靜力觸探淺析及土層劃分實際應用案例

2016-12-30 01:41:50胡明正

鐵道勘察 2016年6期

胡明正

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院，山東濟南 250022)

靜力觸探淺析及土層劃分實際應用案例

胡明正

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院，山東濟南 250022)

靜力觸探可以快速準確地獲得巖土的原位力學參數。單純的數據分析時，少量數據對整個地層分析影響較大，這時就需要有鉆探資料的支持。鉆探可以更為直觀地判斷現場地層分布情況，但鉆探相對靜力觸探時間久、費用貴，而且獲得試驗數據不如靜力觸探試驗原位測試可靠。因此，在場地條件允許的情況下，兩種方法的結合是最佳選擇。

靜力觸探鉆探對比分析

1 概述

1.1 靜力觸探發展

原位測試避免了鉆探、取樣、運輸等環節對巖土體原生結構的擾動，可以快速、準確獲取巖土體原位性狀的工程性質參數，在工程建設中有著不可替代的作用，而靜力觸探是應用最廣和最成熟的手段之一。靜力觸探試驗是用靜壓力勻速將標準規格的圓錐形探頭壓入土層中，同時量測探頭阻力、土的力學特性的一種原位測試方法，具有確定地層界面和獲取多種工程地質參數的雙重功能。

早在1917年，瑞典鐵路工程中就正式采用了螺旋錐頭式靜力觸探。1965年，荷蘭Fugro與TNO聯合推出了一種電測式探頭，其規格也是后來ISSMFE標準和許多國家標準的基礎。此后世界上許多國家研制出不同的電測式觸探儀。新型靜力觸探儀的不斷出現，標志著這項技術在國際上受到廣泛的重視。

在我國，自1954年起引進該項技術，1964年王鐘琦教授等成功地研制出我國第一臺電測式觸探儀。1965年，原建設工業部綜合勘察研究院自行設計制造了電阻應變式靜力觸探儀，并通過近百組對比試驗，建立了貫入阻力與天然地基承載力的統計公式。1966年，湖北電力設計院、湖北勘察院等11個單位組成“武漢聯合測試組”，在武漢市及長江中下游的一些地區進行試驗，經過數年的努力，建立了比貫入阻力Ps與第四紀土的變形模量E0及承載力的各項回歸方程。1967年，中南勘察院和武漢城市規劃設計院研制成功機械傳動靜力觸探儀。1969年，鐵道部第三勘測設計院設計制造出雙缸油壓靜力觸探，促進了我國靜力觸探的發展。

靜力觸探主要分為單橋靜力觸探、雙橋靜力觸探。單橋靜力觸探探頭可測定土的比貫入阻力Ps，雙橋靜力觸探探頭可測定土的端阻qc和側阻fs。另有三功能孔壓探頭，除測定土的qc、fs外，還可測定貫入孔隙壓力u0及其消散過程值ut。

1.2 根據靜力觸探數據進行土層劃分

靜力觸探探頭阻力與深度曲線分段：根據各種阻力大小和曲線形狀進行綜合分段，如阻力較小、摩阻比較大、曲線變化小的曲線段所代表的土層多為黏性土層；而阻力大、摩阻比較小、曲線呈急劇變化的鋸齒狀則為砂類土。

土層界面的確定：探頭在貫入到上下土層分界處時，會受到上下土層的共同影響而發生變化(變大或變小)，此時應根據超前深度和滯后深度來確定土層界面。但同時要參考附近鉆孔揭示的土層界面深度來調整。

經過上述兩步驟后，再將每一層土的探頭阻力等參數分別進行算術平均，其平均值可用來定土層名稱。可依據各種經驗圖形定巖土體名稱，同時應考慮異常值對計算結果的影響，并參考附近鉆探資料。

1.3 靜力觸探與鉆探的關系

靜力觸探作為一種原位測試方法，其數據較為連貫完整，測試深度較大，且使用方便、快速。所以在適合運用靜力觸探的場地中，如軟土、松軟土地區，可以盡量多布置一些靜力觸探孔，但由于觸探數據有時分布相對比較雜亂，甚至可能因為少量數據的影響，導致土層定名誤差較大，進而影響后面的分析，故鉆探依然是必不可少的一種勘察手段。鉆控可以提供直接明了的地層分布，但由于鉆孔中連續的原位測試費時費力，而且效果不一定好。兩種方法結合，既能獲得連續完整的原位測試數據，又能獲得準確的地層分布，從而提高勘察質量，加快勘察進度。

