基于靜力觸探的渠道及人工湖工程地質評價

肖承輝，劉佳佳

（仙桃市勘測設計院，湖北 仙桃 433000）

靜力觸探試驗作為一種快速測試的原位測試技術，具有連續(xù)測試、兼具測試與勘探功能、理論成熟和成本低廉等優(yōu)點， 在巖土工程勘察中得到廣泛應用［1-7］。 對于利用靜力觸探測試技術進行渠道和人工湖地質工程評價報道較少。 王兆云等［8］采用靜力觸探和十字板剪切試驗相結合的方法對新疆阜昌干渠工程進行了測試，地層條件主要為飽和黃土；李博［9］通過靜力觸探試驗方法對新疆伊犁某輸水渠道進行勘察，對比貫入阻力計算各層土的天然地基承載力；張微［10］對內陸河湖相軟土展開綜合原位測試技術方法勘察，提出利用靜力觸探試驗進行土層劃分。分析可知，現(xiàn)階段在對渠道和人工湖勘察中，常采用靜力觸探試驗進行一種測試手段， 而利用靜力觸探數據對工程地質的分析評價較少。

1 工程概況

擬建工程為仙桃市排澇治澇工程， 即在通順河水位較高、產業(yè)園無法自排時，新建水閘、開挖人工湖和疏挖溝渠確保調蓄容積， 并與現(xiàn)有工程聯(lián)合運行調度， 將非織造布產業(yè)園和老鎮(zhèn)區(qū)澇水提排至通順河，保障區(qū)域排澇安全。勘察目的是為仙桃市非織造布產業(yè)園10條溝渠及2座人工湖的治理設計提供地質依據。 工程區(qū)位于漢江下游，漢江平原東部，以堆積成因為主，地貌具典型沖積平原地貌特征。區(qū)內河渠成網，水系發(fā)育，地勢較平坦，地面高程20.25～24.54m。

2 地質特征

工程區(qū)范圍無基巖出露， 均為第四系松散堆積物覆蓋，覆蓋層厚度一般80～100m，按時代成因主要為全新統(tǒng)人工堆積層和沖洪積層， 其地層巖性主要為黏性土、淤泥質土及砂性土等，空間分布較復雜。對南干渠節(jié)制閘進行地質鉆探， 揭示主要地層由新至老分述如下：

區(qū)內河湖密布，溝渠縱橫，水系發(fā)育。勘察期間，場區(qū)渠道或河流水深一般0.50～1.50m， 水流流速緩慢。根據地下水埋藏條件，地下水類型主要分為孔隙性潛水和承壓水，其中潛水屬淺層地下水，賦存于第四系松散堆積物中， 主要接受大氣降水和地表水補給，向低洼處排泄；承壓水賦存于底部砂性土層中，承壓水水頭高度主要受漢江水系水位高低影響。

3 靜力觸探數據的采集與分析

采用靜力觸探測定黏性土、粉土、砂土的比貫入阻力等參數，估算土的強度、壓縮性等力學參數。 靜力觸探孔采用單橋探頭測定土層的有關參數。

靜力觸探貫入設備采用全液壓雙缸貫入儀，最大貫入力200kN， 靜力觸探探頭為I-2型探頭， 直徑43.7mm，截面面積15cm2，有效側壁長度70mm，錐角60°。 試驗時，在設計孔位處準確安裝觸探機，需用水平尺校準基座，使之保持水平，并與反力裝置鎖定牢固。 在貫入過程中要始終保持基座水平、探桿豎直。要以貫入速率1.2m/min勻速進行貫入。 當貫入至地面下0.5～1.0m時，應對記錄儀表進行調零，以后每2m調零1次，并記下調零前讀數，作為比貫入阻力修正依據。 每貫入3～4m便需對深度進行校核，當記錄深度與實際貫入深度不符時，應作好記錄，作為深度修正的依據。 如圖1。

圖1 典型靜力觸探數據

對場區(qū)各層土的比貫入阻力統(tǒng)計分析，如表1。

表1 場區(qū)各層土的比貫入阻力統(tǒng)計

由室內試驗確定的承載力特征值、壓縮模量，如表2。 對場區(qū)的黏性土和無黏性土分別進行統(tǒng)計回歸，如圖2、圖3。

表2 室內試驗確定的承載力特征值、壓縮模量

圖2 比貫入阻力與地基承載力特征值關系

圖3 比貫入阻力與壓縮模量關系

從圖2、圖3可看出，黏性土（②粉質黏土夾粉土、③淤泥、④3黏土、⑤粉質黏土）和無黏性土（⑥粉砂夾粉質黏土、⑦粉砂、⑧細砂）的地基承載力特征值和壓縮模量與比貫入阻力都呈現(xiàn)較好的線性關系，確定系數R2都大于0.90。 同時，黏性土和無黏性土的地基承載力與壓縮模量都存在量的差異， 這種差異可以分別用以下公式進行表達：

