宋伟
龙海水利工程公司
摘要：静力触探技术自1917年瑞典正式使用以来，迄今已有百年历史。目前，静力触探试验作为水利工程勘探和测试手段已在国内广泛使用，并取得很好效果，积累大量实验资料和工作经验。静力触探由电测传感器测定探头贯土所受阻力，由计算机实现数据的自动采集并自动绘制静力触探曲线。随着，水利勘探事业发展，静力触探技术运用不断扩大。因此，需统一实验设备，技术规格，测试方法步骤，注意事项等，保证静力触探试验资料真实性，准确性，有效性，可靠性。为水利工程设计提供有效依据。
关键词：静力触探技术；水利工程；测试精度
1.静力触探工作原理
静力触探是利用准静力，将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中土软硬不同，探头所受阻力不同，传感器将这种大小不同贯入阻力通过电信号输入到计算机中记录，再通过贯入阻力和工程地质的土质特征定性关系与统计关系，为水利工程取得土层剖面，浅基承载力，选择桩基持力层，预估单桩承载力等水利工程地质勘探目的。
2.静力触探适用条件特点
2.1静力触探适用条件
静力触探主要适用粘性土，粉性土，砂性土，对于地层情况变化较大的复杂场地及不易钻孔取样的饱和砂土和高灵敏黏土地层，更适合采用静力触探进行勘探，就黄河下游各类水利工程适用于50m内各类土层。
2.2静力触探特点
静力触探是一种原位勘察测试手段，它与常规的钻探——取样——室内试验等相比具有快速，经济，精准，节约人力等优点。此外，在桩基工程勘探中，静力触探能准确确定桩基持力层特征是一般常规勘察无法比拟的，双桥静力触探要比单桥静力触探精度高，在桩基勘察中应优先使用。
2.3探头尺寸 加工精度 机械性能
探头尺寸及加工精度，直接影响静力触探试验报告准确性。统一探头尺寸是为了使触探试验资料能够互相引用，对比。规定加工精度是保证探头几何尺寸，减少探头几何尺寸误差。选用探头几何尺寸，加工精度必须符合我国规定标准。探头各部件机械能影响探头测试精度，使用时间。传感器材质要求较高，传感器是探头心脏，对探头使用时间，测试精度起着决定作用。传感器应使用高强度钢材制作，最好使用60Si2Mn钢，要进行热处理。探头其它部件材质可用40Cr或45钢，也要进行热处理。
3.水利工程静力触探应用
3.1划分土层
根据不同类型土的不同物理性质可利用静力触探对土层分类。单桥静力触探其本质是一种力学模拟试验，其贯入阻力（Ps）是反映地基土实际强度，变形性质的一项力学指标，同时反映土质不同年代，不同成因力学性质差异。双桥静力触探是以锥尖阻力（qc）和侧壁阻力（fs）两项指标反映地基土实际强度，变形特征。在实际应用工作中，由于不同类型土可能具有相同Ps，qc或fs单项值，因此单靠某一指标，是无法对土层正确分类，使用双桥探头时，因为不同土质qc和fs不可能都一样，可以利用qc和fs|qc这两项指标区分土层类别。
3.2求浅基承载力
静力触探计算地基承载力一般依据经验公式，经验公式是建立在载荷与静力触探对比关系上。载荷测试过程中内摩擦角和内聚力同时起作用。静力触探加荷载快，土体来不及压密实产生剪切破坏，起作用的是内摩擦角，内摩擦角越大，贯入阻力，锥尖阻力也越大。因砂土内聚力小，而粘性土内聚力大，内摩擦角相对小，所以土质差别对测试结果影响较大。还有土的含水量、形成年代等对用静力触探求地基承载力经验式也有影响。
3.3用于确定粉土桩端持力层界限
在水利工程中饱和砂（粉）土，由于在其强度、变形、地震液化和稳定性等方面不能满足建造要求，需要采用桩基工程。桩基工程在持力层预制和选择基桩在送桩过程中，穿砂层时，可能发生沉桩困难。有时基桩不能到位，承载力达不到要求，常常需要截桩或接桩，有时甚至破坏打桩机械设备。造成不良社会影响和浪费，施工检验证明，在水利工程中利用静力触探配合钻探，可以确定持力层位置，为水利工程地质评估和设计提供科学合理依据。
3.4配合钻探确定泥质软岩中风化带界限
在我国工程地质广泛分布中，新生代红色泥质砂岩，由于厚度巨大，埋藏浅是重大水利工程桩基持力层，红色泥质砂岩一般埋深15~20m，中厚-巨厚层状，泥质胶结是工程桩基持力层。红色泥质岩由于强度低，风化界限不显著，使（中）风化带划分带来困难，使用静力触探技术进行勘探，对于钻孔标准贯入击数和静力触探P。值曲线，可发现在红色泥质软岩中，静力触探试验都是一般止于中风化带1m左右，显示一个随地形变化舒缓波状曲面。静力触探结合钻探结合钻探可以确定泥质软岩中风化带界面，节约水利工程施工成本，在综合研判时更容易确定泥质软岩中风化带界限。
4.注意事项
在对静力触探数据解释分析和分析结果应用时，应注意以下几点：
（1）进行分析统计前，静力触探试验数据出现异常值，必须删除，保证指标数值准确。
（2）使用静力触探设备时须考虑表层土质情况。当表层土质为松散砂性土层时，会产生额外垂直应力，导致测试结果增高，随着贯入深度增大，影响减少。当表层土质为非常软粘性土时静力触探设备自身重量反作用力将造成表层软土扰动，影响测试结果。
（3）静力触探过程中要施力均衡，贯入缓慢，放松和停止，贯入停止时，刻度杆保留数值自动，如发现刻度杆贯入阻力异常，需将刻度杆旋转一个角度，恢复原位测量。
（4）qc值随上层覆盖土压力增大而增加，所以深层粘性土qc值将会很大。
（5）使用静力触探进行土类判别时，不能使用唯一土质分类图定名。要参照其它分类图结合钻探资料分析，得到准确可靠土类报告。
5.静力触探测试新技术发展
传统静力触探基础上，探头加各种不同用途传感器，形成新静力触探技术，主要有：波速静力触探测试（SCP-TU）、旁压静力触探（CPT-PMT）、孔隙水压力静力触探（CPTU）、放射性同位素静力触探测试（R-CPTU）、扁铲侧胀试验（DMT）、振动静力触探、探头携带摄像头技术等。都在为水利工程土层分析，水利工程设计提供有效依据。
6.结语
随着我国水利事业科学技术进步与发展，静力触探新技术在水利工程领域得到广泛应用，具有广泛发展前景。在水利工程领域应用中，要结合水利岩土工程实际情况，进一步开发利用新型测试实验设备，使水利岩土工程测试手段更先进，准确，可靠，便捷。同时，吸收外国先进技术理论，增加试验总结，制定符合我国水利岩土工程勘探设计方法标准，促进新设备新技术应用，推动我国水利岩土工程测试技术更好发展。
［１］武汉大学水利水电学院，水利计算手册；第一版[M]北京:中国水利水电出版社，2006.
［２］张国庆.轻型静力触探技术在小型水利工程中的应用[J].江苏水利，２０１１（２）
作者简介：
宋伟(1984-),黑龙江哈尔滨人，工程师，从事水利水电工程施工组织设计工作。