2 實例分析

2.1 松軟土中勘察

通過一個實際案例來討論靜力觸探與鉆探的對比情況(見表1)。

表1 原始靜力觸探數據

雙橋靜力觸探曲線如圖1。

圖1 靜力觸探試驗曲線

0.0～3.0 m，即高程-0.1 m以上，錐頭阻力平均值qc=1.18 MPa，摩阻比Rf=2.92%，按《鐵路工程地質原位測試規程》10.5.5節，此層應定為粉質黏土，參考附近地層資料及分析數據離散性，可定為軟塑狀態(見圖2)。

圖2 雙橋觸探參數判別土類

3.0～10.0 m，即高程-0.1～7.1 m，錐頭阻力平均值qc=5.99 MPa，摩阻比Rf=1.06%，Rf=0.101 3×5.99+0.32=0.93，1.06稍大于0.93，考慮數據離散性及附近地層資料，此層可定為粉砂，又據表2，可定為稍密狀態。

表2 石英質砂土的相對密實度Dr

10.0～12.1 m，即高程-7.1～9.2 m，錐頭阻力平均值qc=2.04 MPa，摩阻比Rf=1.67%，按數據計算結果，該層應定為粉土，考慮數據離散性及附近地層資料，此層應定為粉質黏土，可定為硬塑狀態。

12.1～15.0 m，即高程-9.2～12.1 m，錐頭阻力平均值qc=5.9 MPa，摩阻比Rf=1.46%，此層可定為粉土。

據靜力觸探孔側鉆探揭示，高程-1.0 m以上為粉質黏土，黃褐色，軟塑；高程-1.0～7.5 m為粉砂，褐灰色，偶見貝殼碎屑，局部夾薄層粉土；此層標準貫入試驗3次，擊數分別為9、10、14，故可定為松散-稍密。高程-7.5～10.4 m為粉質黏土，硬塑，局部夾薄層粉土，與靜力觸探此層錐頭阻力曲線異常區域基本吻合。高程-10.4 m以下為粉土，飽和，稍密，局部夾薄層粉質黏土，與靜力觸探此層錐頭阻力曲線異常區域基本吻合(如圖3)。

圖3 鉆孔柱狀圖

2.2 軟土中的勘察

靜力觸探對軟土的判定具有準確可靠的特點，所以一般軟土地區勘察，靜力觸探應用更為普遍。下面通過一個軟土場地鉆探與靜力觸探的分析對實例來說明(見表3)。

由靜力觸探試驗曲線可以看到，高程1.6～2.6 m，即深度1.4～5.6 m，錐頭阻力曲線及摩阻比曲線都相對比較平緩，即地層變化不大，其中高程1.6～0.3 m，即深度1.4～2.7 m段，錐頭阻力平均值qc=0.38 MPa，遠小于0.7，摩阻比Rf=1.62%，0.297 3×0.38+1.6=1.71，稍大于1.62；高程0.3～2.6 m，即深度2.7～5.6 m，錐頭阻力平均值qc=0.33 MPa，遠小于0.7，摩阻比Rf=1.62%，0.297 3×0.33+1.6=1.70，稍大于1.66；參考附近地質資料，定深度1.4～5.6 m為淤泥質粉質黏土(見圖4)。

表3 原始靜力觸探數據

圖4 靜力觸探試驗曲線

據鉆探揭示，高程1.5～2.6 m為淤泥質粉質黏土，黃褐色，灰褐色，軟塑，局部流塑，局部夾薄層粉質黏土或黏土，證明前期靜力觸探分析結論的正確性(見圖5)。

3 結束語

靜力觸探可以快速準確地獲得巖土的原位力學參數，避免鉆探、取樣及運輸過程中對土體的擾動，可以獲得更為準確的原位測試數據，為設計提供更為準確的參數。單純的數據分析時，個別數據變化較大，或者有時幾個數據可能對整個地層的定名、分析影響較大，這時就需要有鉆探資料的支持。鉆探可以更為直觀地判斷分析現場地層分布情況，但鉆探相對靜力觸探費用貴，而且獲得的試驗數據不如靜力觸探試驗原位測試準確可靠。因此，在場地條件允許的情況下，兩種方法的結合才是最佳選擇。