，视所需反力大小而定。锚的长度一般 1.5m 左右，叶片的直径可分成多种，如 25、30 、35、40cm，以适应各种情况。2.用重物作反力。如地表土为砂砾、碎石土等，地锚难以下入，此时只有采用压重物来解决反力问题，即在触探架上压以足够的重物，如钢轨、钢锭、生铁块等。软土地基贯入 30m 以内的深度，一般需压重物 4050kN。3.利用车辆自重作反力。将整个触探设备装在载重汽车上，利用载重汽车的自重作反力。贯入设备装在汽车上工作方便，工效比较高，但由于汽车底盘距地面过高，使钻杆施力点距离地面的自由长度过大，当下部遇到硬
4、层而使贯入阻力突然增大时易使钻杆弯曲或折断，应考虑降低施力点距地面的高度。触探钻杆通常用外径 3235mm、壁厚为 5mm 以上的高强度无缝钢管制成，也可用 42mm的无缝钢管。为了使用方便，每根触探杆的长度以 1m为宜，钻杆接头宜采用平接，以减小压入过程中钻杆与土的摩擦力。（三）探头1.探头的工作原理将探头压入土中时，由于土层的阻力，使探头受到一定的压力。土层的强度愈高，探头所受到的压力愈大。通过探头内的阻力传感器(以下简称传感器)，将土层的阻力转换为电讯号，然后由仪表测量出来。为了实现这个目的，需运用三个方面的原理，即材料弹性变形的虎克定律、电量变化的电阻率定律和电桥原理。传感器受力后要产
5、生变形。根据弹性力学原理，如应力不超过材料的弹性范围，其应变的大小与土的阻力大小成正比,而与传感器截面积成反比。因此，只要能将传感器的应变大小测量出，即可知土阻力的大小，从而求得土的有关力学指标。如果在传感器上贴上电阻应变片，当传感器受力变形时，应变片也随之产生相应的应变从而引起应变片的电阻产生变化，根据电阻定律，应变片的阻值变化与电阻丝的长度变化成正比，与电阻丝的截面积变化成反比，这样就能将传感器的变形转化为电阻的变化。但由于传感器在弹性范围内的变形很小，引起电阻的变化也很小，不易测量出来。为此，在传感器上贴一组电阻应变片，组成一个电桥电路，使电阻的变化转化为电压的变化，通过放大，就可以测量
6、出来。因此，静力触探就是通过探头传感器实现一系列量的转换：土的强度土的阻力传感器的应变电阻的变化电压的输出，最后由电子仪器放大和记录下来，达到测定土强度和其他指标的目的。2.探头的结构目前国内用的探头有三种(如图 45 所示)，一种是单桥探头，另一种是双桥探头。此外还有能同时测量孔隙水压的两用（psu）或三用 qcufs)探头，即在单桥或双桥探头的基础上增加了能量侧孔隙水压力的功能。(1)单桥探头；单桥探头由带外套筒的锥头、弹性元件(传感器) 、顶柱和电阻应变片组成，锥底的截面积规格不一，常用的探头型号及规格见表 42，其中有效侧壁长度为锥底直径的 1.6 倍。 (2)双桥探头。单桥探头虽带有
7、侧壁摩擦套筒，但不能分别测出锥头阻力和侧壁摩擦阻力。双桥探头除锥头传感器外，还有侧壁摩擦传感器及摩擦套筒。侧壁摩擦套筒的尺寸与锥底面积有关。双桥探头结构见图 45，其规格见表 43。(3)探头的密封及标定要保证传感器高精度地进行工作，就必须采取密封、防潮措施，否则因传感器受潮而降低其绝缘电阻，使零飘增大，严重时电桥不能平衡，测试工作无法进行。密封方法有包裹法、堵塞法、充填法等。用充填法时应注意利用中性填料，且填料要呈软膏状，以免对应变片产生腐蚀或影响讯号的传递。（四）量测记录仪器目前我国常用静力触探的量测记录仪器有两种类型，一种为电阻应变仪，另一种为自动记录仪。1.电阻应变仪电阻应变仪由稳压电
8、源、振荡器、测量电桥、放大器、相敏检波器和平衡指示器等组成。应变仪是通过电桥平衡原理进行测量的。当触探头工作时，传感器发生变形，引起测量电桥电路的电压平衡发生变化，通过手动调整电位器使电桥达到新的平衡，根据电位器调整程度就可确定应变的大小，并从读数盘上直接读出。2.自动记录仪自动记录仪是由通用的电子电位差计改装而成，它能随深度自动记录土层贯入阻力的变化情况，并以曲线的方式自动绘在记录纸上，从而提高了野外工作的效率和质量。它主要由稳压电源、电桥、滤波器、放大器、滑线电阻和可逆电机组成。由探头输出的信号，经过滤波器以后，产生一个不平衡电压，经放大器放大后，推动可逆电机转动，与可逆电机相连的指示机构
