寧安客專試驗工點中低壓縮性黏土壓縮模量與標貫擊數(shù)關系分析

董同新

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

0 引言

寧安客專沿線廣泛分布長江高階地區(qū)沖積成因中低壓縮性黏土，厚度幾米至幾十米，含水量16．5% ～39．6%，孔隙比 0．5 ～0．98，液性指數(shù) 0．05 ～0．46，凝聚力40 ～148 kPa，內摩擦角 14．6°～34．6°，壓縮系數(shù)0．06 ～0．39 MPa－1。由于具有較好的物理力學性質，工程中一般不存在穩(wěn)定問題，但其工后沉降是否能滿足沉降控制嚴格的無砟軌道客運專線要求［1］，則需要進行沉降計算分析。

壓縮模量是進行地基沉降計算分析必不可少的試驗參數(shù)。中低壓縮性黏土大多處于硬塑狀態(tài)，且含有鐵錳質結核，常規(guī)勘探取樣難以取到一、二級質量土樣，而靜力觸探在中低壓縮性黏土中一般勘探深度有限，特別是當?shù)貙又袏A有礫石層時，礫石層以下黏土層靜力觸探無法勘測，而標貫試驗不存在這個問題。因此找出壓縮模量Es與標貫試驗擊數(shù)N之間的關系就十分有意義。目前國內外已經(jīng)總結出較多關于壓縮模量與標貫試驗擊數(shù)之間的經(jīng)驗關系［2，3］，如表1所示。

1 試驗工點地質概況

為了研究寧安客專中低壓縮性黏土地基壓縮模量Es與標貫擊數(shù)之間的關系，選取了有代表性的試驗點——安慶試驗點(DK249+800)開展試驗。

本試驗點位于長江高階地區(qū)，地形略有起伏。上部為Qal3的黏土，褐黃色，硬塑，含鐵錳質結核，厚約12 m，底部略偏軟;下伏基巖為P2d灰?guī)r。

表1 國內外相關單位提出的E s(E o)與標貫擊數(shù)N相關關系Table 1 Empirical relation of E s and SPT blow count

現(xiàn)場采用機動鉆孔、取樣、孔內標貫試驗，靜力觸探綜合勘探方法對黏土層進行詳細勘探，對所取得試樣進行常規(guī)物理力學性質等室內試驗。現(xiàn)場完成機動鉆孔12孔，取樣100組，標貫試驗80次，靜力觸探10孔;室內試驗，常規(guī)物性全做，剪切試驗40組，壓縮試驗50組。

通過對試驗成果的統(tǒng)計分析，獲得Qal3黏土主要物理力學指標:含水量17．1% ～39．6%，孔隙比0．5 ～0．9，液性指數(shù)0．05～0．46，凝聚力 48～148 kPa，內摩擦角23°～ 32．7°，壓縮系數(shù)0．06 ～ 0．28 MPa－1，壓縮模量6．25 ～15．36 MPa;屬中低壓縮性黏土。

2 室內試驗取得的E s指標與標貫擊數(shù)N關系分析

室內試驗是采用常規(guī)鉆孔勘探取樣而進行的。由于中低壓縮性黏土較硬，常規(guī)勘探取樣一般難以取得一、二級質量土樣，且取得的試樣在保存和運送至實驗室途中容易受到擾動，易造成試樣力學指標室內試驗值偏低等實際問題。

標貫試驗是利用一定的錘擊能量(錘重(63．5±0．5)kg，落距(76±2)cm)，采用自動脫鉤的落錘法，將一定規(guī)格的貫入器打入土中，根據(jù)打入土中的貫入阻力大小，判別土層的變化情況和土的工程性質［4］。其優(yōu)點是，勘探深度范圍較大，即使有礫石層等堅硬層隔層，也可以通過鉆孔鉆過去后再試驗，且經(jīng)濟、簡便。

安慶試驗點(DK249+800)從地面以下1 m處開始采取試樣，每米均取樣。將室內化驗成果分層(每層1 m)統(tǒng)計，得到本工點不同深度Z處由室內化驗確定的壓縮模量Es值和標貫試驗擊數(shù)N值，如表2所示。

表2 不同深度處室內試驗壓縮模量E s與標貫擊數(shù)N統(tǒng)計表Table 2 Compression modulus E s and SPT blow count

對室內試驗的壓縮模量Es與現(xiàn)場標貫試驗擊數(shù)N進行對比分析，將不同深度Z處壓縮模量Es與標貫擊數(shù)N進行曲線擬合和趨勢分析，擬合曲線如圖1所示，得到Es-N擬合公式為:

直線式:Es=0．632 9N+0．741 8 11 ＜N ＜21(R2=0．837 7) (1)

二次多項式:Es=0．025 7N2－0．169 7N+6．838 1 11＜N ＜21(R2=0．849 3) (2)

圖1 安慶試驗點室內試驗E s與標貫擊數(shù)N擬合曲線圖Fig.1 Fitting curves of laboratory test E s and SPT blow count

從圖1擬合曲線、擬合公式(1)—(2)及相關系數(shù)可知，本工點中低壓縮性黏土的室內試驗壓縮模量Es與標貫擊數(shù)N線性相關性明顯，相關系數(shù)0．9以上。

3 結論

通過對寧安客專的長江高階地區(qū)沖積成因中低壓縮性黏土地基的代表性工點——安慶試驗點(DK249+800)進行的現(xiàn)場勘探取樣、室內試驗和孔內標貫試驗擊數(shù)相關分析表明:寧安客專中低壓縮性黏土地基的壓縮模量Es與標貫試驗擊數(shù)N具有較好的相關性，相關系數(shù)達到0．9以上。

中低壓縮性黏土大多處于硬塑狀態(tài)，且含有鐵錳質結核，常規(guī)勘探取樣難以取到一、二級質量土樣，雖然通過雙層管式回轉壓入取土器可以提高取樣質量［5］，但成本較高，應用范圍窄，現(xiàn)場較少使用。標貫試驗設備簡單，操作方便，是勘探中常用的方法。寧安客專無砟軌道路基對沉降變形控制要求高，沿線長江高階地區(qū)沖積成因中低壓縮性黏土地基區(qū)段勘探時，勘探過程中宜多結合進行標貫試驗，通過建立各區(qū)段壓縮模量Es與標貫擊數(shù)N的經(jīng)驗公式，對室內試驗壓縮模量Es結果進行適當修正，可以較準確地確定土層的壓縮模量;同時可以減少勘探取樣及室內試驗工作量，縮短勘探工期和降低勘探成本。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．TB10621—2009高速鐵路設計規(guī)范(試行)［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

［2］ 巖土工程手冊編寫委員會．巖土工程手冊［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1994．

［3］ 李小和．武廣客運專線紅黏土地基壓縮模量確定方法研究［J］．鐵道工程學報，2008(12):37－44．

［4］ 中華人民共和國鐵道部．TB10018—2003鐵路工程地質原位測試規(guī)程［S］．北京:中國鐵道出版社，2003．

［5］ 鐵道部第一勘測設計院．鐵路工程地質手冊［S］．北京:中國鐵道出版社，2005．