正文:
前言:静力触探是通过一定的机械装备, 将一定规格的金属探头用静力压入土层中, 同时用测试仪器采集土层对触探头的锥尖、侧壁的阻力, 以此来判断, 分析, 确定地基土的物理力学性质, 提供地层的承载力。与常规的勘探方式相比具有连续、快速、精确等优点。但是在实际生产过程中由于设备影响、外业操作的不尽合理以及后期数据处理及分层等造成的不当, 往往对测试的精度产生影响, 笔者通过多年工作经验, 对影响静力触探数据精度所造成各种原因逐一论述, 做出系统介绍。
一、设备影响:
设备的影响主要是采集设备及触探探头两个方面:
1、采集设备:
由于老式的双笔记录仪灵敏度较低, 划线迟缓等不足, 近年来已经完全被微机数据采集仪所代替, 而随着计算机技术的普及及发展, 由于采集设备造成的影响越来越低, 基本可以忽略不计了。
2、触探探头:
触探探头的影响主要体现在的几何尺寸变化上由于静力触探贯入阻力的计算是根据锥尖及侧壁两个通道的受力面积计算的, 在实际测试中由于在测试过程中的摩擦等原因。探头的锥尖及侧壁的受力面积经过磨损会逐渐变小 (或者出现裂口、划痕等) , 虽然这个磨损过程需要一定的周期及过程, 但是仍然是影响测试精度需要考虑的问题。因此, 实际测试过程中, 应经常检查探头的外形、尺寸有无异常情况, 超过规范要求的要及时更换锥尖及侧壁两个部件。
二、关于外业操作:
1、贯入速度的影响:
静力触探所采取的贯入速度不同, 产生的贯入阻力也不同, 在常规贯入速度 (20±5mm/s) 下, 对贯入阻力的影响很小, 测试的数据也较为精准。但是现实情况是:通过油压控制的贯人速率难以实现此要求, 特别是在软土层或松软地层 (锥尖阻力值小于1.2MPa) 贯人时, 速率往往超过常规要求的贯入速度一定范围。与之对应的是所测贯入阻力较之实际地层的超标, 导致测试结果的精度受到影响。
2、调零的影响:
(1) 初始调零:
此调零不属于触探过程中的调零, 主要为调试仪器及探头在测试前保持不受力的状态, 保证本阶段探头不受外力, 并以此为受力零点向下进行触探, 能够有效的保持测试精度。
(2) 过程调零:
根据《铁路工程地质原位测试规范》中静力触探章节中对调零的规定:
A.探头贯入地下0.5-1.0米时应进行调零, 零漂变化符合规范要求时方可向下触探。
B.地下6米深度范围内, 每隔2-3米调零一次。
C.孔深超过6米后可视零漂值大小决定调零次数, 如零漂稳定时可不做调零。
规范对调零的原则进行了要求, 但是具体的操作细节并未明确指出, 笔者根据多年的工作经验, 认为在测试中除满足规范要求外, 还应注意增加由较硬土层向较软地层过度时在较软地层中的调零, 因为在穿越硬土层后, 探头的应力释放并不十分充分, 两层土的应力差异越大, 此类影响越发明显, 一般情况下满足此段应力释放需要变层后再行贯入0.5-1米, 因为这段范围会使得由探头对下部较软的感受应力敏感程度降低, 所以增加此位置的调零能够及时的消除此范围的零漂。
值得注意的是, 虽然按照规范进行调零能够基本如实的反映出合理的地层软硬变化, 但是没有任何依据凭空的、机械的增加零次数的, 和测试精度没有绝对的关系, 而且会降低工作效率, 所以我们强调的是科学、合理、规范、简洁的调零。
3. 温度影响:
通过触探采集设备测量贯入阻力的主要设备就是探头上的各种应变片, 如果因为种种原因使得应变片在仪器调试前和贯入过程中的温度发生变化, 则会导致应变片的电阻出现变化, 进而产生零位漂移, 产生这种温度变化主要由如下原因构成:
(1) 测试的时间过长, 导致应变片产生的电阻热。
(2) 地面温度与地下不同深度温度造成的温差, 在严寒季节时表现尤为明显。
(3) 探头在贯入过程中和土体产生的摩擦所产生的热量造成的温度差异。
(4) 探头在本身测试中的不断变形所产生的应力热。
虽然上述的温差变化对静力触探的精度有一定影响, 但是可喜的是, 随着近年来的科技发展, 主流的触探探头全部配置了温度补偿电阻或应变片, 采集设备增加了温度补偿 (调节) 模块, 由此产生的精度影响基本可以忽略不计了。
