宁波冶金勘察设计研究股份有限公司
摘要：静力触探测试是岩土工程勘察中一项原位测试手段，在静力触探测试过程中，由于场地因素、地层原因等，当静探达到一定深度后阻力逐渐加大，触探杆极易产生弯曲、变形、甚至折断发生触探事故，使静力触探结果达不到设计要求，我公司从触探过程中的受力分析出发，通过改进装置改善受力状态，以提高静力触探测试的效率及深度
关键词：静力触探 扩孔器 润滑液
1.概述
宁波市区一般高层建筑的桩基础持力层埋深在50～65m之间，上部多为巨厚软土层（淤泥质土或粘性土）中间夹可塑粘性土或厚度不均的砂层。在静力触探实施过程中受端阻力和侧壁摩擦阻力的影响，当静探达到一定深度后阻力逐渐加大，触探杆极易产生弯曲、变形、甚至折断发生触探事故，或是地基锚固反力不足无法继续触探，从而导致测试深度不够达不到预定的测试效果。
以往遇到这种情况一般采用钻机进行钻探引孔、下套管等方法进行处理，孔深时要进行2-3次引孔；该方法受场地条件的限制、成本高、周期长。
因此，在此基础上我公司提出了对静探贯入过程进行技术改进，来达到静探探测的深度和准确度，能较好地降低成本和缩短工期。
2.静力触探技术（原理）
静力触探( Cone Penetration Test简称CPT)是原位测试中的一种重要手段，既具有在原位应力条件下进行，对土体扰动小，测定的范围大，反映微观、宏观结构的影响，连续记录土体的力学性质等优点，又能够克服室内试验费时费事、部分土取样困难、代表性差等缺点能够比较真实地反映地基土的抗剪强度特性。
在工程上广泛应用的是电测静力触探,采用电测新技术,并用微电脑使数据的采集、存储、处理、打印和绘图实现自动化,在现场即能取得土层剖面的变化信息,并提供土的岩土工程参数,大大地缩短了勘测周期,并能对岩土工程问题,如天然地基承载力、桩基承载力、地震液化势等进行评价。
本次实验设备采用SYW-20型静力触探车、15cm2双桥探头、液压推力系统、地锚反力系统，进场施工前，先对探头进行率定，并检查其质量，确认完好无损后才投入使用。现场记录仪器采用先进的LMC-D310型静探微机自动采集记录数据并绘制打印原始曲线。
3.静力触探改进技术的理论研究
3.1静力触探的受力原理
由于地层的不均匀性, 探杆的受力情况是比较复杂的，一般在静力触探过程中, 触探液压系统给探杆一个向下的压力P , 地层给探头一个向上的阻力N 和给探杆向上的摩擦力F，三个力达到如公式1关系时可进行触探。
当P > N +F 时, 触探可以进行，但当P ≤ N +F 时，触探就无法继续进行了。
所以要实现静力触探过程必须满足公式P > N +F；
3.2改进后静力触探受力的方法研究
实现静力触探过程必须满足公式P > N +F；可以看出，当无法满足上述公式时解决的方法一是增大推力P，二是尽量减小摩擦力F和端头阻力N；
在宁波地区进行静力触探时多数情况下是在，表层填土或杂填土开挖后，下锚在比较软的土层中，那么提供的锚固反力M就决定了推力P的大小即P=M，在实际触探过程中，如不使用外部荷载锚固反力M就很难提高，锚固反力达最大值后土体被破坏。
当不使用外部荷载时P=M，即最大锚固力不改变；
且N为端头阻力为 不变，那么只有通过减少F 来实现，P > N +F；
F= ，系数 ，钢材与土间的摩擦阻力系数，本次方法主要是通过减小 来实现的。
我公司对静力触探的改进技术，是在工作时在探头的尾部连接一个扩孔器比探头和探杆的外径要大些，并在触探时在探杆内加入润滑剂，润滑剂能从扩孔器预留的孔中流到探杆的表面，从而减小因探杆与土体产生的摩擦系数，使触探的阻力F减少,满足公式P > N +F的要求，增加触探深度的方法。
但触探的深度不是可以任意增加的，还要受到材料的强度和稳定性控制。
⑴ 强度条件
， 为探杆所承受的压应力， 为探杆的须用应力，当 ＞ 时，探杆就会折断；
⑵ 稳定性条件
从稳定性来看，通过材料力学中，欧拉公式：
式中E为压杆材料的弹性模量；
I为截面的主惯性矩；
为长度系数；
为压杆失稳时绕曲线中一个“半波正弦曲线”的长度，称为相当长度，这相当长度等于压杆失稳时绕曲线上两个弯矩零点之间的长度。
由公式可见当探杆长度l增加时,容易使探杆达到临界压力而出现“断杆”现象。
