1樓：中地數媒
靜力觸探是應用很廣的一種原位測試技術，其用途可歸納為以下幾方面：
一、土層劃分和土類劃分
靜力觸探的主要用途在於它能比較準確地測定土層的力學剖面，這對確定淺基和樁尖持力層等具有十分重要的意義。此外，對地基勘察中合理佈置鑽孔，設計取樣位置或其他原位試驗位置等的確定也很有意義。
靜力觸探測試表明：土類及其成因、時代、密實度不同，一般其錐尖阻力或比貫入阻力也會有明顯不同；不同土類由於某種原因(如砂層和老粘土)可能有相同的錐尖阻力(或比貫入阻力)，而側壁摩擦力和孔壓值可大不相同。因而在土類劃分時，要求以qc為主，結合fs(或fr)和孔壓值(或孔壓引數比)予以劃分，並以同一分層內的觸探引數值基本相近為原則。
圖3-27 單橋靜力觸探曲線及劃分土層
目前，三種探頭所測土層或土類引數，均可用來劃分土層或土類，但其劃分精度有很大差別：用多引數劃分比用單引數劃分精度高；有經驗的人比無經驗的人劃分精度高；有鑽探取樣作對比的比沒有取樣品的精度高。圖3-27為武漢地區長江第四紀沖積層的單橋靜力觸探曲線，圖右側為劃分的土層，具有一定的代表性。
它不僅適用於武漢地區，也適用於長江中游第四紀沖積層(已有勘察資料證明)或更大範圍內的第四紀沖積層分佈區。但應注意，在新的地區須有少量的鑽探對比資料證明。
二、測定土的物理力學性質指標
土的室內試驗指標(即土的物理力學性質指標)是經過鑽探取樣後，由室內試驗獲得的。工序多，歷程長，成本高，加之應力釋放等對土樣不可避免的擾動，又使這些指標產生不同程度的誤差。因此，**用靜力觸探法來推求室內試驗指標是一個多快好省的捷徑，已有多人進行了探索。
但由於多為地區性經驗，應用不方便。有人試圖以土層時代和成因為基礎，進行全國或全世界範圍的對比，突破地區性經驗界限，求出觸探引數與土的物理力學性質指標之間的內在關係。
1.砂類土
對於砂土的內摩擦角，用靜力觸探求砂土的相對密度，已積累了相當豐富的經驗，效果較好。鐵道部靜力觸探規則(tbj37—93)提出了砂土內摩擦角和石英質砂土的相對密度參考值，見表3-8和表3-9所列出。
表3-8 砂土的內摩擦角φ
表3-9 石英質砂土的相對密度(dr)
2.粘性土
粘性土的下述指標，多是對全新世地層測試統計得到的。
(1)求粘性土的內聚力c和內摩擦角φ在大量工程實踐的基礎上，將雙橋靜力觸探成果(qc和fs)和室內直剪(或三軸)試驗成果(c和φ)進行統計分析，結果發現：土的內摩擦角的正切函式與錐尖阻力的平方根之間呈現良好的線性相關，即：
土體原位測試與工程勘察
式中：α、b為係數，與土類有關。當16＜fs＜80kpa時，α=12.
14，b=23.11；當1＜fs＜9時，α=5.47，b=3.
