触探(Sounding)一词最早出现在20世纪20年代,是当时瑞典国家铁路局规定的一种螺旋钻,在其上施加固定的静荷载,将其旋人士中,记录每旋转25圈的贯入进尺数,作为衡量土质好坏的相对尺度。
1945年,荷兰在第二届国际土力学会议上发表关于深层静力触探的文章,介绍了双层管圆锥形探头的静力触探设备。50年代,瑞典、比利时等国还研制过翼式剪力仪和螺旋式静力触探设备。上述设备都因为其自身的缺陷而未能在国际上广泛推广应用。
在50年代,陈宗基教授等研制了静力触探车,林祟义曾用以研究兰州黄土的性质。这可能是我国最早使用静力触探研究土的工程性质的报道,文中给出了带有探管的探头结构示意图,但没有说明采用何种方法量测锥尖阻力及探管的摩阻力。从文中示意图上可以看出,探头用探杆往下压,而探管可以单独下压,可见测压装置安置在地面以上,很可能是采用机械式的测压装置。探杆的摩阻力按整个深度上的平均值计算,这当然是比较粗糙的。
1962年,我国建设部综合勘察院王钟琦等开始探索新的途径,从地下直接量测探头的贯人参数,并于1964年在国际上首创了电测静力触探设备。静力触探采用电阻应变测试技术,直接从圆锥探头中测量其贯人阻力,并将圆锥的水平投影面积的平均阻力定义为比贯入阻力P s(kPa),这种探头称为单桥探头。电测探头与机械式探头相比具有无可比拟的优越性,使测定的贯入参数具有明确的物理意义。玉钟琦于1966年春在武汉召开的第二届全国土力学及基础工程学术会议上作了题为“电阻应变式静力触探及其初步应用”报告,但会议论文集因文革开始而未能编辑付印 在这以后他曾有英文本发表。90年代科技情报部门检索,国际上最早的Pugro电测静力触探的报道见于1971年的《工程新闻记录》(Engineering-Record)杂志,比上述我国的报告迟5年。但又根据荷兰Delft土工研究所的报告,电测静力触探仪是1948年在荷兰首先研制的。这可能是不同地区的科技工作者在不同时期独立完成的研究成果.在科技史上也是常有的事。
在20世纪60年代后期,荷兰开始发展了类似的电测静力触探,但其探头具有不同的结构形式,探头由摩擦套简和圆锥头两部分组成,可分别测定锥尖阻力gc和侧壁摩阻力fs,这种探头称为双桥探头。
双桥探头的电测静力触探在国际上得到广泛的应用,我国则存在单桥和双桥两种探头并存的局面。
静力触探在我国的工程勘察中得到了非常广泛的应用,对于提高勘察的质量和效益发挥了重要的作用,成为一种必备的勘探手段。
从20世纪70年代开始,用静力触探试验预估地基土的工程性质指标的研究取得了很大的进展。由湖北省综合勘察院、冶金部武汉勘察公司、湖北省水利电力勘测设计院、一机部勘测公司华中大队和武汉市规划设计院等单位组成武汉联合试验组于70年代提出了分别适用于淤泥质土、一般粘性土、老粘性土、中粗砂和粉细砂的经验公式,用单桥静力触探比贯入阻力预估地基土的承载力、变形模量、压缩模量和不排水强度等设计参数,有些成果列入了《工业与民用建筑工程地质勘察规范》(TJ21—77)。铁道科学研究院用双桥静力触探试验结果预估设计参数的成果,则反映在铁道部的《静力触探技术规则》(1990年)中。此外,全国各地都根据各自的地区特点,通过对比试验研究,统计得到适用于各地区、各种土类的大量经验公式。人们在研究和应用静力触探试验结果的过程中逐渐得到了两点非常有意义的认识:其一是认识到这类经验公式的地区性非常强,不能将其他地区的经验公式不加验证地搬用,这可能是各地土的沉积条件与土的结构性的差异;其二是在粘性土中得到的经验公式不能套用到砂类土或粉土中,由于摩擦分量的作用使砂土或粉土中的贯入阻力非常大.但其承载能力并不相应地按比例增大。在这些理性思考的基础上,认为不宜在全国性的标准中列入这种经验公式或由经验公式得到的承载力表。与此同时,也得到了许多用以估算地基土的变形模量的经验公式,只是由于在沉降计算中很少使用变形模量,这类经验公式的影响不如地基承载力经验公式那么广泛和深刻。
