鐵路專線軟土地基勘察方法分析

王煒

摘 要：文章主要講述了軟土地基的特性并介紹了常見的軟土地基勘察的方法、適用范圍，原位測試以及鉆探相互結合的軟土地基勘察方法，其中主要是以靜力觸探為主，結合鉆探取樣，可以查明地層分層情況。工程實踐中利用到的強度指標可以通過靜力觸探、十字板試驗得到，土層變形參數可以通過室內土工分析法得到。

關鍵詞：鐵路專線；軟土地基勘察；原位測試；應用分析

隨著我國高速鐵路大動脈的快速建設，鐵路專線路基穩定性以及變形控制技術就成為了急需面對的問題，根據土力學知識可以知道軟土地基具有高壓縮性以及低強度的特點。軟土地基的穩定性以及沉降估算的精度影響著計算方式和參數這兩種研究方面，需要指出的是計算參數的準確程度可以使勘察技術水平量化，勘察測試所用到的數據是地基分析評價的基本因素，最高層次的研究分析可以解決這樣的勘察問題，所以這就會為工程地質勘察方法提出一定的要求，本文就是結合這樣的要求進行了分析。

1 軟土地基勘察方法以及應用分析

軟土，從廣義上來說就是強度低、壓縮性高的軟弱土層。這類土層以空隙比及有機質含量為主，并且結合著其他的特性指標，可以劃分為軟粘性土、淤泥、泥炭質土、淤泥質土以及泥旋這五種類型。通常來講，淤泥、淤泥質土、軟粘性土統稱為軟土，有機質含量高的泥炭以及泥炭質土則統稱為泥沼。不同地方的軟土性質會有所差別，但是整體情況是相似的，本文就軟土性質進行綜合性的分析：

首先是軟土天然含水率都比較高、孔隙比大。通常說來，含水量在34%～72%之間，飽和度一般都在95%以上，孔隙比在1.1至1.8范圍之間，液限在41%至72%之間，塑性指數控制在14至28范圍之內。

其次是壓縮性高。軟土具有很好的壓縮性，壓縮系數為0.0050～0.02，屬于高壓縮性土。

第三是抗剪強度低。一般軟土的快剪粘聚力在10KPa左右，快剪內摩擦角為0度～5度。最后便是具有觸變性和流變性的特征。軟土一旦受到擾動，土的強度就會明顯下降，有的可以呈現流動態。而且這也使得軟土的長期抗剪強度只有一般抗剪強度的0.4～0.8倍。軟土勘察主要包括了：軟土的形成類型、埋藏情況、分布和發展規律、層理特征、滲透性能、立體分布的均勻性、表層硬殼的厚度、地下硬土層的情況等等；對軟土的固結情況進行勘察，強度、變形特征以及隨著應力改變而變化的規律，并且了解其結構破壞對強度和變形的影響情況；軟土中存在的地貌形態差異、填土、河道等的分布范圍和深度等。常見的軟土地基勘察主要有兩種方式，一是鉆探法；二是原位測試法。鉆探法主要利用鉆探進行取樣，樣品加工制備以及一些土工試驗進行對軟體性質的分析，進而得出土體試樣的性能指標。所研究的原位測試方法主要是在原位應力狀態以及含水率保持均衡的情況下，對土體性質進行直接檢測，原位測試法有靜力觸探法、孔壓靜力觸探以及常用的十字板法。