9、，就沿着有分度的标尺滑行，标尺是按讯号大小比例刻制的，因而指示机构所显示的位置即为被测讯号的数值。 近年来已有将静力触探试验过程引入微机控制的行列。即在钻进过程中可显示和存入与各深度对应的 qc 和 fs 值，起拔钻杆时即可进行资料分析处理，打印出直观曲线及经过计算处理的各土层的 qc、fs 平均值，并可永久保存，还可根据要求进行力学分层。二、静力触探现场试验要点(一) 试验前的准备工作试验前的准备工作有：1.设置反力装置(或利用车装重量)。2.安装好加压和量测设备，并用水准尺将底板调平。3.检查电源电压是否符合要求。4.检查仪表是否正常。5.检查探头外套筒及锥头的活动情况，并接通仪器，利用电
10、阻挡调节度盘指针，如调节比较灵活，说明探头正常。(二) 现场试验现场试验步骤如下：1.将仪表与探头接通电源，打开仪表和稳压电源开关，使仪器预热 15min。2.根据土层软硬情况，确定工作电压，将仪器调零，并记录孔号、探头号、标定系数、工作电压及日期。3.先压入 0.5m，稍停后提升 10cm，使探头与地温相适应，记录仪器初读数o。试验中每贯入 10mm 测记读数 1一次。以后每贯入 35m，要提升510cm ，以检查仪器初读数 o。4.探头应匀速垂直压入土中，贯入速度控制在 1.2m/min。：5.接卸钻杆时，切勿使入土钻杆转动，以防止接头处电缆被扭断，同时应严防电缆受拉，以免拉断或破坏密封装
11、置。6.防止探头在阳光下暴晒，每结束一孔，应及时将探头锥头部分卸下，将泥沙檫洗干净，以保持顶柱及外套筒能自由活动。(三) 静力触探试验的技术要求静力触探试验的技术要求应符合下列规定：1.探头圆锥锥底截面积应采用 10cm2 或 15cm2，单桥探头侧壁高度应分别采用 57mm 或 70mm，双桥探头侧壁面积应采用 150300cm2，锥尖锥角应为 60。2.探头测力传感器应连同仪器、电缆进行定期标定，室内探头标定测力传感器的非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度漂移、归零误差均应小于1%FS，现场试验归零误差应小于 3%，绝缘电阻不小于 500M。3.深度记录的误差不应大于触探深度的1% 。4
12、.当贯入深度超过 30m 或穿过厚层软土后再贯入硬土层时，应采取措施防止孔斜或断杆，也可配置测斜探头，量测触探孔的偏斜角，校正土层界线的深度。5.孔压探头在贯入前，应在室内保证探头应变腔为已排除气泡的液体所饱和，并在现场采取措施保持探头的饱和状态，直至探头进入地下水位以下的土层为止。在孔压静探试验过程中不得上提探头。6.当在预定深度进行孔压消散试验时，应量测停止贯入后不同时间的孔压值， 其计时间隔由密而疏合理控制；试验过程中不得松动探杆。三、试验成果整理（一)单孔资料的整理1.初读数的处理初读数是指探头在不受土层阻力的条件下，传感器的初始应变的读数。影响初读数的因素很多，最主要的是温度。因为现
13、场工作过程的地温与气温同探头标定时的温度不一样。消除初读数影响的办法，可采用每隔一定深度将探头提升一次，在其不受力的情况下将应变仪调零一次，或测定一次初读数。后者在进行应变量计算时，按下式消除初读数的影响式中：应变量，；1探头压入时的读数 ；o初读数 。2.贯入阻力的计算将电阻应变仪测出的应变量 ，换算成比贯入阻力 ps（单桥探头），或锥头阻力 qc 及侧壁摩擦力 fs(双桥探头)。3.摩阻比的计算摩阻比是以百分率表示的双桥探头的各对应深度的锥头阻力和侧壁摩擦力的比值（三）绘制触探曲线单桥和双桥探头应绘制 psz 曲线、qcz 曲线、fsz 曲线、Rf z 曲线；孔压探头尚应绘制 uiz 曲线
