赵国庆、邹德军
西安中交公路岩土公司有限责任公司 陕西 西安710075
摘要：工程地质勘察，作为开展项目施工建设的前期准备工作，对工程项目的质量安全有着巨大的影响。科学严谨的工程地质勘察工作，是保障工程设计满足项目建设需求的重要基础。而静力触探技术作为工程地质勘察工作的关键环节，通过压力装置分析地层力学特性，为工程设计工作提供科学的数据参考，是相关施工建设企业做好工程地质勘察工作的重要途径。为此，本文就静力触探在工程地质勘察中的应用策略，展开详细的分析与探讨。
关键词：静力触探；工程；地质勘察；应用研究
我国的基础设施建设，推动着社会经济的快速发展和人民生活水平的稳步提高，基础设施建设行业也借助国家进步的这股东风，迎来了前所未有的繁荣发展。随着我国有关部门关于“精益化生产”目标的提出，以及频繁爆发的“豆腐渣工程”问题，工程施工质量问题得到了社会各界的广泛关注。而要保障工程施工质量，重点是要做好施工建设的前期准备工作，例如工程地质勘察工作。工程地质勘察工作主要是收集施工地层的相关信息，包括土壤的地质构成、土层的形变特性、土壤密度以及最大容许承载力等数据，为后续的工程设计工作提供可靠的数据支撑，以达到完善工程建设的目的。静力触探技术作为一种应用广泛的工程地质勘察技术，具有科学、高效等显著优点，因此，熟练掌握静力触探技术在工程地质勘察过程中的应用策略，完善自身的专业技能，是对于每一位合格的工程施工技术人员的基本要求。
一、静力触探技术原理解析
在把静力触探技术应用于工程地质勘察工作之前，施工技术人员需要首先弄清其工作原理。静力触探技术是勘探技术和测试技术的有机结合，通过施加定量的准静力，以匀速运动的方式把内嵌压力传感器的触探头压入土层收集数据。由于触探头在下压过程中会受到土层的阻力，而不同土壤结构、密度的土层具有不同的阻力值，压力传感器把不同的阻力值换算为土层数据对外输出，通过图形软件生成相应的土层力学特性曲线，帮助施工技术人员对土层力学特征进分析与研判。
静力触探加压方式重要分为机械加压、液压加压以及人力加压三种，其工作过程主要涉及三大基本原理：
（1）胡克定律
胡克定律作为力学弹性理论中的一条基本定律，是指固体材料受力之后，材料中的应力与应变（单位形变量）之间成线性关系。我们常见的弹簧就满足胡克定律，对弹簧两端施加单位压力或者拉力，弹簧也会随之形变单位长度。由此，我们可以应用此定律，在得知触探头中传感器的形变量时，通过计算得到其受到的压力值，进而知晓土层对应的阻力值。
（2）电阻定理
触探头的传感器，通常由电阻应变片组成。电阻应变片是由用于测量机械应力大小值的一种元器件，它能将机械构件上应变的变化量转换为电阻变化量。当电阻应变片所附着的机械构件由于应力产生变形时，会导致电阻应变片的长度发生变化，而电阻应变片在特定长度状态下具有唯一确定的电阻值。因此，便可以通过监测该电阻的瞬时阻值得出某一时刻下触探头接触应力的大小。
（3）电桥原理
此外，由于电阻应变片所附着的机械构件通常为钢片，其受力形变量较小且形变不均匀。为了解决此问题，得到精确的压力数据，我们通常采用电桥原理搭建传感电路。电桥由首尾相连的四个电阻应变片构成，其两个对角端分别为输入电源与输出信号连接端，多个电阻应变片的加入，可以让施工技术人员得到多点的精确应力数据，通过特定的优化算法，还原准确的土层阻力值。
二、静力触探在工程地质勘察中的应用策略
静力触探技术在工程地质勘察过程中，主要有以下几个方面的具体应用，施工人员只有熟悉该技术的具体应用场景，才能为其获取准确的土层数据、做好工程地质勘察工作打下坚实的基础：
