某沿海鐵路軟土區(qū)綜合勘察淺析

祝懷田

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司太原設(shè)計院，山西太原　030013)

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某沿海鐵路軟土區(qū)綜合勘察淺析

祝懷田

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司太原設(shè)計院，山西太原030013)

擬建鐵路系冀東地區(qū)連接曹妃甸港區(qū)的重要鋼鐵煤炭運(yùn)輸線，線路位于渤海海積平原區(qū)。DK73+100至港口區(qū)沿線軟土分布廣泛，其工程性質(zhì)對于設(shè)計施工有重要影響。針對線路沿線軟土工程地質(zhì)特性，采用鉆探取樣、室內(nèi)試驗、現(xiàn)場原位測試與靜力觸探相結(jié)合的綜合勘探方法，并分別對室內(nèi)試驗、原位測試結(jié)果及靜力觸探試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。

軟土綜合勘探統(tǒng)計分析

工程區(qū)軟土為濱海相平原區(qū)常見的具有淺部“硬殼層”的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，此區(qū)域地層在全新世期間，仍受到大規(guī)模的海侵海退和晚更新世河谷改道侵蝕切割及近代沖積和人類活動的影響，致使工程區(qū)海相沉積軟土受到影響，使其地層巖性變化復(fù)雜，土層在豎向上軟硬交替。其表現(xiàn)之一就是線路沿線大部分為稻田，經(jīng)過長期的農(nóng)田改造，其淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土頂部形成“人工硬殼層”。

1　勘察及測試

基于上階段的勘探成果，初步掌握了此地區(qū)軟土分布規(guī)律及性質(zhì)，依據(jù)規(guī)范及其工點(diǎn)類型進(jìn)行勘探布孔，采取鉆探與靜力觸探結(jié)合的勘察方法。

鉆探方面的主要難點(diǎn)為取原狀土樣，傳統(tǒng)取樣器密閉性差，主要原因是一般取土器器壁較厚，管靴角度大，軟土更容易產(chǎn)生掉樣現(xiàn)象。此次勘察采用的是專用的薄壁取土器，由于其自身密閉性好的結(jié)構(gòu)，操作時只需要把取土器均勻連續(xù)壓入預(yù)定深度，若土樣下滑，將在土樣上部產(chǎn)生負(fù)壓，取土器本身的摩擦力及下部大氣壓力控制土樣不致下落，在一定程度上保證了軟土取樣質(zhì)量。

靜力觸探試驗是有力的勘察手段，不同于室內(nèi)簡單應(yīng)力條件下的試驗，也沒有中間過程造成的影響，本次采用雙橋靜力觸探，在獲取原位測試參數(shù)的同時，可以通過經(jīng)驗公式劃分土類以便進(jìn)行比較。

靜力觸探試驗是一種快捷、數(shù)據(jù)連續(xù)、再現(xiàn)性好、操作省力的原位測試方法，可通過貫入阻力與土的工程地質(zhì)特征之間的穩(wěn)定關(guān)系來實現(xiàn)力學(xué)分層，估算土的強(qiáng)度、地基承載力等。靜力觸探的應(yīng)用不是依靠理論分析其力學(xué)機(jī)理得到解析解，而是依靠不斷積累的試驗建立起來的經(jīng)驗關(guān)系。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國根據(jù)不同類型土成因、沉積環(huán)境、物質(zhì)組成及地質(zhì)歷史不同，建立了成熟可靠的物理力學(xué)指標(biāo)經(jīng)驗公式。

室內(nèi)試驗是取得工程地質(zhì)勘察指標(biāo)，為設(shè)計和施工提供參數(shù)的重要組成部分，試驗項目及方法確定應(yīng)根據(jù)工程類型和軟土特性特點(diǎn)。土樣脫離原環(huán)境之后其應(yīng)力歷史、應(yīng)力場、邊界條件均改變，加之地層的均勻性、非等向性等使得軟土結(jié)果存在不同程度的差異，加之試驗過程中土樣強(qiáng)度會有一定損失，土樣內(nèi)部水分從土樣中心向邊緣遷移，使得含水率減小。

2　勘察實例

擬建工程主要工點(diǎn)類型為橋梁、路基，濱海相平原區(qū)地層沉積規(guī)律性較好，按此指導(dǎo)思想進(jìn)行勘探孔布置，路基工程勘探孔間距為100～150 m，且路基工點(diǎn)依據(jù)長短均勻布置不少于2個典型橫斷面，靜力觸探與鉆探的比例為1∶1，橋梁隔墩布置勘探孔，靜力觸探與鉆探比例為1∶2。

該工點(diǎn)類型為路堤，共布置鉆孔9個，靜力觸探孔8個。工程區(qū)軟土成因為濱海相沉積土，主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，該層上部為粉質(zhì)黏土硬殼層，表層被開辟為稻田，土質(zhì)均勻性差，具交錯層理，分布有透鏡狀砂類土夾層。軟土主要由原生礦物組成，研究區(qū)淤泥質(zhì)黏土含量為4.5%，次生黏土礦物主要以伊利石、蒙脫石為主，含少量的綠泥石，下部各土層結(jié)構(gòu)特征見表1。