對場區(qū)黏性土的不排水抗剪強度與比貫入阻力、內摩擦角與比貫入阻力進行線性回歸，如圖4、圖5所示。 從圖中可以看出，對于強度指標不排水抗剪強度和內摩擦角， 比貫入阻力都可以較好地反映力學本質，并可以用線性關系進行表達：

圖4 比貫入阻力與飽和黏性土的不排水抗剪強度關系

圖5 比貫入阻力與內摩擦角關系

4 渠道及人工湖主要工程地質問題及評價

4.1 岸坡穩(wěn)定評價

擬治理渠道兩岸岸坡多較低矮， 岸坡高1.0～3.0m，坡度較陡峭，坡度45°～70°，多為自然岸坡，多無支護。 由圖4可知，自然邊坡坡高范圍內的土層主要為飽和黏性土， 利用比貫入阻力確定的不排水抗剪強度較小，小于40kPa，建議對岸坡進行支擋防護處理。

拓寬及新建渠道、人工湖深約3.0～4.0m。 兩岸岸坡一般高2.0～4.0m，沿線地形平緩開闊，多為農田耕地、魚塘等，沿線揭露地層均為第四系覆蓋層，多為粉質黏土層、砂土層、淤泥質土層，由圖4可知，利用比貫入阻力確定的不排水抗剪強度較小， 小于40kPa，對于淤泥則更小，一般小于20kPa，邊坡穩(wěn)定性較差， 開挖時建議黏性土坡比范圍1∶1.25～1∶1.75，淤泥坡比范圍1∶2.0～1∶2.5。

原渠道水域及擬建人工湖范圍類魚塘底部表層分布有少量的浮泥及淤泥質土層，厚0.2～0.5m，范圍較小，厚度較薄，其僅分布于水體下，兩岸岸坡下部沒有該地層分布，其對岸坡穩(wěn)定影響較小。

4.2 基礎持力層選擇

渠道兩岸及湖岸擬建設的建構筑物主要為護岸工程，荷載較小。 場區(qū)地層分布較簡單，根據建構筑特征，結合地層巖性，各土層性質評價及持力層選擇詳述如下：

4.3 支護構筑物穩(wěn)定性評價

渠道兩岸及湖岸支護構筑物主要為兩岸護腳、護岸等， 主要支護形式為生態(tài)框護腳、 格賓網護腳等。

根據工程地質勘察資料， 渠道及人工湖段分布一定厚度的②粉質黏土夾粉土層、③淤泥層，②粉質黏土夾粉土層分布厚度不大， ③淤泥層物理力學性質相對較差，地基承載力特征值較低。

渠道及人工湖部護岸構筑主要以③淤泥層為基礎持力層，或基礎下部存在該下臥軟臥層。利用比貫入阻力確定的地基土承載力特征值45kPa，壓縮模量為2.5MPa， 對地基而言可能存在一定的不均勻沉降問題，同時不排水抗剪強度小于20kPa，可能會引起擋墻支護構筑物產生滑動、傾覆等失穩(wěn)問題，建議設計根據各段工程地質條件進行復核驗算， 根據計算結果，對該層進行處理，優(yōu)化構筑物設計，地基加固。

4.4 節(jié)制閘工程地質條件及評價

本次渠道治理節(jié)制閘主要為南干渠節(jié)制閘， 根據現(xiàn)場勘察情況，南干渠節(jié)制閘工程地質條件詳述如下：

南干渠節(jié)制閘位于南干渠與剅溝渠交叉處附近排水溝處。 南干渠溝底寬約15.0m，深約2.5m，兩側為農田。閘底板以下為第四系全新統(tǒng)沖積③淤泥層。淤泥層為流塑狀，其飽和松軟，力學性質差，地基承載力特征值僅45kPa，壓縮模量2.5MPa，不適宜作為基礎持力層，建議采取基礎處理措施，處理深度以滿足持力層設計要求為準。

5 結語

（1）對場區(qū)的各層土進行測試，對黏性土和無黏性土的地基承載力、彈性模量，飽和黏性土的不排水抗剪強度，砂土的內摩擦角與比貫入阻力進行擬合，研究表明比貫入阻力與參數都具有明顯的線性關系。

（2）采用比貫入阻力計算的地基承載力、彈性模量、 不排水抗剪強度和內摩擦角對渠道和人工湖的邊坡穩(wěn)定性、基礎持力層選擇、支護構筑物穩(wěn)定和節(jié)制閘工程地質進行評價，具有定量評價的特點。