4、不能及时清洗探头的影响:
根据《铁路工程地质原位测试规范》要求, 探头在经过每一次测试, 再拔出地面时, 都要进行及时的清洗、检查、保养, 根据笔者多年的经验, 连续测试超过两个孔的探头, 锥尖背面的凹槽最底部的平面部分会产生的夹泥, 分布在顶柱四周的环状间隙内, 虽然夹泥十分微薄, 但是仍然会抵消部分传感器的能感受到的阻力, 造成测试设备所采集及显示的锥尖阻力值偏低, 根据贯入地层的不同, 这部分的影响值的范围为0.01-0.04MPa, 虽然是细微的影响, 但是这一点对于软土地层的锥尖数据还是产生了一定的影响 (如下图所示) 。
夹泥和清理过的探头锥尖的对比
三、关于内业资料整理:
技术人员把数据精度全部从外业上考虑也不是十分合理, 内业处理数据的不当也可能对数据精度造成的一定的影响, 下面根据笔者多年工作经验简单介绍一下。
1、分层不当:
不当的地层分层会把力学性质不同的地层合并在一起, 这里面会出现两种情况:
(1) 不当的将较硬地层并入软层会使得本来较软的地层偏硬, 会给设计的提供的参数高于正常指标, 使得工程面临较大的风险, 透支的使用部分设计上的强度储备。
(2) 与前述对应的是不当的将较软地层并入较硬的地层会使得本来较硬的地层偏软, 会给设计的提供的参数低于正常指标, 使得工程面临较大的浪费。
为避免上述两种情况的出现, 根据中国工程建设标准化委员会的《静力触探技术标准》, 采用下表的要求原则对不同地层进行并层处理, 使得力学指标相近的地层划分为同一地层, 分层得到更加合理的体现, 安全性和经济性得到较为完善的统一。
2、异常值的影响:
(1) 地层本身产生的异常值的影响:无论是偏软或偏硬的局部异常值, 往往会提高或降低某一层的数据指标, 造成该层的数据失真 (尤其在某些小于1米的薄层会更加明显) , 另外像某客运专线的砂层里的姜石层 (如下图的3.7-3.8米) , 使得触探曲线体现出明显的凸起段 (或凹陷段) , 地层性质出现失真, 处理此类问题时一定要结合着区域地层 (考虑现场是否存在结核体, 或较大空隙、巢穴等) 及钻探出来的地层进行综合判释, 并对异常值进行科学、合理的分析, 和专业及设计人员积极沟通, 确定如何提供具体的数据指标。
(2) 因为在操作设备时出现局部误差, 比如深度记录装置连线或虚接深度记录触点所造成的喇叭口现象 (如下图所示的1米、2米处) , 这些问题都是因为深度记录装置的虚接触点造成的, 和操作及地层无关, 该问题的处理应该采用平滑修正的方法, 保持曲线的连贯性及平滑性, 最大程度的复原地层的客观实际及变化趋势。
上述的各因素虽然从单独每一个环节的影响效果上, 对数据精度的影响都并不大, 但是如果不注意控制, 各种不利因素叠加在一起就会由量变转为质变, 误差积累为错误, 希望广大从业人员及管理者, 现场控制静力触探质量时要全方位的考虑, 严格要求每一个具体环节, 测试出真实的数据, 为设计提供科学、准确、合理、可信的依据。
摘要：本文针对影响静力触探数据精度的几个方面, 通过静力触探的外业操作以及内业的资料整理展开论述, 并提出了提高静力触探数据精度的相关建议, 指导广大从业人员及管理者, 现场控制静力触探应进行全方位的考虑, 使得采集的数据越发精确, 保证提出合理的力学指标并满足设计要求, 使得安全性及经济性均得到很好体现, 确实做到科学、准确、合理、可信。
关键词：静力触探,数据精度,注意问题
参考文献
[1] 静力触探技术标准CECS04:88.建设部综合勘察研究院同济大学1988.12.8
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[3] 《土体原位测试机理、方法及其工程应用孟高头编著北京地质出版社1997
[4] 地基土常用原位测试技术手册吴大复冯哲黄毓松叶宗荣叶启民等编著铁道部第三勘测设计院1990