在巖土工程勘察領(lǐng)域，靜力觸探、動(dòng)力觸探和標(biāo)準(zhǔn)灌入試驗(yàn)是三種常用的原位測(cè)試方法。它們各有特點(diǎn)，在不同的工程場(chǎng)景中發(fā)揮著重要作用。本文將詳細(xì)介紹這三種試驗(yàn)方法的原理、儀器設(shè)備、試驗(yàn)步驟，并重點(diǎn)分析它們的適用范圍與優(yōu)缺點(diǎn)，幫助大家更好地理解和選擇適合的測(cè)試手段。

一、靜力觸探

（一）原理

靜力觸探(Static Cone Penetration Test，簡(jiǎn)稱CPT)?是通過(guò)借助機(jī)械將裝有傳感器的觸探桿壓入試驗(yàn)土層通過(guò)量測(cè)系統(tǒng)測(cè)土的貫入阻力。由于地層中各種土的軟硬不同，探頭所受的阻力也不同。傳感器將這種大小不同的貫入阻力通過(guò)電信號(hào)輸入到記錄儀表中記錄下來(lái)，再通過(guò)貫入阻力與土的工程地質(zhì)特征之間的定性關(guān)系和統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系，來(lái)實(shí)現(xiàn)取得土層剖面、提供淺基承載力、選擇樁端持力層和預(yù)估單樁承載力等工程地質(zhì)勘察目的。

（二）儀器設(shè)備

1、探頭：關(guān)鍵部件，有單橋探頭和雙橋探頭。單橋探頭測(cè)量比貫入阻力，雙橋探頭可分別測(cè)量錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力，錐角一般為60°，尺寸和規(guī)格需符合標(biāo)準(zhǔn)。

2、貫入設(shè)備：包括手搖式觸探儀和機(jī)械式靜力觸探儀。手搖式適用于淺層土測(cè)試，操作簡(jiǎn)單但深度有限;機(jī)械式可通過(guò)液壓或機(jī)械傳動(dòng)裝置貫入較深土層，滿足多數(shù)工程要求。

3、量測(cè)系統(tǒng)：由傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置組成，傳感器將力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行信號(hào)處理、顯示和存儲(chǔ)。

（三）試驗(yàn)步驟

1、場(chǎng)地準(zhǔn)備：清理平整場(chǎng)地，清除雜物植被，松軟場(chǎng)地需鋪設(shè)墊板保證設(shè)備穩(wěn)定性，確保探頭能夠垂直地貫入土中。

2、設(shè)備安裝與調(diào)試：安裝貫入設(shè)備，連接探頭，檢查傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)試。

3、貫入操作：?jiǎn)?dòng)設(shè)備，以1-50px/s的勻速壓入探頭，持續(xù)采集數(shù)據(jù)，記錄不同深度阻力值，貫入深度依工程確定。

4、試驗(yàn)結(jié)束與設(shè)備撤離：達(dá)到預(yù)定深度后，停止貫入，拔出探頭，拆卸設(shè)備，清理并妥善保管儀器。

（四）適用范圍與優(yōu)缺點(diǎn)

1、適用范圍：

適用于判定軟土、一般黏性土、粉土和砂土的天然地基及采用換填墊層、預(yù)壓、壓實(shí)、擠密、夯實(shí)處理的人工地基以及少量的碎石土層。

2、靜力觸探試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：

①　測(cè)試連續(xù)、快速且效率高?：靜力觸探試驗(yàn)可以在現(xiàn)場(chǎng)快速、連續(xù)地進(jìn)行，測(cè)試數(shù)據(jù)精度高且再現(xiàn)性好?。

②　數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化?：采用電測(cè)技術(shù)，便于實(shí)現(xiàn)測(cè)試工程的自動(dòng)化，測(cè)試成果可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理，減少了工作強(qiáng)度?。

③　適用范圍廣?：特別適用于不易取樣的飽和砂土、高靈敏的軟土層以及土層豎向變化復(fù)雜的情況?。

④　提高勘探質(zhì)量?：作為原位測(cè)試，靜力觸探試驗(yàn)?zāi)茉谝欢ǔ潭壬咸岣呖辈斓馁|(zhì)量，尤其是在淤泥質(zhì)土或沙土中更為顯著?。

⑤　提供設(shè)計(jì)參數(shù)?：靜力觸探試驗(yàn)可以直接提供地基設(shè)計(jì)參數(shù)，解決了樁基勘察中的關(guān)鍵問(wèn)題?。

