輕型動(dòng)力觸探在軟弱地基地質(zhì)核查中的應(yīng)用

王和平

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251）

在鐵路工程建設(shè)過程中，勘察單位需對(duì)開挖后地質(zhì)情況進(jìn)行地質(zhì)核對(duì)，地質(zhì)核查是對(duì)設(shè)計(jì)采用的地質(zhì)資料的復(fù)核、驗(yàn)證和補(bǔ)充，是控制工程質(zhì)量過程中不可或缺的一環(huán)。土層地區(qū)地質(zhì)核查首先核查地層是否與設(shè)計(jì)一致，檢測地層天然地基承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。現(xiàn)場靜載試驗(yàn)是確定地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)方法，但是靜載試驗(yàn)具有費(fèi)用高、耗時(shí)長、代表范圍小等劣勢(shì)，對(duì)大范圍貨場和長段落路基地質(zhì)核查時(shí)，不適用大量靜載試驗(yàn)。輕型動(dòng)力觸探具有試驗(yàn)速度快、靈活便捷的特點(diǎn)，是地質(zhì)驗(yàn)槽時(shí)常用的一種方式，然而各地輕型動(dòng)力觸探N10擊數(shù)對(duì)應(yīng)的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和經(jīng)驗(yàn)值多有不同，需根據(jù)相關(guān)規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn)確定本工程輕型動(dòng)力觸探擊數(shù)與承載力關(guān)系。根據(jù)輕型動(dòng)力觸探擊數(shù)，結(jié)合既有勘察資料，確定淺部各地層地基承載力，可以為貨場軟弱層地基處理方案提供地質(zhì)依據(jù)，為其他工程地質(zhì)核查提供重要的參考意義。

1 工程概況

山東地區(qū)某鐵路專用線貨場路基主要以填方形式通過沖洪積平原區(qū)，地面高程19.42～22.29m，地表多為農(nóng)田，路堤中心最大填高3.59m，貨場及相鄰路基段緊鄰河流布置，勘測期間地下水位3.9～5.9m，水位標(biāo)高13.65～17.69m。主要地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積層粉質(zhì)黏土、黏土、粉土，淺部0～5.0m范圍設(shè)計(jì)地基承載力為120kPa，路基基底地基處理方式為沖擊碾壓24遍。由于臺(tái)風(fēng)影響，貨場路基范圍被洪水浸泡形成軟弱地基，地下水位上升，沖擊碾壓導(dǎo)致地基土層原狀結(jié)構(gòu)被破壞，表現(xiàn)為泥狀鼓包和凹陷，地表經(jīng)太陽照射形成“硬殼”。由于場地范圍廣，降水井無法有效降低地下水位，因此查明貨場路基范圍受洪水浸泡后地基承載力，對(duì)變更設(shè)計(jì)地基處理方案具有重要意義。

2 試驗(yàn)方案適用性分析

前期勘察已查明土層結(jié)構(gòu)，并且鉆探施工工期長，工程成本高，此次地質(zhì)核查主要采取原位測試為主的方式。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)無法連續(xù)貫入，容易遺漏地層，且對(duì)于洪水浸泡軟弱土層的標(biāo)貫擊數(shù)過低，承載力計(jì)算偏差較大。現(xiàn)場靜載試驗(yàn)無法滿足貨場路基大范圍地基承載力檢測的要求。通過綜合分析，輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)具有輕便、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，符合此次大面積淺層軟弱層地基承載力檢測的要求。

3 輕型動(dòng)力觸探簡介

輕型動(dòng)力觸探儀主要試驗(yàn)設(shè)備由圓錐頭、觸探桿、穿心錘三部分組成，穿心錘重10kg，自由落距為50cm，記錄每貫入30cm的擊數(shù)為N10，當(dāng)貫入30cm擊數(shù)超過100擊，或貫入15cm擊數(shù)超過50擊則終止試驗(yàn)。此次試驗(yàn)采用電動(dòng)輕型動(dòng)力觸探儀，抬起穿心錘至高點(diǎn)自動(dòng)落下，人工記錄錘擊擊數(shù)，最大觸探深度4.2m，適用于淺層素填土、黏性土、粉土、粉砂等地層。