静力触探试验用于估计单桩承载力的方法已经列入行业标准《建筑桩基技术规范》和上海市标准《地基基础设计规范》中,这是从70年代开始的研究工作所取得的成果在勘察设计中的推广应用,对于顶估单桩承载力是很有实用意义的。以往顶估单桩承载力的方法主要是根据各层地基上土类和状态,从规范给出的参数表中查用桩侧摩阻力和桩端阻力,这是比较粗糙的方法,需要有很丰富的经验才能估计得比较符合实际情况。而采用静力触探的方法可以具体测定各土层的贯人阻力,反映了场地实际土层的工程性质,也反映了土层的组合状况,使预估的单桩承载力比较符合实际。上海地区和铁道部研究这种方法的开始时间都比较早。
20世纪70年代初,同济大学、华东电力设计院、上海市政设计研究所和六机部九院勘察大队(即中国船舶工业总公司勘察研究院的前身)等单位进行了协作研究,用单桥探头的静力触探贯人阻力预估单桩承载力,并在1977年提出了研究报告,1978年发表于《勘察技术资科》(建筑科学研究院建筑情报研究所内部资料)上,当时的基础资料是39根桩的载荷试验对比资料.后来这一成果公开发表于t984年的《同济大学学报》。其实际应用反映在编制上海地基基础设计规范的背景材料中,此时应用的对比资料已经有88根单桩的静载荷试验数据。到90年代初,在对全国10省2市257根入土深度为4—65m的钢筋混凝土预制桩的静载荷试验资料和相应的2l0个静力触探孔的分析对比研究的基础上,提出的成果应用于《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)中。
铁道科学研究院在周镜院士的领导下研究用双桥探头的静力触探试验结果预估单桩承载力,根据上海、南京、天津等地6l根桩的静载荷试验与静力触探对比试验的资料,提出了预估单桩承载力的方法,其成果发表于1979年《岩土工程学报》创刊号和第二次欧洲触探会议论文集。
北京市岩土工程勘察设计研究院对北京地区的对比试验资料进行统计分析的基础上,在《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》中给出了用单桥静力触探比贯入阻力预估单桩承载力的经验参数。
上述用静力触探预估单桩承载力的经验公式通常采用统计对比试验资料的方法求得,也有通过理论推导的方法得到静力触探指标与单桩承载力参数之间的关系,使静力触探试验结果可能在更广泛的范围内和更高的水平上推广应用。
综合上述几个方面的研究成果,《建筑桩基技术规范》同时采用了单桥探头静力触探方法和双桥探头静力触探方法预估单桩极限承载力,比较全面地向全国推广了这项预估单桩极限承载力的技术。
孔隙水压力静力触探(CPTU,简称孔压触探)技术自20世纪80年代在国际上迅速发展。这是将量测孔隙水压力的传感元件与标准的静力触探探头组合在一起,能在测定贯入阻力的同时量测土的孔隙水压力.当贯人停止以后.可以量测超孔隙水压力的消散,直至达到稳定的静水压力。我国学者已经将孔隙水压力静力触探的技术介绍给国内的工程界,已经有孔隙水压力静力触探探头的产品问世,并已在沪宁高速公路软基处理大型现场试验研究中应用,主要用于测定土的固结系数,研究快速测定土层剖面的方法以及与十字板作对比试验以研究应用圆锥系数估计土的不排水强度的可行性。