静力触探试验（）

静力触探试验是通过静压力将一个内部装有传感器的触探头，以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受阻力自然也不一样。传感器将感受到的大小不同的贯入阻力，通过电信号输入到电子量测仪中。因此，通过贯入阻力变化情况，可以达到了解土层的工程性质的目的。

静力触探试验适用于粘性土、粉土、砂土及含少量碎石的土层。尤其是对地层变化较大的复杂场地，以及不易取得原状土样的饱和砂土、高灵敏度软粘土地层的勘察，显示出其独特的优越性。但是静探不能直接识别土层。而且对碎石类土和较密实的砂土层难以贯入。所以在工程地质勘察中，它只能作为钻探的配合手段。

1.静力触探试验仪器设备及技术要求

静力触探设备主要由三部分组成：触探头、触探杆和记录器。其中触探头是静力触探设备中的核心部分。它的类型很多， 目前国内大多采用电阻应变式触探头。当触探杆将探头匀速压入土层时，一方面是引起锥尖以下局部土层的压缩，产生了作用于锥尖的阻力；另一方面又在孔壁周围形成一圈挤密层，产生了作用于探头侧壁的摩阻力。探头的这两种阻力是土的力学性质的综合反映。这两种阻力通过设置于探头内的应变元件转变成电讯号，并由仪表（或静探微机）量测出来。

常用的静力触探探头按其功能可分为单桥探头和双桥探头两种。探头圆锥锥底截面积国际通用标准为10cm2，但国内勘察单位广泛使用15cm2探头，10cm2与15cm2的贯入阻力相差不大，在同样的土质条件和机具贯入能力的情况下，10cm2比15cm2贯入深度更大，为了向国际标准靠拢，最好使用锥头底面积为10cm2的探头。探头的几何形状及尺寸会影响测试数据的精度，因此，应定期进行检查。单桥侧壁高度应分别采用57 mm或70mm，双桥探头侧壁面积应采用150～300 cm2，锥尖锥角应为60°。

单桥探头（图8-14）测得的是包括锥尖阻力和侧壁摩阻力在内的总贯入阻力P（kN），通常用比贯入阻力ps（ kPa）表示，即

式中A——探头截面积（m2）。

双桥探头（图8-15）可以同时分别测得锥尖阻力和侧壁阻力。用Qc （kN）和Pf（kN）分别表示锥尖总阻力和侧壁总阻力。则单位面积锥尖阻力qc （ kPa）和侧壁阻力fs（kPa）分别为

式中Fs——外套筒的总侧面积（m2）。

图8-14　单桥探头结构示意图
1—四心电缆；2—密封圈；3—探头管；4—防水塞；5—外套管；6—导线；7—空心柱；8—电阻片；9—防水盘根；10—顶柱；α-探头锥角；φ—探头锥底直径； L—有效侧壁长度

图8-15　双桥探头工作原理示意图1—贯入力；2—空心柱；3—侧壁摩阻力；4—电阻片；5—顶柱；6—锥尖阻力；7—探头套；8—探头管

根据锥尖阻力qc和侧壁阻力fs可计算同一深度处的摩阻比Rf：

在静力触探试验的整个过程中，探头应匀速、垂直地压入土层中，贯入速率一般控制在（1.2±0.3） m/min。探头测力传感器应连同仪器、电缆进行定期标定，室内率定探头测力传感器的非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度飘移，归零误差均应小于±1%fs。在现场当探头返回地面时应记录归零误差，现场的归零误差不得超过3%，它是试验数据质量好坏的重要标志。同时，探头的绝缘度不小于500MΩ。触探时，记录误差不得大于触探深度的±1%。当贯入深度大于30m时，或穿过厚层软土再贯入硬土层时，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。

2.静力触探试验成果的应用

静力触探试验的主要成果有：比贯入阻力-深度（ps-h）关系曲线［图8-16 （a）］；锥尖阻力-深度（qc-h）关系曲线［图8-16 （b）］；侧壁阻力-深度（fs-h）关系曲线和摩阻比-深度（Rf-h）关系曲线［图8-16 （c）］等。

图8-16　静力触探曲线
（a）静力触探ps-h曲线； （b）静力触探qc-h和fs-h曲线；（c）静力触探Rf-h曲线

根据目前的研究与经验，静力触探试验成果的应用主要有以下几个方面：

（1）划分土层界线。

根据贯入曲线的线型特征，并结合相邻钻孔资料和地区经验，可以来划分土层。由于地基土层特性变化的复杂性，在划分土层的界线时，应注意以下两个问题：

1）在探头贯入不同工程性质的土层界线时，ps或qc及fs值的变化一般是显著的，但并不是突变的，而是在一段距离内逐渐变化的。如图8-17中的曲线ABC段所示，探头由软土层向硬土层贯入时测得的值有提前和滞后现象，即当探头离硬土层面一定距离时，开始逐渐增大，并且当探头贯入硬土层一定深度才达到其最大值。同理，当探头通过硬土层而贯入软土层时的情形也是如此，只不过值由最大逐渐变小。因此，软土层与硬土层的分界线应为B点和E点。

图8-17　不同土层界线处的超前和滞后

2）工程实践中经常发现，静力触探所划分的土层界线与实际分界线在深度不大时，两者相差不多，差20～40cm。当触探深度较大超过40m以上，而且下部有硬土层存在时，静力触探定出的分层深度往往比钻探所定的分层深度大。产生这种误差的原因是在触探中深度记录误差过大和细长的探杆发生挠曲，探杆弯曲后就沿弯曲方向继续贯入，使触探深度大于实际深度。产生深度误差的这两个因素，通过严格认真的操作，并在探头内附设测斜装置，是能够将误差控制在规定的范围之内的。综上所述，用静力触探曲线划分土层界线的原则如下：

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心，或中心偏向小阻力土层5～10cm处作为分层界线。

②上下层贯入阻力相差一倍以上时，取软土层最后一个（或第一个）贯入阻力小值偏向硬土层10cm处作为分层界线。

③上下层贯入阻力无甚变化时，可结合fs或Rf（摩阻比）的变化确定分层界线。

（2）评定地基土的强度参数。

对于粘性土，由于静力触探试验的贯入速率较快，因此对量测粘性土的不排水抗剪强度是一种可行的方法。经过大量试验和研究，探头锥尖阻力基本上与粘性土的不排水抗剪强度呈某种确定的函数关系，而且将大量的测试数据经数理统计分析，其相关性都很理想。其典型的实用关系式见表8-20。

对于砂土，其重要的力学参数是内摩擦角φ，我国铁道部《静力触探技术规则》 （TGJ 37—1993）第6.4.5条根据静力触探比贯入阻力，按表8-21可估算砂土内摩擦角φ。

此外，静力触探试验成果还能用来估算浅基或桩基的承载力、砂土或粉土的液化。利用静探资料估算变形参数时，由于贯入阻力与变形参数间不存在直接的机理关系，可能可靠性差些。

表8-20　用静力触探估算粘性土的不排水抗剪强度 （单位：kPa）

表8-21　用静力触探比贯入阻力ps估算砂土内摩擦角φ