1.1 原位測試法具體實踐分析

在軟土工程地質勘察中，原位測試方法中比較常用的方式是靜力觸探以及十字板，應用技術也是比較成熟。另外一些新型原位測試技術如孔壓靜力觸探、應力鏟試驗、扁板側脹試驗、螺旋板載荷試驗等一些試驗方法應用也是比較多的。由于靜力觸探方法具有一定的優越性，所以其在世界上勘察領域應用比較廣泛，在我國應用也是比較多的。根據相關文獻記載，我國不少單位靜力觸探已經占勘探總量的70%左右。靜力觸探方法可以用于地層分類、粘性土不排水抗剪強度以及砂土的相對密度的測定等。孔壓靜力觸探是靜力觸探技術的較為成熟的方法，我國已經應用了二十多年，取得了孔壓靜力觸探試驗快速測定土層柱狀圖、固結系數、不排水抗剪強度等方面的研究成果以及應用孔壓靜力觸探方法試驗指標地基沉降的新方法。十字板剪切試驗在軟土地區應用范圍較廣，原位測定飽和軟黏土的不排水總強度和殘余強度、靈敏度，用于地基穩定分析中。螺旋板載荷、扁板側脹以及應力鏟等方法也已經得到了較大幅度的發展和改進，螺旋板載荷試驗在北歐以及美洲國家應用較多，可以測求砂土的壓縮模量、固結系數和粘性土的不排水抗剪強度以及變形模量等。扁板側脹儀主要用來測試于軟土、粘性土、松散粉土的地基性質。應力鏟試驗屬于扁板試驗中的一個分支，其狀如鏟，主要適用于確定軟塑、流塑狀飽和粘性土的水平總應力的測設以及靜止側壓力系數的測設。

1.2 鉆探、土工試驗方法以及應用

鉆探可以用于工程土類命名以及土層劃分，進而獲得土體穩定以及沉降相關的性能指標參數。針對于鐵路專線軟土地基勘察的鉆進方法，由于軟土地層特性決定了常見的鉆探以及土工方法有：干法鉆進、對于多年處于地下水位以下的飽和黏土，也可以采用相適應的泥漿護壁。為了盡量減少對土樣的擾動，在軟土地層采取原狀土樣時使用薄壁取土器利用靜壓法進行取樣工作。

2 軟土地基勘察方法應用效果的評價分析

目前常用的勘察原位測試方法也有自身的缺陷，在工作應用中應該合理應用，合理互補。

2.1 鉆探應用效果的分析

鉆探法可以知道巖層及其下面的土層的性質，進而在孔深方向實施原位測試。

根據實驗方法可以知道巖土的性質，比如粒徑大小、密度、含水率、可塑性等性質參數，測定的土的力學性狀時候，可以利用土工室內測試方法，可以得到控制應力、應變分析以及排水試驗分析，室內試驗數據具有可靠性以及利用率高等特點。當需要計算巖層沉降時，室內試驗可以提供壓縮模量、壓縮系數以及固結系數。可以測定土的先期固結應力、應力-應變-時間效應數值，為了后續設計提供可靠的信息資料。但是室內試驗在鉆探取樣以及運輸制備過程中，樣品一定程度的擾動是難以阻止的，另外，試樣從地層深部取出，因應力釋放而以引起的擾動也是無法阻止的。室內強度試驗，主要是直剪以及三軸試驗等方式。直剪方法尤其局限性，主要是當鐵路路基排水條件控制方面比較難以操作時，土體受力環境比較復雜，不容易評判，其直剪試驗得到的結果比較分散，不能夠直接表示出土體的具體性質。但是直剪儀器操作起來比較方便，并且在應用過程中已經積累了大量的工程經驗。三軸試驗的主要優點是受力特性比較容易反應映出來，力量大小也是容易把握控制，也能夠測量試樣的孔隙壓力以及體積變化情況等。但是三軸試驗也是自身的缺陷，比如操作技術以及試驗方法比較繁瑣，不易于控制，試樣需求量大，后期資料整理工作比較冗雜等不足之處。常用的室內變形試驗可以分為常規壓縮試驗以及固結試驗兩種。常規壓縮試驗可以獲得壓縮模量、壓縮系數等系數指標，高壓縮試驗曲線可以獲得的壓縮變形指標為先期固結壓力、壓縮指數以及回彈指數等數據，能夠反映出軟土地基的結構特性，但是也存在一定的局限性，比如本實驗每一個試驗周期比較長，工序較多，對數據分析過程也是較多，對土樣要求較多等制約因素。endprint