80；且c、fs單位為kpa。
(2)求粘性土不排水抗剪強度 一般按下式求粘性土不排水抗剪強度：
土體原位測試與工程勘察
式中：cu為粘性土不排水抗剪強度(100kpa)；
為上覆土層壓力(100kpa)；nk為經驗係數，一般為5～10。
各地經驗公式稍有不同，見表3-10所列。
表3-10 由ps(qc)求cu(kpa)
(3)軟粘土靈敏度 根據中國地質大學在深圳和武漢軟土地基的勘察和研究中，發現雙橋靜力觸探和十字板測試的軟土靈敏度(sr)之間存在如下關係：
sr=300·fs (3-24)
(4)判斷土的潮溼程度(稠度狀態)土越潮溼，含水率(ω)越大，其強度越低，貫入阻力越小。所以ps(qc)和il或ω之間也存在著一定關係，如式(3-25)所示。見表3-11：
表3-11 單橋探頭法(ps)(mpa)
土體原位測試與工程勘察
(5)求飽和重力密度γsat粘性土飽和重力密度值，取決於土粒的相對密度。由於粘土土粒相對密度一般在2.7左右，地下水密度γw為10kn·m-3，則γsat可由下式表示：
γsat=γw+γd-(γd/ga)γw (3-26)
式中：γd為土的乾重力密度(g/cm3)；ga為土粒相對密度(g/cm3)。
(6)求土的壓縮模量es及變形模量e0es為室內試驗所求得的土的壓縮模量，壓力範圍為0.1～0.2mpa，其值愈高，表明土的壓縮性愈低。
在臨界深度以下，土層上覆壓力加大，靜力觸探貫入時，探頭對周圍土體施加壓力，土體讓出探頭體積部分主要是壓縮變形所致。其用力來自錐面的法線方向。所以，qc(或ps)和es在測試機理上是相近的。
因而兩者呈線性相關性，其關係式一般為：es=α×ps+b。
用ps求es，除了可用公式外，還可以查(tbj37—93)規範中相關**。土的變形模量是由無側限的原位載荷測試求出的。國內已有很多單位做這方面的對比工作，見表3-12所列出。
表3-12 ps及e0的經驗關係(mpa)
(7)求土的天然孔隙比e0e0愈小，土愈密實，土的強度愈高，則ps(qc)值愈大。因此，ps(qc)和e0的相關性亦甚好(表3-13)。
表3-13 用ps求e0的關係式
三、求淺基承載力
土的原位測試法求地基承載力，一般採用載荷試驗、旁壓儀試驗、靜力觸探試驗等多種行之有效的方法，國內、外都積累了豐富的經驗。用靜力觸探法求地基承載力的突出優點是快速、簡便、有效，可以大量採用。在應用此法時應注意以下幾點：
1.靜力觸探法求地基承載力一般依據的是經驗公式
這些經驗公式是建立在靜力觸探和載荷測試的對比關係上。但載荷測試原理是使地基土緩慢受壓，先產生壓縮(似彈性)變形，然後為塑性變形，最後剪下破壞。其受荷過程慢，內聚力和內摩擦角同時起作用。
然而靜力觸探加荷快，土體來不及被壓密就產生剪下破壞，同時產生較大的越孔隙水壓力，對內聚力影響很大；這樣，主要起作用的是內摩擦角、內摩擦角越大，錐頭阻力(或比貫入阻力)也越大。
砂土內聚力小或為零；粘性土內聚力相對較大、內摩擦角相對較小。因此，用靜力觸探法求地基承載力要充分考慮土質的差別(特別是砂土和粘土的區別)。為了在確定基礎尺寸以前能表達地基土的強度，我國規範習慣採用較小尺寸的淺地基礎，作為統一的衡量標準，稱之為基本承載力。
靜力觸探法提供的就是這種基本承載力的值f0。它可滿足一般建築物的要求。用於設計時，應進行基礎寬度和埋置深度的修正。
2.地基土的成因、時代及含水量的差別對用靜力觸探法求地基承載力的經驗公式，公式對於老粘土(q1-q3)和新粘土(q4)是有很大區別的。
我國用ps求f0已積累了相當豐富的經驗。經驗公式很多，由於土類、成因及時代等的不同，故不能用同一個經驗式來表達兩者的關係。但所有的經驗式相關性均較高，其相關係數一般在0.
