基于CPTU技术海上某井位的地质分层

　　摘要：孔压静力触探（CPTU）是20世纪80年代在国际上兴起的新型原位测试技术，在陆地和海上都得到广泛应用。文章首先简要介绍了CPTU技术的理论基础及测试方法，根据测试数据能够反映真实地层信息特点，不同的土质类型对应曲线具有一定的规律，利用CPTU技术对海上某井位进行地质分层，然后对相邻地质钻孔对比，证明CPTU应用于分层的可靠性与实用性，对在海上工程地质勘察的广泛应用和CPTU技术的发展具有重要意义。

　　关键词：CPTU技术；孔压静力触探；海上井位；地层信息；地质分层

　　中图分类号：TE355 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）25-0030-02

　　孔隙水压力静力触探（英文简称CPTU）是一种具有速度、数据连续、再现性好、操作省力等优点的新型原位测试技术。孔隙水压力静力触探技术是把测孔隙水压力的传感元件与标准的静力触探组合在一起，在测定锥尖阻力qc和侧壁摩擦阻力fs的同时，量测土的孔隙水压力u；当停止贯入时，还可量测超孔隙水压力△u的消散，直至超孔隙水压力全部消散完，达到稳定的静止孔隙水压力u0。目前，孔隙水压力静力触探（CPTU）在地质勘察中已得到广泛应用。

　　随着海上资源勘探开发日益发展，海上需要越来越多的基础建设。海上钻井船的插桩和钻进平台建设及管道的铺设都必须依靠浅层的地质条件才可以进行作业。传统的海上地质勘察的方法是钻孔取样，通过现场和土工实验室试验，为海上工程提供设计参数。传统的取样和实验室分析方法不仅对土样的扰动大，使得实验室测试结果常出现较大误差，同时成本费用比较高，操作比较麻烦，耗费勘察周期长，地质参数的精确性很难做到。孔隙水压力静力触探在海上地质勘察中可以弥补钻孔取样的不足，不需要取样，而且周期短。目前国家的发展战略是向深海进军，水深的增加会加大取样难度，甚至取不到土样。本文就针对海上某井位隙水压力静力触探（CPTU）资料作了划分土层的分析和总结，为以后海上CPTU技术应用提供借鉴和参考。

　　1 孔隙水压力静力触探（CPTU）的理论基础

　　把探头借助机械力量压入土中时，终端记录锥尖阻力qc和侧壁摩擦阻力fs，以及土的孔隙水压力u随深度的变化曲线，具有具有快速、可靠、经济和连续的优点。由于不同的土质，反映到qc-h，fs-h，u-h曲线上，会呈现出成层的分布规律，利用这个规律可以对海底地质进行分层。文献[4]对目前基于CPTU的土质分类经验图表进行了很好的总结。在正常贯入速率下（2cm/s）测得的u-h曲线上，能够反映出2cm薄层的变化。因此，利用孔隙水压力随深度变化曲线判别土层能够提高判别的准确性和精度。

　　2 海上某井位孔隙水压力静力触探试验

　　通常在钻井船插桩区域或预建立平台位置既有钻孔取样和孔隙水压力静力触探（CPTU）试验，目的是为了进行分层对比，缩短周期，节约成本，提供精确的设计参数。在这里，我们主要对海上某井位的孔隙水压力静力触探资料进行分层，然后再与钻孔资料对比，指出孔隙水压力静力触探技术的优越性、可靠性、精确性。

　　2.1 孔隙水压力静力触探试验程序

　　本次在海上某井位一个孔进行了试验。试验是在中海油田服务股份有限公司建造的工程勘察船上进行的，设备是荷兰进口的，以20mm/s的速率进行贯入试验，贯入采用液压贯入装置，同时记录锥尖阻力、侧壁摩擦力、孔隙水压力，记录频率为2Hz；采用每3m为一个回次，达到预定深度后，终止作业。

　　2.2 海上某井位试验资料分析

　　根据孔压静力触探特征曲线划分土层的原则是：锥尖阻力小、摩阻比较大、曲线平缓、无突变的曲线段所代表的土层为淤泥、淤泥质土；锥尖阻力较小、摩阻比较大、曲线变化小的曲线段所代表的土层多为粘土；锥尖阻力大、摩阻比较小、曲线呈急剧变化的锯齿状的曲线段所代表的土层则为砂土。同时，依据铁道部《静力触探技术规则》进行土的分类（见图1）：不同的土层有不同的Rf，砂类土的Rf，通常小于或等于1%；而黏性土通常大于2%；qc值的变化范围很大，主要与土类及成因等因素有关，但在土的时代成因相同时，砂类土的qc远比黏性土的大。

　　摩阻比Rf是锥尖阻力qc与侧壁摩擦力fs的比值的百分比。低灵敏的粘土和粘质粉土的摩阻比值，一般大于4%；粉土的摩阻比值在1%左右；然而，在软的灵敏到流粘土，摩阻比可能会相当低，许多情况接近于0；粉质粘土介于两者之间。由于摩阻比随深度变化的曲线能直观地反映出不同土层的特性，因此可以依据摩阻比的曲线特征来划分土层。

　　图1 锥尖阻力与摩阻比关系图

　　图2 孔压静力触探（CPTU）试验曲线

　　图2为该井位孔压静力触探四条特征曲线，即qc-h、Rf-h、u-h和Rf-h曲线，这里的qc和Rf是根据孔隙水压力的影响而修正后的锥尖阻力和摩阻比。采用的修正公式如下：

　　qc=qc'+u（1-a） （1）

　　Rf=fs/qc （2）

　　式中：qc为修正后的锥尖阻力（kPa）；qc'为量测的锥尖阻力（kPa）；u为锥尖位置量测的孔隙水压力（kPa）；a为有效面积比，本文取0.75；fs为静力触探测得的侧壁摩擦力（kPa）。