3、靜力觸探試驗(yàn)的缺點(diǎn)：

①　機(jī)理尚不完全清楚?：貫入機(jī)理尚難搞清，無(wú)數(shù)理模型，目前對(duì)靜探成果的解釋主要還是經(jīng)驗(yàn)性的?。

②　不能直接識(shí)別土層?：不能直接取土觀察鑒別，對(duì)于碎石類土和較密實(shí)砂土層不適用?。

③　測(cè)試深度有限?：測(cè)試深度通常小于50米，對(duì)于基巖和碎石類土層不適用?。

二、動(dòng)力觸探

（一）原理

動(dòng)力觸探試驗(yàn)(DPT)利用一定的錘擊能量，將特定規(guī)格的探頭打入土中。在錘擊過(guò)程中，重錘自由下落產(chǎn)生的動(dòng)能一部分用于克服土對(duì)探頭的貫入阻力，使探頭能夠貫入土中;另一部分能量則消耗于錘與觸探桿的碰撞、探桿的彈性變形、克服探桿與孔壁土的摩擦，以及觸探器貫入時(shí)地基土產(chǎn)生塑性變形和彈性變形所消耗的能量。通過(guò)記錄每打入土中一定深度的錘擊數(shù)(如每貫入250px、500px或750px的錘擊數(shù))，或者根據(jù)能量的消耗情況來(lái)間接反映土的力學(xué)性質(zhì)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)與土的力學(xué)指標(biāo)建立經(jīng)驗(yàn)相關(guān)關(guān)系，從而對(duì)地基土的承載力、密實(shí)度、均勻性等工程性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（二）儀器設(shè)備

1、落錘：動(dòng)力觸探動(dòng)力源，質(zhì)量依觸探類型不同，如輕型10kg、重型63.5kg，通過(guò)導(dǎo)向裝置自由下落，確保錘擊方向垂直。

2、探頭和探桿：探頭形狀尺寸因目的和土層類型而異，一般為圓錐頭或圓筒形。探桿材質(zhì)需足夠強(qiáng)度剛度，承受錘擊力并傳遞給探頭，螺紋連接便于組裝拆卸。

3、錘擊數(shù)記錄裝置：有人工計(jì)數(shù)和自動(dòng)計(jì)數(shù)兩種方式，人工計(jì)數(shù)簡(jiǎn)單但易產(chǎn)生誤差，自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置通過(guò)傳感器檢測(cè)錘擊動(dòng)作，準(zhǔn)確性高。

（三）試驗(yàn)步驟

1、場(chǎng)地和設(shè)備準(zhǔn)備：清理平整場(chǎng)地，檢查設(shè)備完好，組裝探桿和探頭，安裝在預(yù)定位置，確保探桿垂直。

2、錘擊操作：提升落錘至預(yù)定高度自由下落，錘擊探頭使其貫入土中，記錄錘擊數(shù)和貫入深度。輕型貫入深度一般750px，記錄每貫入250px錘擊數(shù);重型可達(dá)1-2m，記錄每貫入250px錘擊數(shù)。

3、試驗(yàn)結(jié)束和設(shè)備清理：達(dá)到預(yù)定深度或出現(xiàn)異常情況時(shí)停止試驗(yàn)，拔出探桿和探頭，清理設(shè)備并妥善保管。

（四）適用范圍與優(yōu)缺點(diǎn)

1、適用范圍：

①　輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)：適用于評(píng)價(jià)黏性土、粉土、粉砂、細(xì)砂地基及其人工地基的地基土性狀、地基處理效果和判定地基承載力。具體操作步驟包括使用輕便鉆具將土層鉆至試驗(yàn)所需標(biāo)高以上0.3m的位置，然后進(jìn)行連續(xù)觸探，記錄每打入0.3m所需的錘擊數(shù)。

②　重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)：適用于評(píng)價(jià)黏性土、粉土、砂土、中密以下的碎石土及其人工地基，以及極軟巖的地基土性狀、地基處理效果和判定地基承載力。操作時(shí)需確保觸探架安裝平穩(wěn)，貫入深度不宜超過(guò)12～15m。

③　超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)：適用于評(píng)價(jià)密實(shí)碎石土、極軟巖和軟巖等地基土性狀和判定地基承載力，也可用于評(píng)價(jià)強(qiáng)夯置換效果及置換墩著底情況。貫入深度一般不超過(guò)20m，超過(guò)該深度時(shí)需考慮觸探桿側(cè)壁摩阻的影響。

2、動(dòng)力觸探試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)?：

①　操作簡(jiǎn)便?：動(dòng)力觸探試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，能夠快速進(jìn)行連續(xù)測(cè)試?。

②　適用范圍廣?：適用于各種土層，包括砂土、粉土、礫石土、軟巖、強(qiáng)風(fēng)化巖石及粘性土等地層?。

③　勘察與測(cè)試雙重功能?：動(dòng)力觸探試驗(yàn)不僅可以用于勘察，還可以通過(guò)記錄探頭貫入土中的錘擊數(shù)來(lái)測(cè)試土的力學(xué)特性?。