表1　各土層結(jié)構(gòu)特征

該地段軟土淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土取樣28個，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗29次，粉質(zhì)黏土取樣37個，室內(nèi)試驗進(jìn)行了天然含水量、天然密度、比重、孔隙比、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、直剪試驗、壓縮模量(a1-2)、有機(jī)質(zhì)含量等，其原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗見表2，具體室內(nèi)試驗物理力學(xué)指標(biāo)見表3。

表2　該段路基淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗統(tǒng)計

淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土分布有透鏡狀砂類土夾層，其地層不均勻，加之現(xiàn)場操作人員素質(zhì)參差不齊，通過對標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果進(jìn)行分析，其標(biāo)貫擊數(shù)變異系數(shù)較大，與實際情況有一定的差異，具有一定的參照性。

由土工試驗統(tǒng)計表可知，僅就淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土本身而言，物理參數(shù)指標(biāo)變異系數(shù)一般為0.030～0.194，強(qiáng)度指標(biāo)變異系數(shù)則為0.315～0.919，可見強(qiáng)度指標(biāo)數(shù)據(jù)有些失真。經(jīng)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土與粉質(zhì)黏土對比分析可知，粉質(zhì)黏土各項指標(biāo)的變異系數(shù)明顯低于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，試驗數(shù)據(jù)合理，與經(jīng)驗值一致，可直接采用。

表3　該路基段主要地層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計

淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差，盡管采樣過程中嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，樣品還是受到了擾動，現(xiàn)場可見樣品有振動析水現(xiàn)象。加之樣品運(yùn)輸、搬運(yùn)、開樣對土樣或多或少也會有影響，土樣稍擱放置，土柱下沉，個別上部有積水現(xiàn)象。室內(nèi)試驗表明，樣品常規(guī)物理參數(shù)試驗結(jié)果在合理范圍內(nèi)，但是強(qiáng)度試驗指標(biāo)結(jié)果失真。

此段線路地層沉積總體穩(wěn)定，成層性好，現(xiàn)場鉆探揭示，分布有薄層透鏡狀粉細(xì)砂夾層。鑒于此種情況，本次對于雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)整理如下：首先對單個靜探孔每層土數(shù)據(jù)采集后利用軟件進(jìn)行處理，得到此孔每個地層的綜合計算值，然后對每個靜探孔土層計算值進(jìn)行統(tǒng)計分析。僅對此段8個靜力觸探孔的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土進(jìn)行統(tǒng)計分析，見表4。

表4　淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土靜力觸探數(shù)據(jù)統(tǒng)計

通過對靜力觸探孔淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層進(jìn)行統(tǒng)計分析可知，以上統(tǒng)計指標(biāo)變異系數(shù)范圍為0.102～0.193，在一個穩(wěn)定、可以信賴的范圍內(nèi)。采用靜力觸探評價地基土的物理力學(xué)指標(biāo)時，使用最多的是錐尖阻力qc和比貫入阻力Ps。靜力觸探使用至今，已建立足夠可靠的靜力觸探參數(shù)與地基土的物理力學(xué)經(jīng)驗公式，用上述參數(shù)評價淤泥質(zhì)軟土的物理力學(xué)指標(biāo)是可行的。

3　結(jié)論

(1)擬建工程區(qū)路基軟土為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，呈軟塑—流塑狀態(tài)，為易擾動土層，即使采用專用的薄壁取土器取樣，其所取得土樣也會受到擾動，試驗室內(nèi)只能得到可靠的常規(guī)物理指標(biāo)，其力學(xué)指標(biāo)可信度降低。通過對淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土與粉質(zhì)黏土室內(nèi)試驗指標(biāo)分析可知，其淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土變異系數(shù)較大，尤其是強(qiáng)度指標(biāo)與經(jīng)驗值有一定差別。 通過對淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗進(jìn)行分析，其值與經(jīng)驗值有一定差異，但是具有參照性。

(2)通過對靜力觸探數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析得出淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的基本承載力和壓縮模量，與室內(nèi)常規(guī)物理試驗對比分析，其值在合理范圍內(nèi)，可為設(shè)計提供可靠的依據(jù)。

(3)在鐵路軟土地質(zhì)勘察中，由于線路長，軟土工程特性復(fù)雜，軟土設(shè)計指標(biāo)的選取直接影響著工程投資，尤其是鐵路運(yùn)營的安全性。只有通過室內(nèi)試驗、原位測試、靜力觸探相結(jié)合的綜合勘探方式，通過相互對比驗證，結(jié)合經(jīng)驗數(shù)據(jù)，才能得到合理的軟土地層物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)，為相關(guān)設(shè)計專業(yè)提供可靠的設(shè)計依據(jù)。

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Comprehensive Survey of Soft Soil Area in a Coastal Railway

ZHU Huaitian

2016-01-29

祝懷田(1983—)，男，2009年畢業(yè)于成都理工大學(xué)巖土工程專業(yè)，碩士，工程師。

1672-7479(2016)02-0067-03

TU413

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