静力触探试验新技术

静力触探试验新技术

黄兴鹊

(欧美大地仪器设备中国有限公司, 北京100062)

摘要：本文总结了应用于静力触探试验的新技术以及使用这些新技术的重要意义。

关键词：无缆静力触探，原位试验

1. 静力触探试验

今天我们所使用的静力触探试验，二十年代起源于荷兰，当时形象地称为圆锥贯入试验（简称CPT）。这种测试方法能提供丰富的地层信息，其原理是基于将探头匀速压入土中而测量其推力。后来开发出带有双重探杆的系统，可以测量到锥尖阻力和局部摩擦力。

七十年代，电子式传感器被应用到探头上来，可以直接测量到锥尖阻力，同时可以得到其它一些参数。

自从电子科技与电脑被广泛应用以来，许多岩土工程试验方法即进入另一层次之发展阶段，原位测试已可以通过标准程序进行控制，从而得到迅速而精确的结果，其中以电子锥静力触探试验近几年的研究发展最受国际瞩目。

静力触探试验(CPT)用圆锥贯入阻力与侧壁摩阻力推定土层构造；并可利用附加装置测量土层中孔隙水压、地电阻率、温度等，以评估土层液化可能性。静力触探试验试验资料分析与应用大致包括：

（1）土层判断

（2）土层分类

（3）使用u及q c推测OCR随深度的变化

（4）利用q c求粘土的不排水剪切强度

（5）利用孔隙水压的消散求土壤的压密系数和渗透系数

（6）其他土壤参数

（7） CPT测量资料在工程上的应用

2. 声学技术的应用

在做静力触探试验过程中，探头连着电缆存在很多隐患，不但在处理探杆时耗费时间，而且电缆和连接头容易意外损坏。

无缆静力触探系统取代传统的有缆静力触探系统，它使得静力触探试验变得更加方便、安全、高效。而且，使得试验过程中自动加接探杆成为可能。声学技术应用于静力触探试验是目前应用最为广泛的一种无缆静力触探解决方案，其传输距离取决于探杆和土层条件，可以达到20～200m。

声学技术所解决的是，不用信号电缆而将测试数据从探头发送到地面，它通过一个微处理器将测量数据转换成音频信号，通过探杆传送到安装在地面的检波器。

地面检波器通过电缆与CPT接口箱相连而接收测量数据；贯入深度通过光电传感器传给CPT 接口箱。

应用无缆静力触探系统，除了可避免因电缆而引起的风险，还可以在贯入过程中注入润滑剂减少摩擦力，这意味着可以增加贯入深

度，即使在锥尖阻力相对很高的情况。

在起拔钻杆时还可以向孔中注入膨润

土，密封孔口，以避免污染扩散。

声学无缆静力触探基本系统包括：

（1）探头：下部装置传感器和读数

电路，上部装置电池和数据发送电路。

（2）同步深度计数器：同步贮存测

量数据与相应的贯入深度。贯入时将数

据保存，而加压梁抬升时不保存数据。

（3）检波器：拾取从探头发送来的音频信号测试数据，安装在贯入驱动设

备上，置于探杆的顶部。

（4）CPT 接口箱：地面检波器、同步深度计数器和数据采集电脑都连接到CPT 接口箱上，从探头和同步深度计数器上接收到的音频测试数据被转换成可读PC 格式。

3. 光学技术的应用

光学技术与声学技术一样，也是解决静力触探

试验的测试数据无电缆传输的方案之一。系统功能

部件主要包括：探头电子舱适配器、探杆内光学传

感器、触探设备顶部的照相机、数据采集仪。

光学无缆静力触探技术，是通过连接到电子锥

顶部的一个电子舱适配器来实现的。这个适配器就

像常用的丝扣转换接头一样。它包含光学传输六个

测试参数数据的全部电子元件，以及数据备份储存

的非永久存贮器。数据扫描频率为每秒五次。

光学传感器安装在探杆顶部，照相机安装在触

探设备顶部。测试数据通过光学传感器传输给照相

机。光学传感器在连接探杆时被安置于探杆顶部。

数据采集仪将照相机传输来的数据进行即时数

据储存和实时显示，而测试命令通过光学传送器从

数据采集仪发送给电子锥。如果是人工加接探杆，

数据传输可以中断10s 钟而不会丢失数据。 4. 无线电波技术的应用

无线电波技术的应用，仍然是解决静力触探试验的测试数据无电缆传输的一种解决方案。无线电波在空心探杆内进行传播，从而将探头测试数据传输到地面。与声学无缆静力触探技术相比，应用无线电波无缆静力触探技术，其数据传输量将提高一千倍！这不但可以提高测试采样率和测试分辨率，而且它能实现地震探头SCPT 测试数据的无缆传输，或者将探头内置照相机在贯入过程中拍摄的穿透地层的照片实时传输到地面。

图1. 声学静力触探系统

图2. 光学静力触探部件

5. 静力触探连续贯入技术

静力触探试验给岩土工程勘察和原位试验提供了一种有效的方法，但常常丢失软弱薄夹层的信息，而这些薄夹层往往是岩土工程师非常关心的。

传统静力触探需要一套活塞将探头压入土层中。然而当活塞每次结束向下行程后向上返回时测试即被中断，一直要等到活塞回复到顶部位置再次向下贯入，这个过程中，整米间隔处的细粒土薄层的数据会因消散效应或者摩阻力的累积而丢失或者受到影响。

而解决这一问题的办法，人们想到了连续贯入！要实现连续贯入需要解决的三个技术前提是：无电缆数据传输技术、加接探杆过程中贯入过程不间断、探杆实现自动加接。

（1）数据传输技术

光学无电缆静力触探技术为实现连续贯入的数据传输提供了保障。

（2）加接探杆过程中贯入过程不间断

这些年来为达到向下连续贯入的目的而出现过很多种的设计，直到现在才给出了一个简便的解决方案，实现了这些功能及完美技术：基于“分程”工作模式的各自都装备了液压夹具的双活塞贯入系统。连续贯入触探最大特点就在于液压夹具系统，它是整个测试系统的重要部分。

其工作模式是：

在向下运动过程中由上部夹具自动夹住探杆，并根据其行程距离的终结而自动释放，并且夹紧功能自动交由下部液压夹具来承担。液压夹具的夹持直径范围是可调的。它可以安装在各种触探车上。

（3）实现自动加接探杆

加接探杆由全自动探杆操作系统自动完成。

由机械手从探杆贮存架取下探杆，并安置于前一根探杆的顶部，然后由安装在上梁上的自动丝扣旋紧装置将探杆拧紧，而此过程中探杆仍然不中断地继续贯入。

静力触探连续贯入技术，使得：

•不会因加接探杆丢失整米间隔处的薄层地层信息

•避免因整米间隔加接探杆造成的土体收缩摩阻力累积影响

•不会形成消散而影响孔隙水压力测试

2002年初，第一台全自动连续贯入静力触探系统已经正式投入使用，经实践证明其性能及测试精度可靠、使用方便、节省时间。

参考文献（略）