4 地基承載力綜合分析

4.1 輕型動(dòng)力觸探點(diǎn)布置

此次觸探點(diǎn)布置沿鐵路軌道方向50m/排，貨場范圍垂直軌道方向100m/列，共布置197處觸探點(diǎn)，觸探深度為4.2m。

4.2 確定N10擊數(shù)與承載力的關(guān)系

文章收集整理了多地輕型動(dòng)力觸探確定承載力規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)值，主要有以下幾個(gè)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。（1）《鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)》鐵路站場與房建章節(jié)、《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（TB 10012—2007）附錄R工業(yè)與民用建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。（2）《鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程》（TB 10018—2003）、《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（TB 10012—2007）附錄B地基承載力（見表2）。（3）《工程地質(zhì)手冊(cè)》地基評(píng)價(jià)和計(jì)算章節(jié)天津市經(jīng)驗(yàn)值（見表3）。（4）《工程地質(zhì)手冊(cè)》地基評(píng)價(jià)和計(jì)算章節(jié)北京市經(jīng)驗(yàn)值（見表4）。（5）《工程地質(zhì)手冊(cè)》巖土測試廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院資料（見表5）。（6）計(jì)算公式如下：

式中：fak為地基承載力，kPa。

綜合分析上述規(guī)范經(jīng)驗(yàn)值，考慮貨場路基范圍地層承載力低，設(shè)計(jì)地基承載力120kPa，為簡化評(píng)價(jià)體系，快速準(zhǔn)確做出評(píng)價(jià)結(jié)果，主要參考北京市經(jīng)驗(yàn)值及《鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程》，確定此次輕型動(dòng)力觸探N10與承載力的關(guān)系（見表6）。

4.3 試驗(yàn)成果展示

根據(jù)N10與軟弱層基本承載力關(guān)系表對(duì)輕型動(dòng)力觸探數(shù)據(jù)進(jìn)行賦值承載力，對(duì)地層進(jìn)行編號(hào)（見表7），并制作輕型動(dòng)力觸探地質(zhì)柱狀圖，輕型動(dòng)力觸探地質(zhì)柱狀圖巖土類別參照原勘察資料，僅對(duì)地基承載力進(jìn)行修改，制作工程地質(zhì)剖面圖將結(jié)果直觀展示。

表1 鐵規(guī)N10黏性土承載力標(biāo)準(zhǔn)值

表2 鐵規(guī)N10黏性土基本承載力

表3 津規(guī)N10粉土、黏性土承載力基本值

表4 京規(guī)N10新近沉積黏性土以及粉土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值

表5 廣規(guī)N10黏性土承載力標(biāo)準(zhǔn)值

表6 N10與軟弱層基本承載力關(guān)系

表7 貨場路基地層層號(hào)

4.4 地質(zhì)變化分析

該貨場路基范圍0～4.2m地層為粉土、粉質(zhì)黏土和黏土，經(jīng)過洪水長時(shí)間浸泡，地下水位上升，孔隙水壓力上升，有效壓力下降，導(dǎo)致土層承載力下降。經(jīng)地質(zhì)驗(yàn)槽測試，地表0.3m多為水分蒸發(fā)后形成的“硬殼”，下部存在地基承載力低于設(shè)計(jì)承載力的軟弱層，層厚0.3～3.0m，軟弱層主要分布于0.3～3.6m深度范圍，地基承載力σ0為0～100kPa，并且軟弱層在整個(gè)場地內(nèi)普遍存在。軟弱層詳細(xì)分布情況見表8。

表8 貨場路基軟弱層分布情況

4.5 工程措施及建議

由于鐵路專用線等級(jí)較低，貨場路基范圍較廣，大面積采用樁基礎(chǔ)或換填進(jìn)行地基處理費(fèi)用較高，從經(jīng)濟(jì)、合理的角度考慮，建議在基底底面以下填筑粗粒土，并碾壓夯實(shí)，以提高地基承載力。

5 結(jié)束語

文章根據(jù)被洪水浸泡貨場路基范圍廣，工期緊等特點(diǎn)，采用電動(dòng)輕型動(dòng)力觸探儀對(duì)場地范圍進(jìn)行了原位試驗(yàn)，快速、準(zhǔn)確地確定了軟弱層地基承載力和分布情況，試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)可靠。根據(jù)既有勘察資料制作柱狀圖、剖面圖，結(jié)合平面圖將試驗(yàn)結(jié)果直觀展示并進(jìn)行分析，為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了地質(zhì)基礎(chǔ)，并提供了工程措施意見，保障了工程安全。輕型動(dòng)力觸探在淺部軟弱層地質(zhì)核查過程中起到了顯著的效果，節(jié)約了補(bǔ)充勘察的經(jīng)濟(jì)成本和工期。利用N10擊數(shù)確定地基承載力的方法，可為相似工程軟弱層地基地質(zhì)核查提供參考。