（1）用于划分土层
由于我国国土面积巨大，存在的地形地貌种类繁多，例如有普通土壤、粘性土壤、粉土土壤、软土土壤以及砂砾土壤等，而在施工动工前便需要借助静力触探仪器搞清楚施工位置的土层类型和地质结构。但静力触探仪器也不是全能设备，对于粒径较大的土壤例如圆砾、岩石等也将无法进行探查。技术人员通常采用以下两种方式进行土层的划分：
1.依据锥尖阻力值结果进行划分
由于自然界的风力、水流以及地壳运动的影响，导致了地层性质与结构的横向和纵向差别。通过触探结果曲线进行土层划分，需要依照以下原则进行：
①把触探阻力≤1且浮动值在±0.1~0.3范围内的土层归为一层；把1＜触探阻力≤3且浮动值在±0.3~0.5范围内的土层归为一层；把3＜触探阻力≤6且浮动值在±0.5~1.0范围内的土层又归为单独的一层。
②如该土层较薄并且为交错沉积状态，当触探压力结果的最大值与最小值之间差值小于2时，便可以把该土层归类为同一层。
③当触探结果曲线出现断层（指压力值曲线发生提前与延后现象）时，需要首先检查是否有密土层与软土层的交叠情况，防止出现错乱的土层划分。
2.依据摩阻比进行划分
除了单纯依靠触探头的锥尖阻力划分土层，技术人员在实践中还发现，不同锥尖阻力值也对应着不同的锥壁摩檫力值。因此，施工人员还可以通过锥尖阻力值、锥壁摩檫力值以及锥尖阻力值/锥壁摩檫力值这几个参数对土层进行划分。
（2）用于确认基土容许承载力
在工程施工前对于土层的容许承载力的确认工作至关重要,通常需要技术人员把静力触探结果以及土层载荷实验结果进行交叉比对，再通过结合当地的地质构造因素进行综合考量，以确认土层的最大基土容许承载力。
（3）用于确认单桩竖向承载力
对于软土等土层的地基搭建，通常采用多根单桩进行支撑的方式来进行。例如位处迪拜的国际知名酒店--帆船酒店，由于是建造在沙石构成的人工岛上，无法直接浇筑完整地基面，因此其地基的搭建就用到了多根单桩的支撑方案。通过对静力触探过程中触探头的锥尖阻力值和锥壁摩檫力值数据的分析与评估，可以预测单桩竖向承载力，为进一步的单桩承载力试验提供数据支撑。
（4）测试土层是否具有砂土液化风险
砂土液化现象，是指饱含水分的疏松粉以及砂砾土壤在地震等引起的振动作用下，其结构突然被破坏（由松散状态变为致密状态）而呈现液态的一种现象。由于地震发生时，砂土土层孔隙内的水将一直承受高压影响，当压力值超过一定阈值时，会发生承压水冲破土层进而损毁建筑物的严重后果。因此，技术人员需结合土层的静力触探结果以及行业相关砂土液化模型，对该土层是否具有砂土液化风险做出提前预判。
（5）检测人防工事
作为我国战争的遗留产物，目前在城市或者农村仍存在着大量的、未被探明的人防工事。这些人防工事往往并未进行过专门的砖石衬砌。因此，在使用静力触探进行土层勘察时，如果遇到下探阻力值突然降低到0的情况，就需引起技术人员的高度重视，说明此时检测到了地下空穴，需进一步排查是否是人防工事等设施。
三、结论
综上所述，完善工程地质勘察工作不仅有利于实现项目施工效率的稳步提升，还是落实工程施工项目质量的前提和基础，更是推动我国基础设施建设、保障人民安居乐业的重要举措。静力触探技术作为工程地质勘察工作的关键环节，是工程施工项目的技术核心，为此，上文着重围绕静力触探工作原理以及在工程地质勘察中的应用策略展开了详细讨论，以期为施工技术人员提升专业技能及做好工程地质勘察工作提供科学的理论指导。
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