8以上，在眾多的ps-f0經驗式中，應首推《工業與民用建築地質勘察規範》(tj21-77)中所採用的經驗式(3-27)、(3-28)、(3-29)。
沙土：f0=0.0197ps+0.0656(mpa) (3-27)
一般粘性土：
f0=0.104ps+0.0269(mpa) (3-28)
老粘土：
f0=0.1ps(mpa) (3-29)
上述公式均反映了土的力學強度有內在的聯絡。用ps(qc)確定f0是一種簡便易行且可靠的方法。但由於全國各地土質差別很大，各家經驗式也有差別，有人總結了以往眾多的經驗式，進行統計分析後，建議採用下述較精確的經驗式：
f0=0.1βps+0.032α (3-30)
式中：β與α為土類修正係數，可參見表3-14。
表3-14 各類β、α修正係數表
四、在樁基勘察中的應用
利用雙橋探頭測得的qc和fs，可以用在樁基設計中選擇樁尖持力層；確定單樁承載力；提供樁基壓縮層範圍內各層土的變形指標，以便估算樁基沉降，以及在樁基施工時預估沉樁可能性等方面。其中以確定單樁承載力最為重要。
利用靜力觸探指標確定單樁承載力，應結合樁的型別、施工方法和土質特點等綜合考慮。以下僅就打入式預製樁的單樁承載力問題作一簡單介紹。
1.太沙基(k.terzaghi)的靜力平衡公式確定單樁極限承載力，即：
pu=qua+u∑hifsi (3-31a)
式中：pu為單樁極限承載力；qu為柱端極限承載力；a為樁端截面積；u為樁周長；hi為分層土厚度；fsi為樁周分層土的極限摩阻力。
將上式除以安全係數2，即得到單樁容許承載力。
根據靜力觸探與打入式預製樁的相似性，用靜力觸探錐尖阻力和側摩阻力分別代替式(3-31a)中的qu和fsi，並賦以一定的修正係數，即得到用靜力觸探指標確定單樁極限承載力的公式：
土體原位測試與工程勘察
式中：α為樁端阻力修正係數；
為樁端附近探頭錐尖阻力平均值；a為樁端橫截面積；βi為樁周分層土的摩阻力修正係數；fsi為樁周分層土的靜力觸探側摩阻力。其他符號意義同前。
同樣，將式(3-31b)除以安全係數k，即得單樁容許承載力。
各家用靜探指標確定單樁極限承載力的公式，都具有公式(3-31)這樣的形式，所不同的只在於修正係數α和β的值不同，以及對
的取法不同。
2.鐵道部《靜力觸探使用技術暫行規定》(1980)推薦按下式確定打入式混凝土樁的單樁承載力：
土體原位測試與工程勘察
式中：為取決於樁底上、下各4d(d為樁徑)範圍內平均錐尖阻力
和 的大小，當
＜ 時：即樁底以下土層較軟時，取
= ；當
≥ 時：則取
= ；α和β分別為錐尖阻力綜合修正係數和側摩阻力綜合修正係數，分別按圖3-28查取。
圖3-28 綜合修正係數α曲線和β曲線圖
3.根據《中華人民共和國行業標準建築樁基技術規範》(jgj 94-94)中承載力計算有關規定，其中單樁豎向極限承載力標準值按下列規定確定。
(1)當根據單橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預製樁單樁豎向極限承載力標準值時，如無當地經驗時可按下式計算：
quk=u∑qsikli+αpskap (3-33)
式中：u為樁身周長；qsik為用靜力觸探比貫入阻力值估算的樁周第i層土的極限側阻力標準值；li為樁穿越第i層土的厚度；α為樁端阻力修正係數；psk為樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標準值(平均值)；ap為樁端面積。
qsik值應結合土工試驗資料，在規範上查圖可求。psk可按下式計算：
當 psk1≤psk2時：
土體原位測試與工程勘察
當psk1＞psk2時：
psk=psk2 (3-35)
式中：psk1為樁端全截面以8倍樁徑範圍內的比貫入阻力平均值；psk2為樁端全截面以下4倍樁徑範圍內的比貫入阻力平均值；如樁端持力層為密實的砂土層，其比貫入阻力平均值ps超過20mpa時，則需乘以表3-15中係數c予以折減後，再計算psk2及psk1值；β為折減係數，按psk2/psk1值從表3-16選用。
表3-15 係數c
表3-16 折減係數β
注：表3-15、表3-16可用內插法取值。
(2)當根據雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預製樁單樁豎向極限承載力標準值時，對於粘性土、粉土和砂土，如無當地經驗時可按下式計算：
quk=u∑li·βi·fsi+α·qc·ap (3-36)
式中：fsi為第i層土的探頭平均側阻力；qc為樁端平面上、下探頭阻力；取樁端平面以上4d(d為樁直徑或邊長)範圍內，按土層厚度的探頭阻力加權平均值，然後再和樁端平面以下1d範圍內的探頭阻力進行平均；α為樁端阻力修正係數(對粘性土、粉土取2/3；飽和砂土取1/2)；βi為第i層土樁側摩阻力綜合修正係數，按下式計算：
粘性土、粉土：
βi=10.04(fsi)-0.
