（一）概述

静力触探试验[Static（Dutch）Cone Penetration Test]首先在荷兰研制成功，因此国际上常称静力触探试验为“荷兰锥”试验，简称CPT（Cone Penetration Test）。静力触探试验是把一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，并测定探头阻力等的一种测试方法，实际上是一种准静力触探试验。

静力触探试验分为机械式静力触探试验（Mechanical Static Cone Penetration Test）和电测式静力触探试验（Electrical Cone Penetration Test）两种。机械式静力触探试验是用机械装置把带有双层管的圆锥形探头压入土中，在地面上用压力表分别量测套筒侧壁与周围土层间的摩阻力和探头锥尖贯入土层时所受的阻力，该方法目前已很少采用。电测静力触探试验于1964年首先在我国研制成功，它是利用电阻应变测试技术，直接从探头中量测贯入阻力（定义为比贯入阻力）。20世纪60年代后期，荷兰开始研制类似的电测静力触探仪，探头为双桥式，即所谓的Fugro探头。从20世纪70年代开始，电测静力触探的发展使静力触探有了新的活力，发展迅猛，应用普遍。其中，最重要的发展是20世纪80年代初成功研制出了可测孔隙水压力的电测式静力触探（Piezo Cone Penetration Test），简称孔压触探（CPTU），它可以同时测量锥头阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力。

到目前为止，静力触探试验适用于软土、黏性土、粉土、砂类土及含少量碎石的土层，可划分土层界面、土类定名、确定地基承载力和单桩极限荷载、判定地基土液化可能性及测定地基土的物理力学参数等。

（二）静力触探的主要技术要求

（1）常用的静力触探探头分为单桥、双桥和三功能孔压探头，如图5-29所示。静力触探单桥探头可测定土的比贯入阻力ps，双桥探头可测定土的端阻qc和侧阻fs，三功能孔压探头除测定土的qc、fs外，还可测定贯入孔隙压力u0及其消散过程值ut。

（2）贯入速度应均匀，为（20±5）mm/s。

（3）探杆的使用：最下的5 m探杆在贯入过程中起重要导向作用，探杆轴线的直线度误差应小于0.05%，以后的探杆直线度误差小于0.1%。当进行深层静力触探时，为避免断杆事故，应量测触探孔的偏斜角，当偏斜角超过30°时应停止贯入；或采用组合探杆（用三种不同直径的探杆组合连接起来，直径最大的探杆在上，最小的探杆在最下）；或采用分段触探法（触探至一定深度，钻孔下套管，孔底继续触探）。

（4）探头的非线性误差、重复性误差、滞后误差、温飘、归零误差在室内率定时不应大于1%fs（fs为侧壁摩阻力）。现场试验时，应检验现场的归零误差（＜3%），它是试验质量的重要指标，探头在500 kPa水压下2 h后绝缘电阻不应小于500 MΩ；现场测试时绝缘电阻不应小于20 mΩ。

图5-29　静力触探探头示意图

（5）应保持足够的反力及起拔力，保证探杆的垂直度。

（三）静力触探试验成果整理

（1）对原始数据进行检查与校正。如初读数随深度有变化，自动记录的深度与实际贯入深度（以探杆长度计算）有差别时，应按线性内插法对原始数据进行校正。

（2）按下列公式分别计算比贯入阻力ps、锥头阻力qc、侧壁摩擦力fs及摩阻比Rf。

式中：Kp，Kq，Kf——单桥、双桥探头的锥头传感器及摩擦筒传感器的率定系数（kPa）；

εp，εq，εf——单桥、双桥探头的锥头传感器及摩擦筒传感器的应变量。

（四）静力触探测试成果的应用

1.划分场地土的类别

用静力触探测试成果划分场地土的类别是其应用最广、效果最好的一个方面。目前，一般用两种方法对场地土进行分类，即双（单）桥探头静力触探法和可测孔隙水压力的静力触探法。双桥探头静力触探法用锥头阻力和摩阻比划分土类；孔压探头静力触探法用锥头阻力和孔隙水压力划分土类；单桥探头触探只能用比贯入阻力ps分土类，国内已积累了不少经验。

2.测定土的物理力学性质

利用静力触探测定土的物理力学性质一般有以下一些方法。

（1）计算黏性土的不排水抗剪强度Cu。

黏性土的不排水抗剪强度Cu按式（5-33）计算。

式中：σ0——原始总的上覆压力（kPa），σ0可用竖向总上覆压力σv0或水平总上覆压力σh0或八面体的应力σ08来表示，σ08=（σv0+2σh0）/3；

　　　Nk——锥头系数，Nk值按经验选取。Ladanyi建议，对灵敏性黏土Nk取5.5～8；Bagligh建议，对于软—中等黏土Nk取5～21，Nk随Ip增大而减小；Kjeskstad等建议，对于超固结黏土Nk取17±5。

