浅谈静力触探在水上的应用

 浅谈静力触探在水上的应用

　　本文前部分介绍了静力触探的基本原理及静力触探设备，后半部分详细阐述了在苏丹水利水电大坝勘察静探工作中，增强型机的操作要领和贯入过程中出现超大反力的两个位置点。

　　关键词：基本原理，触探仪，增强型机，位置点

　　0前言

　　静力触探的基本原理就是准静力（相对动探而言，没有或很少有冲击荷载）将一内部有传感器的触探头以均速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力，通过电信号输入到记录仪记录下来，再通过贯入阻力与土的物理力学性质间的定性关系和统计相关关系，来实现并取得土层剖面，选择坝基持力层来获得大坝勘察目的。

　　静力触探设备，俗称静力触探仪。一般由（1）静力触探头（2）量测记录仪表（3）贯入系统：主要是触探主机（贯入装置）和反力装置。反力的取得，在陆上一般有下地锚和利用汽车自重两种，而在水上我们是配四个水箱放置在平台的四个角落增加配重增强型机的高效使用：

　　工程所用的是增强型LMC——D310型静探微机。增强型机进一步提高了测试深度，采用先进的高精度放大器，四万分之一分辨率的A/D转换器和10厘米一次的深度采取率。增强型机采用了很多当代电子新技术和新材料，采用进口16位单片机作核心，带触摸屏的新型液晶板作显示器和键盘，设置了USB接口，用来连接打印机和U盘。

　　1试验操作及注意事项

　　在进行双桥静力触探试验前需要注意以下几点：

　　1）、先线接好探头电缆，安装好触探机械设备

　　2）、显示初值，进行调零。零位范围一般应在±1000个数以内，如果超过±5000个数，则相应路数的零位显示Er，表示该探头已无法使用。零位显示若不能正常显示（显示“Er”或数字乱跳），应检查探头电缆是否有断路短路，特别是双桥探头上用的九芯（或八芯）接插件，由于引脚较密，很容易发生短路或接触不良，使静探微机无法正常工作。

　　3）、点击“测量”，选择“双桥触探”。

　　4）、输入测试参数。点击字符键可以在提示栏内输入当前的参数。报警值可以根据工程要求或探头可以承受的额定压力由操作员自行设置。

　　5）、进行“双桥触探”试验。

　　由于静探微机的零位并不等于零，而且要且对采集数据进行直线内插，因此读初值是测量的必要步骤，特别是第一个初值和最后一个初值一定要读：

　　（1）静探微机进入测量状态后，将探头处于悬空状态（不受压力），稍等片刻，点击“初值”，然后“测量”，探头开始贯入。

　　（2）读中间初值的次数不限。将探杆上提10~20cm，待屏上锥头阻力等测量值变至最小时（也可能是负值），点击“初值”键，屏上原来显示的初值将发生变化，测量值自动回零。

　　（3）读初值以后，主窗口会出现“请点击测量键”的提示，必须点击“测量”键才可以贯入探头，测量键有两个作用：①确认初值。由于操作失误或探头未悬空，读到的初值可能是错误的，只要在未点击“测量”键前，可以点击“初值”键重读初值。点击“测量&rdq1000uo;键后就不能重读②对采集数据进行直线内插。

　　（4）读初值和对采集数据进行直线内插直接影响到采集数据的精度。建议在淤泥质土层中不要读初值，因为在该土层内探头不容易悬空，读到的初值多数是错误的。

　　读到一个初值后，点击测量键，静探微机进入测量状态，探头开始贯入，每贯入10cm，深度信号发生器产生一个脉冲信号，微机进行深度计数，并采样贮存，在屏上显示相应曲线。

　　2试验反力问题的解决

　　出现超大贯入反力的两个位置点：

　　在水上静探中，安全事故的隐患主要取决于贯入力的大小，然而我们直观看到的确是反力的大小，反力的影响。因此在操作中我们应当更加关注贯入反力。

　　首先我们是搭建水上静探平台，平台的外部尺寸长13.3m，宽6m。平台由6个长4m宽1.5m的浮箱组合、焊接而成，这样可使其最大浮力达到37吨（平台自重、钻探设备及发电机等其他设备总重约25吨）。

　　在进行水上静探贯入操作前，我们应先调平机座，使贯入压力保持垂直方向，为了使机座与反力装置衔接、锁定，我们通常设计出两块“工”字型钢，将其立放（使其韧性得到充分发挥，反力不致过于集中）于触探主机油缸两侧，再用螺杆上紧。然后下入水中一段套管，一般是进入覆盖层70cm左右。由于进入套管中的这段覆盖层比较密实，我们要先下入钻杆进行冲灌，将这段覆盖层冲得较为松散。（这时要把握好深度，不至于将套管底部的覆盖层冲漏）然后下入探杆进行贯入，探头在即将到达套管底部时，此刻的贯入反力依然会很大（探杆易折断、油缸最上部的四个螺帽有时会脱扣、反力装置易失去作用），人员应远离触探主机，操作员要及时调整贯入压力，并关注探杆的变形程度，所有人员都应提高警惕直到通过套管中这一段覆盖层。

　　贯入反力较大的第二个位置点是探头即将接近基岩面时，与第一个位置点不同的是贯入阻力会瞬间增大，而且这时的探头也最易压坏。技术人员应即时注意增强型机中端（侧）阻曲线变化。曲线先是瞬间降到最低，然后瞬间增大（如图一图二）。端（侧）阻值增大取几个数值后应快速停止贯入。在贯入过程中，贯入阻力会随着深度的增加而增大，此时的浮船会抬升，因此浮船四角的水箱就发挥了作用。我们需要向水箱中注水来增加配重，水量的多少取决于贯入阻力的大小。

　　在苏丹这些勘察大坝中，由于水中覆盖层不是太深（最深压到70m），我们通常是在浮船四角配置四个1m3的水箱灌满水增加配重。另外，在浮船抬升的过程中，一定要特别注意浮船附近是否有船经过，船经过后卷起的水浪会使抬升的浮船左右晃动，这时套管中的探杆很易折断（贯入土中的探杆由于周围有土的挤压影响会小一些）。

　　3小结

　　在静力触探工作中，尽管我们对增强型机进行高效率操作，而且在贯入过程中,加以关注超大贯入反力的位置点，通过这些来提高工作效率，使其快速、精密，但是静力触探作为一种勘探手段依然有它的不足：

　　（1）贯入机理有多种假说，目前对静探成果的解释主要还是经验性的；

　　（2）不能直接地识别土层；

　　（3）对碎石类土和较密实砂土层，难以贯入；

　　（4）一般还需要钻探与其配合，才能得到有效的资料。

　　参考文献：

　　（1）岩土工程原位测试技术，吴兴序，西南交通大学岩土工程系，2005

　　（2）工程地质手册（第四版），中国建筑工业出版社，2006

　　（3）英国BS规范