55砂土：
βi=5.05(fsi)-0.
45五、評價砂土和粉土的震動液化
按道理，若將觸探指標與標貫擊數n63.
5之間建立關係，再利用有關用標貫擊數從n63.
5判定砂土液化的判別式，就可達到用靜力觸探指標判定砂土液化可能性之目的。
對梅耶霍夫和施默特曼等人在qc-n63.
5的關係方面作了大量工作，從而得出了形如qc=nn63.
5的關係式。然而，n的變化幅度是很大的，n值變化規律是隨砂粒徑增大和密度減小而增大。再加上標準貫入錘擊數本身的離散性很大等因素的影響，就使得用靜探指標確定n63.
5進而判定砂土液化可能性不夠理想。
鐵道科學研究院等單位將比貫入阻力ps和**巨集觀液化現象進行對比研究，提出了用靜力觸探指標判定砂土液化的方法，現簡介如下。
地基飽和砂土液化判別式為：
土體原位測試與工程勘察
式中：pscr為飽和砂土液化臨界比貫入阻力值(mpa)；hw為地下水位埋深(m)；h0為覆蓋層厚度(m)；
為覆蓋層厚度h=2m，地下水位埋深hw=2m時的砂土液化臨界比貫入阻力值(mpa)，可根據設計**烈度由表3-17確定。
當實際飽和砂土的比貫入阻力ps的計算值pscα，小於按上式計算的pscr時，則認為它可能液化。pscα按以下方法確定：
表3-17 臨界比貫入阻力pso
(1)當砂層厚度大於1m時，取該層ps的平均值作為該層的pscα；
(2)當砂層厚度小於1m，其上、下土層均為阻值較小時，取較大值作為該層的pscα值。
(3)當砂層的厚度較大，力學性質顯著不同可分層時，應分別計算分層的平均比貫入阻力值進行判別。
靜力觸探成果，除上述各項的應用，還可用於確定砂土的內摩擦角φ和相對密度dr以及粘性土的液性指數il、計算地基沉降、評價黃土溼陷性、檢驗地基加固效果、明確邊坡滑動位置等。
gb50021—94《岩土工程勘察規範》規定：可用psd值判定飽和分析砂土的液化勢
土體原位測試與工程勘察
式中：psd為在地下水位深度及上覆非液化土層厚度均為2m時的基準值；αυ、αu、αp分別為地下水位、非液化土層厚度及土的塑性影響係數。
這一經驗公式經多次驗證，可與spt的n值判定相輔相成，加強了判定液化勢的準確值。
六、檢驗壓實填土質量及強夯效果
靜力觸探檢驗強夯效果，一般限於粘性土和砂類土；對雜填土、房渣土及碎石土無效。
強夯加固地基的作業過程，一般可以分為以下幾個步驟：
(1)通過現場勘察與試驗瞭解場地的性質；
(2)由設計人員或岩土工程師確定和探勘建築物需要的場地土質條件；
(3)根據經驗和裝置條件，選擇錘重和落距；
(4)進行試夯；
(5)根據試旁結果，設計強夯施工工藝，並付諸實施；
(6)檢驗強夯效果。
靜力觸探可以貫穿上述整個工作的始終：在勘察階段，可以通過靜力觸探了解場區鬆軟土層的分佈及其力學性質，其他階段可作為質量檢測手段。圖3-29是某工程所測夯前與夯後的靜力觸探阻力曲線的比較，反應明顯。
圖3-29 黃土強夯前後psh曲線的比較