14、、qtz 曲线、ftz 曲线、Bqz 曲线和孔压消散 utlgt 曲线。其中，Rf摩阻比；ui孔压探头贯入土中量测的孔隙水压力(即初始孔压)；qt真锥头阻力(经孔压修正 )；ft真侧壁摩阻力( 经孔压修正)；Bq静探孔压系数,(四) 划分土层界限根据静力触探曲线对土进行力学分层，或参照钻孔分层结合静探曲线的大小和形态特征进行土层工程分层，确定分层界线。土层划分应考虑超前与滞后的影响，其确定方法如下：1.上下层贯入阻力相差不大时，取超前深度和滞后深度的中点，或中点偏向小阻值土层 510cm 处作为分层界面。2.上下层贯入阻力相差 1 倍以上时，当由软层进入硬层或由硬层进入软层时，取软层最后一个(
15、或第一个) 贯入阻力小值偏向硬层 10cm 处作为分层界面。3.上下层贯入阻力无甚变化时，可结合 fs 或 Rf 的变化确定分层界面。(五) 分层贯入阻力计算单孔各分层的贯入阻力，可采用算术平均法或按触探曲线采用面积法，计算时应剔除个别异常值(如个别峰值) ，并剔除超前、滞后值。计算勘察场地的分层阻力时，可按各孔穿越该层的厚度加权平均计算场地分层的平均贯入阻力，或将各孔触探曲线叠加后，绘制低值与峰值包络线，以便确定场地分层的贯入阻力在深度上的变化规律及变化范围。四、成果应用（一)应用范围静力触探试验的应用范围有：1.查明地基土在水平方向和垂直方向的变化，划分土层确定土的类别。2.确定建筑物地基
16、土的承载力和变形模量以及其他物理力学指标。3.选择桩基持力层，预估单桩承载力，判别桩基沉入的可能性。4.检查填土及其他人工加固地基的密实程度和均匀性，判别砂土的密度及其在地震作用下的液化可能性。5.湿陷性黄土地区用来查找浸水湿陷事故的范围和界线。(二) 按贯入阻力进行土层分类1.分类方法。利用静力触探进行土层分类，由于不同类型的土可能有相同的ps、qc 或 fs 值，因此单靠某个指标，是无法对土层进行正确分类的。在利用贯入阻力进行分层时，应结合钻孔资料进行判别分类。使用双桥探头时，由于不同土的 qc 和 fs 值不可能都相同，因而可以利用 qc 和 fs/qc。(摩阻比)两个指标来区分土层类别
17、。对比结果证明，用这种方法划分土层类别效果较好。2.利用 qc 和 fs/qc 分类的一些经验数据3.铁道部静力触探技术规则(1989 年)使用双桥探头资料，可划分土类。(三) 确定地基土的承载力目前，为了利用静力触探确定地基土的承载力，国内外都是根据对比试验结果提出经验公式，以解决生产上的应用问题。建立经验公式的途径主要是将静力触探试验结果与载荷试验求得的比例界限值进行对比，并通过对比数据的相关分析得到用于特定地区或特定土性的经验公式。对于粉土则采用下式：fo=36ps 44.6 (412)式中：fo地基承载力基本值，kPa；ps单桥探头的比贯入阻力，单位为MPa。(四) 确定不排水抗剪强度
18、 Cu 值 用静力触探求饱和软粘土的不排水综合抗剪强度(Cu），目前是用静力触探成果与十字板剪切试验成果对比，建立 ps 与 Cu 之间的关系，以求得 Cu 值(五) 确定土的变形性质指标1.基本公式Buisman 曾建议砂土的 Esqc 关系式为Es=1.5qc (413)式中：Es固结试验求得的压缩模量，MPa。这个公式是由下列假设推出来的：(1)触探头类似压进半无限弹性压缩体的圆锥。(2)压缩模量是常数，并且等于固结试验的压缩模量 Es。(3)应力分布的 Boussinesq 理论是适用的。(4)与土的自重应力 相比，应力增量 很小。由于土在产生侧向位移之前首先被压缩，在压入高压缩土层中的触探头与上述假设条件之间存在着相似性。因此，从理论上来考虑，是可以在探头阻力与土的压缩性之间建立相关关系的经验公式。2.经验式(六) 估计饱和粘性土的天然重度利用静力触探比贯入阻力 ps 值，结合场地或地区性土质情况(含有机物情况、土质状态)可估计饱和粘性土的天然重度七)确定砂土的内摩擦角砂土的内摩擦角可根据静力触探参数估计。(八) 估算单桩承载力静力触探试验可以看做是一小直径桩的现场载荷试验。对比结果表明，用静力触探成果估算单桩极限承载力是行之有效的。