亦可按各地经验公式计算，下面是效果较好的方法。

（2）求软黏土灵敏度。根据中国地质大学在深圳和武汉软土地基的勘察和研究中，发现双桥静力触探和十字板测试的软土灵敏度（St）之间存在式（5-37）所示关系。

（3）判别黏性土的塑性状态。铁道部《铁路工程地质原位测试规程》（TB 10018—2003）提出用孔压探头法（过滤片在锥面处），根据Bq-qT的关系按表5-3判别黏性土的塑性状态。

表5-3　用Bq、qT判定黏性土稠度状态

（4）计算饱和黏性土的固结系数。《铁路工程地质原位测试规程》（TB 10018—2003）建议用式（5-38）估算地基土的竖向固结系数。

式中：ξ——经验修正系数，ξ取0.25～0.80；

　　　r0——孔压静力触探探头的半径（cm）；

　　　t50——固结度50%的历时（s）；

　　　T50——超孔压消散50%的时间因数，其取值如表5-4所示。

表5-4　T50的取值

注：表中Af为破坏孔隙水压力系数，其取值见表5-5，Ir为土的刚度系数，其计算方法见式（5-39）。

式中：Eu——土的不排水压缩模量（MPa）；

　　　μ——不排水泊松比，可恒取μ=0.49；(www.daowen.com)

　　　Cu——土的不排水抗剪强度（MPa）。

表5-5　Af的取值

（5）计算土的渗透系数K（cm/s），按式（5-40）估算。

式中：λ——综合修正系数，对于正常固结的软黏性土，孔压为圆球扩散时可取0.8；圆柱扩散时，可取0.2；对于其他类土，则宜通过试验对比后确定；

　　　n——土的孔隙率；

　　　rw——水的重度（kN/m³）；

　　　t——固结时间（s），固结度100%的历时一般用t100表示；

　　　f（Δut）——孔压随时间变化的函数。

（6）评价砂土的内摩擦角φ。国内外试验对比资料表明，砂土贯入阻力ps、qc与其内摩擦角之间有较好的相关关系。

《铁路工程地质原位测试规程》（TB 10018—2003）建议按比贯入阻力ps来估算砂土内摩擦角φ，其相应的经验关系如表5-6所示。

表5-6　按比贯入阻力ps来估算砂土内摩擦角φ

（7）评价砂土的相对密实度Dr。Lunne等建议对于中细石英砂按式（5-41）计算其相对密实度。

式中：——有效上覆压力（kPa）。

（8）计算土的压缩模量Es和变形模量E0。

① 计算黏性土的压缩模量Es和变形模量E0。

国内不少单位在长期的实践过程中建立起了许多经验性的公式，其对比关系可查阅相关文献资料。

② 计算砂土的压缩模量Es和变形模量E0。

《铁路工程地质原位测试规程》（TB 10018—2003）提出估算砂土Es的经验值如表5-7所示。

表5-7　ps与Es的对比关系 单位：kPa

实际工程中常用的计算砂性地基土变形模量E0（MPa）的公式如表5-8所示。

表5-8　用ps估算E0的经验公式

注：表中ps、qc的单位均为MPa。

3.确定地基承载力

总结以往众多的经验式，进行统计分析后，建议采用下述较精确的经验式。

式中：β，α——土类修正系数，可参见表5-9。

表5-9　各类土的修正系数

注：①可用于老黏土。

式（5-42）使用方便，适应性广，相对误差小。应用式（5-42）时，首先要了解当地土质情况，特别是塑性指数Ip及土名，要有少量室内试验和钻探配合，或有附近的工程地质资料类比。一般是对地基土类了解得越清楚，用ps（qc）求f0的准确度越高。

4.确定单桩承载力

在运用原位测试手段评价桩基承载力时，静力触探是使用较多、研究较深入、准确度较高的一种方法。

《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）在用静力触探确定单桩承载力时，规定采用单桥探头的圆锥底面积15 cm2，底部带7 cm高的滑套，锥角60°。根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向承载力标准值Puk时，如无地区经验，可按式（5-43）计算。

式中：u——桩身周长（m）；

　　　qsik——用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第i层土的侧阻力标准值（kPa）；

　　　li——桩穿越第i层土的厚度（m）；

　　　α——桩端阻力修正系数；

　　　psk——桩端附近静力触探比贯入阻力平均值（kPa）；

　　　Ap——桩端面积（m²）。