因此在实际触探过程中，不能把贯入压力加太大而导致“断杆”。
4.静力触探改进技术的现场实验
为了对改进方法进行验证，我公司通过多地点多次的现场试验。
4.1现场位置的确定
现场试验的地点选择了三个地方：
第一个试验地点为宁波市东钱湖中心小学，地层特点为上部土层较软，深度40m左右含砾砂夹圆砾；
第二个地点为慈溪市观海卫，地层特点为浅部有较厚的粉土层，通过添加润滑剂与不添加润滑剂进行对比试验，和使用清洁剂与皂化液两种不同润滑剂进行对比试验；
第三个地点宁波市湾头沿江景观带，地层特点深度50m左右含较厚的中砂。
4.2 实验结果的分析
㈠ 东钱湖镇中心小学试验，场地情况如下：
①1层粘土：灰黄色，可塑。①2层淤泥：灰色，流塑，②1层粘土：灰色，软塑。②2层淤泥：灰色，流塑，②3层淤泥质粉质粘土：灰色，流塑。②4层淤泥质粘土：灰色，流塑。③1层 粘土：灰色，软塑。③2层 粉质粘土：灰色，软塑。③3层 粘土：灰色、软塑。④1层 细砂：灰色、灰褐色，级配较差，含少量粘性土，局部相变为细砂或粉土。中密到密实。④2层 砾砂：灰褐色，级配较差，含少量粘性土，局部为圆砾，中密～密实。
从试验可看出，在砾砂层夹有圆砾的地层静力触探比较难穿越。
㈡ 慈溪市观海卫对比试验，场地情况如下：
①2层 粉质黏土：灰黄色、灰褐色，可塑；②层 粉质粘土：灰色，流塑，；③1 层粉土：灰色，具层理，层间含少量粉砂或黏性土，局部粉土与粉质黏土互层，稍密，局部中密；③2层 粉质粘土：灰色，流塑；③3 层 粉砂：灰色，主要矿物成分为长石、石英等，中密，局部稍密，饱和，夹粉土团块，含少量黏性土，局部为粉土。④1 层 淤泥质粉质黏土：灰色，流塑，④2 层 粉砂夹粉土：灰色，中密，局部稍密，饱和，夹粉土团块，含少量黏性土，局部为粉土。④3 层 粉质黏土：灰色，软塑；⑤1 层 粉质黏土：褐黄色、灰绿色，可塑；⑥1层 粉质粘土：灰色，夹粉土、粉砂薄层，流塑；⑦1 粉土；密实；⑧2细砂：蓝灰色，主要矿物成分为长石、石英，密实，饱和，含少量黏性土。
从试验中可看出，在使用相同的地锚情况下（4个），使用改进技术方法的触探深度为65.7米，未使用改进技术的触探孔深为42.8米，可见使用静力触探改进技术能增加触探的深度；而同一地段的静力触探数据（锥尖阻力和侧壁摩阻力）基本不变；在改进技术中使用的润滑剂为清洁剂与皂化液时，触探深度都比不改进时大得多，但两种润滑剂的作用基本一致。
㈢ 江北湾头沿江景观带试验，地层情况如下：
①层黏土：可塑，往下逐渐变软；②层淤泥质粉质黏土；③层淤泥质黏土：流塑状态，高压缩性、高灵敏度土，易触变，为典型的软土；⑤1层黏土：可塑状态；⑤2层粉质黏土：软塑状态；⑥层粉质黏土：可塑状态；⑦层粉质黏土：可塑状态；⑧1粉砂、⑧2层中砂密实状态。
从静探曲线图可以看出通过改进方法对⑧层粉砂、中砂能触8米左右。可见在砂层中，此改进能增加砂层触探的深度。
5.研究成果及建议
5.1 研究成果
① 通过多地点多次的现场试验，肯定了改进的静力触探技术方法的可行性。
② 在慈溪这个试验场地，可见改进技术在粉土、粘性土地层中比较适用。
③ 通过宁波市江北湾头沿江景观带试验，证明在砂层较厚时，改进方法也能适用；
④通过改进后的静力触探技术，可以较快速的满足触探深度的问题，无需“二次触探”在经济上、时间上是有效益的。
⑤ 工艺改进后操作不繁琐，安全可靠。
5.2 下部工作建议
① 可以试验其他的润滑剂，如清水等是否有作用；
② 受到探杆强度和稳定性的控制限制，所以需要选用强度、抗弯、抗剪强度较大的材料做探杆，从而可以增加触探深度。
参考文献
[1]刘 彬.静力触探的机理研究[硕士学位论文].天津：天津大学建筑工程学院，2011.
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[6]陈继成，张景忠软土静力触探的某些经验[J].勘察科学技术，1983, (4):36～39.
论文作者:潘旭东,齐炎林,唐江
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/11
标签：静力论文; 探杆论文; 黏土论文; 灰色论文; 粘土论文; 深度论文; 阻力论文; 《基层建设》2016年8期论文;