靜力觸探

靜力觸探

建築領域術語
靜力觸探是指利用壓力裝置将有觸探頭的觸探杆壓入試驗土層,通過量測系統測土的貫入阻力,可确定土的某些基本物理力學特性,如土的變形模量、土的容許承載力等。[1]靜力觸探加壓方式有機械式、液壓式和人力式三種。靜力觸探在現場進行試驗,将靜力觸探所得比貫入阻力(Ps)與載荷試驗、土工試驗有關指标進行回歸分析,可以得到适用于一定地區或一定土性的經驗公式,可以通過靜力觸探所得的計算指标确定土的天然地基承載力。靜力觸探的貫入機理與建築物地基強度和變形機理存在一定差異性,故不常使用。
    中文名:靜力觸探 外文名: 适用領域: 所屬學科: 目的:确定土的天然地基承載力 方式:機械式、液壓式和人力式 适用土質:粘性土、粉性土、砂性土

基本原理

靜力觸探的基本原理就是用準靜力(相對動力觸探而言,沒有或很少沖擊荷載)将一個内部裝有傳感器的觸探頭以勻速壓入土中,由于地層中各種土的軟硬不同,探頭所受的阻力自然也不一樣,傳感器将這種大小不同的貫入阻力通過電信号輸入到記錄儀表中記錄下來,再通過貫入阻力與土的工程地質特征之間的定性關系和統計相關關系,來實現取得土層剖面、提供淺基承載力、選擇樁端持力層和預估單樁承載力等工程地質勘察目的。

适用條件

靜力觸探主要适用于粘性土、粉性土、砂性土。就黃河下遊各類水利工程、工業與民用建築工程、公路橋梁工程而言,靜力觸探适用于地面以下50m内的各種土層,特别是對于地層情況變化較大的複雜場地及不易取得原狀土的飽和砂土和高靈敏度的軟粘土地層的勘察,更适合采用靜力觸探進行勘察。

工作特點

靜力觸探既是一種原位測試手段,也是一種勘探手段,它和常規的鑽探——取樣——室内試驗等勘探程序相比,具有快速、精确、經濟和節省人力等特點。此外,在采用樁基工程勘察中,靜力觸探能準确地确定樁端持力層等特征也是一般常規勘察手段所不能比拟的。

技術标準

探頭的尺寸和加工精度,直接影響着觸探資料的準确性。統一探頭幾何尺寸的目的是為了使觸探試驗資料能夠相互引用與對比。規定的加工精度是為了保證探頭的幾何尺寸,限制探頭幾何尺寸的誤差,同時也是為了使探頭各部件能夠正常工作。選用的探頭幾何尺寸及加工精度必須符合我國規定的标準。探頭各部件的機械性能影響着探頭的測試精度及使用壽命。探頭各部件中材質要求較高的是傳感器,傳感器是探頭的心髒,對探頭的測試精度、使用壽命起着決定性的作用。傳感器應使用高強度鋼材制作,最好采用60Si2Mn鋼,并進行熱處理。探頭其餘部件的材質要求并不高,用40Cr或45鋼均可,也要經過熱處理。

探頭的線性誤差:探頭的線性誤差是指探頭在率定時,荷載P和輸出電壓V本應是線性關系,如有偏離即為線性誤差。線性誤差是影響探頭測試精度的主要因素之一。線性誤差的大小可用端點連線法确定。以零載和滿載時輸出電壓值所連直線OA作标準,求得測點最大誤差ΔV即為最大的線性誤差。

我國規定探頭的線性誤差應小于量程的±1%,也就是ΔV/Vm<±1%,否則為不合格探頭。線性誤差的大小主要與傳感器空心柱的材質有關。在其它條件相同的情況下,用60Si2Mn鋼制成的傳感器要比用40Cr或40CrNi鋼制成的傳感器線性誤差小得多。影響線性誤差的其它因素有傳感器空心柱的加工精度(如同軸度、粗糙度等)、應變片及貼片質量的好壞等,但這幾種因素的影響相對較小。探頭的線性誤差越小,說明探頭的線性越好。有些探頭加荷時與卸荷時的線性誤差有較大區别,因此,探頭的線性誤差要在加荷與卸荷2種情況下進行檢驗,都應滿足線性誤差要求。

探頭的歸零及重複性誤差:探頭的歸零及重複性誤差均影響探頭的測試精度。其誤差大小主要與傳感器空心柱的材質、應變片及貼片質量的好壞等有關。2種誤差均應小于1%,在檢驗時必須排除儀器本身的誤差影響,一般可用線性好、歸零及重複性誤差小的探頭先校核儀器,确認儀器正常後再去檢驗探頭歸零及重複性誤差的大小。

探頭的絕緣度:探頭的絕緣度是指應變片電阻絲及外接引線與探頭金屬件間的絕緣電阻。新探頭的絕緣電阻應大于500MΩ,探頭使用後絕緣電阻衰減是允許的,但不能低于100MΩ。絕緣電阻過小将使零漂增大,嚴重時電橋不能平衡,測試工作無法進行。絕緣電阻的主要影響因素是探頭的密封質量。密封效果不好,會使探頭内部傳感器受潮而降低其絕緣電阻。其次,受貼片膠、貼片、外接引線等質量好壞的影響,如貼片膠本身質量差,貼片時膠層太薄,引線本身絕緣不好等。

探頭的密封質量:探頭的密封質量是影響探頭使用壽命的主要因素。筆者在探頭的修理過程中發現,損壞的探頭約有80%是由于探頭密封質量不好造成的,尤其是雙橋探頭。在觸探過程中,由于地下水有水頭壓力,當探頭密封不好時,土中的水就會進入探頭内部,使傳感器受潮,嚴重時應變片被水浸泡,時間長了就會使傳感器表面生鏽,應變片與空心柱開始脫膠,緻使傳感器不能正常工作,探頭報廢。

探頭維修

探頭的使用壽命是探頭質量的重要方面。探頭最終是用于工程勘察中,如果僅有較高的測試精度而不具有耐用性,也不能說探頭質量好。在實際工程中,一個探頭觸幾個孔便壞了也是常有的事。因此探頭在滿足精度要求的同時,應該具有較長的使用壽命。頻繁地更換探頭,既影響工程進度又增加了觸探試驗成本。影響探頭使用壽命的主要因素是密封質量,其次是應變片、貼片質量的好壞及電橋引線焊接牢固程度、探頭裝配質量、機械性能等。

探頭的維修性能:探頭的結構應滿足維修的要求,應該具有拆裝簡單、維修方便的性能。質量再好的探頭也可能出現偶然性的毛病,如探頭内部引線接點開焊,或探頭某一部位密封件損壞而使探頭内部進水。這些小毛病也同樣使探頭不能繼續使用。在探頭的外部并沒有多大磨損的情況下,隻要拆開探頭稍加修理便可以使用。

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