④　經(jīng)濟(jì)高效?：相比其他地質(zhì)勘探方法，動(dòng)力觸探試驗(yàn)成本較低，且能夠快速得出結(jié)果?。

3、動(dòng)力觸探試驗(yàn)的缺點(diǎn)?：

①　設(shè)備因素引起的誤差?：由于設(shè)備加工簡(jiǎn)單、材質(zhì)要求不明確、設(shè)備損耗較快等因素，可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果存在誤差?。

②　適用條件限制?：輕型動(dòng)力觸探適用于粘性土和粉土，重型和超重型動(dòng)力觸探適用于砂土和礫卵石，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)適用于粘性土、粉土和砂土?。

③　對(duì)較硬土層效果有限?：對(duì)于非常堅(jiān)硬的土層，動(dòng)力觸探的效果可能不如其他方法?。

三、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

（一）原理

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(standard penetration test，SPT)是動(dòng)力觸探的一種，它利用一定的錘擊功能，將一定規(guī)格的對(duì)開管式的貫入器打入鉆孔孔底的土中，根據(jù)打入土中的貫入阻抗，判別土層的變化和土的工程性質(zhì)。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種原位測(cè)試方法，用質(zhì)量63.5kg的落錘，在1900px高度自由下落，將標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中，記錄貫入750px的錘擊數(shù)，以此評(píng)價(jià)土物理力學(xué)性質(zhì)。

（二）儀器設(shè)備

1、落錘和導(dǎo)向桿：落錘質(zhì)量63.5kg，導(dǎo)向桿保證落錘垂直下落，需安裝牢固，確保下落準(zhǔn)確性。

2、標(biāo)準(zhǔn)貫入器：由兩個(gè)半圓管組成取土器，外徑51mm，內(nèi)徑35mm，可貫入試驗(yàn)也可取土樣用于室內(nèi)試驗(yàn)，刃口需保持鋒利。

3、鉆桿：連接貫入器和落錘裝置，材質(zhì)需足夠強(qiáng)度剛度，連接緊密，防止錘擊過(guò)程松動(dòng)。

（三）試驗(yàn)步驟

1、鉆孔：用鉆機(jī)在試驗(yàn)地點(diǎn)鉆孔，直徑大于貫入器外徑，一般150mm左右，保持垂直，深度達(dá)預(yù)定試驗(yàn)深度。

2、貫入器安裝與試驗(yàn)準(zhǔn)備：將貫入器連接鉆桿放入鉆孔，使靴刃接觸孔底，安裝導(dǎo)向桿和落錘裝置，檢查設(shè)備安裝。

3、錘擊操作：提升落錘至1900px高度自由下落，錘擊貫入器，記錄每貫入250px錘擊數(shù)，累計(jì)750px錘擊數(shù)作為指標(biāo)，注意觀察貫入情況，遇異常停止試驗(yàn)。

4、土樣采取(可選)：若需取土樣，貫入試驗(yàn)完成后，提升貫入器，取出土樣用于室內(nèi)試驗(yàn)。

5、試驗(yàn)結(jié)束與清理：試驗(yàn)完成后，拆卸設(shè)備，清理鉆桿、貫入器等，回填鉆孔。

（四）適用范圍與優(yōu)缺點(diǎn)

1、適用范圍：

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)主要適用于砂土、粉土及一般黏性土風(fēng)化巖及冰磧土，但不適用于軟塑-流塑軟土、碎石土及巖層。

2、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：

①　操作簡(jiǎn)單?：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的操作相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)備也較為簡(jiǎn)單，適合現(xiàn)場(chǎng)快速進(jìn)行?。

②　適用范圍廣?：該試驗(yàn)適用于多種土層，包括砂性土和粘性土，但對(duì)碎石類土及巖層不適用?。

③　土層適應(yīng)性強(qiáng)?：通過(guò)貫入器可以采取擾動(dòng)土樣，進(jìn)行直接鑒別描述和相關(guān)的室內(nèi)土工試驗(yàn)，如顆粒分析試驗(yàn)，特別適用于不易鉆探取樣的砂土和砂質(zhì)粉土?。

④　數(shù)據(jù)獲取方便?：通過(guò)記錄打入750px的錘擊數(shù)(即標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N)，可以方便地評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)?。

3、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的缺點(diǎn)：

①　數(shù)據(jù)離散性大?：試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性較大，精度較低，對(duì)于飽和軟粘土，其精度不如十字板剪切試驗(yàn)及靜力觸探等方法?。

②　應(yīng)用限制?：由于數(shù)據(jù)精度較低，對(duì)于缺乏使用經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，需要與其他測(cè)試方法配合使用?。

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