2.2 原位測試的方法分析

相對于其他試驗方法，原位測試方法可以直接在土體原位上面取得可利用的數據，土體受到外界干擾因素少，應力變化比較集中，可以真實反映天然土體的真實性狀，劃定土層方面比鉆探方法明確，原位測試可以用于對鉆探資料的補充，判斷分析層位以及界限的變化，某些不易于采取原狀土樣的情況下，可以采用原位測試方法。鑒于原位測試的實際操作，可以知道其具有操作周期短、工作效率高、測試成本低、操作簡單、對周邊土體擾動小等優點。由于自身優點，科研以及具體操作人員應該盡量發揮其優勢并且多總結經驗，促進本方法大面積推廣。但是其自身也有一些不足之處，比如其利用到的應力條件是非常復雜的，不利于數據處理；另外，本方法可以測定具體現場情況下的荷載參數，不能夠預測參數變化的方向；最重要的一點是由于原位測試方法的特性，一些關鍵是數據不能直接測試出來，需要間接測定，比如軟土地基的應力路徑、應力狀態等參數的分析。

2.2.1 靜力觸探。靜力觸探可以確定鐵路沿線軟土地基的均勻性，進而確定分層、地基承載力、土體變形模量等強度指標，還能夠彌補鉆探勘察某些地層所帶來的不利影響。

2.2.2 螺旋板載荷以及扁板側脹試驗。螺旋板載荷試驗可以確定地基承載力，還可以通過扁板側脹試驗確定不排水抗剪強度，在此基礎上，結合一定的工程實例和資料，還可以驗證這兩種測試方法的可靠性。

2.2.3 十字剪切板試驗。十字剪切板試驗可以獲得均質的飽和軟土地基抗剪強度指標。十字剪切板試驗是在實際現場原位進行，相對于室內環境操作試驗數據更加準確，更能真實反映土體實際情況、天然結構、天然應力條件、還能夠確定不排水抗剪強度，這種技術方法應用起來也是非常方便和可靠，可以在鐵路沿線軟土地基勘察中加以大面積應用。鐵路專線路線長，地理環境復雜，十字剪切板試驗可以在軟土地基條件下進行試驗。但是它不能準確反映出土體的各向異性以及排水條件，所以在應用過程中應該結合經驗加以研判。

2.2.4 孔壓靜力觸探以及較為常用的應力鏟試驗方法。孔壓靜力觸探、應力鏟試驗方法相對于室內測試方法更加便捷，對于那些沒有室內試驗指標的軟土地區，利用孔壓靜力觸探、應力鏟試驗方法能夠方便、快捷、準確的知道當地土層的情況。孔壓靜力觸探因為量測孔壓，能夠準確劃分地層，提高劃分土層以及土類的精度，還能夠有效解決土工常見問題，為軟土地基勘察帶來了一些方便，但是其分析的離散性還是比較突出，所以在工程實際應用中應該盡量避免這樣的現象發生。

鐵路建設路基工程中經常會遇到軟土問題，軟土地基勘察處理的質量將直接影響到軌道結構的穩定性與安全使用，軟土地基處理一般是要考慮不均勻沉降以及穩定性兩個問題。軟土上面過荷載會影響邊坡穩定性，路基就發生一定的失穩現象，嚴重會影響工程產品的正常使用。軟土地基的不均勻沉降會使路面發生破壞，降低工程產品的使用效果。鐵路軟土地基常用的勘察方法主要是以上幾種，在此基礎上結合室內土工試驗就可以知道土層的具體性質以及各向性能指標，從而為工程建設服務。

參考文獻

[1] 孟高頭.土體原位測試機理方法及其工程應用[M].北京：地質出版社，2011，07.

[2] 劉成玉.土力學基礎與展望[M].北京：中國鐵道出版社，2006，03.

[3] 黃生跟，張希浩，曹輝.地基處理與基坑支護工程[M].武漢：中國地質出版社，2004，03.

[4] 顧寶和.巖土工程勘察技術現狀及發展問題評述[J].工程勘察， 1998，07.

[5] 鄭建國.巖土原位測試技術的現狀與發展[J].地基處理，1993，03.

[6] 王忠奇.我國的靜力觸探及動靜觸探的發展前景[J].巖土工程學報，2004，03.endprint