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(jiàn)的軟土地基勘察的方法、適用范圍，原位測(cè)試以及鉆探相互結(jié)合的軟土地基勘察方法，其中主要是以靜力觸探為主，結(jié)合鉆探取樣，可以查明地層分層情況。工程實(shí)踐中利用到的強(qiáng)度指標(biāo)可以通過(guò)靜力觸探、十字板試驗(yàn)得到，土層變形參數(shù)可以通過(guò)室內(nèi)土工分析法得到。

關(guān)鍵詞：鐵路專線；軟土地基勘察；原位測(cè)試；應(yīng)用分析

隨著我國(guó)高速鐵路大動(dòng)脈的快速建設(shè)，鐵路專線路基穩(wěn)定性以及變形控制技術(shù)就成為了急需面對(duì)的問(wèn)題，根據(jù)土力學(xué)知識(shí)可以知道軟土地基具有高壓縮性以及低強(qiáng)度的特點(diǎn)。軟土地基的穩(wěn)定性以及沉降估算的精度影響著計(jì)算方式和參數(shù)這兩種研究方面，需要指出的是計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確程度可以使勘察技術(shù)水平量化，勘察測(cè)試所用到的數(shù)據(jù)是地基分析評(píng)價(jià)的基本因素，最高層次的研究分析可以解決這樣的勘察問(wèn)題，所以這就會(huì)為工程地質(zhì)勘察方法提出一定的要求，本文就是結(jié)合這樣的要求進(jìn)行了分析。

1 軟土地基勘察方法以及應(yīng)用分析

軟土，從廣義上來(lái)說(shuō)就是強(qiáng)度低、壓縮性高的軟弱土層。這類土層以空隙比及有機(jī)質(zhì)含量為主，并且結(jié)合著其他的特性指標(biāo)，可以劃分為軟粘性土、淤泥、泥炭質(zhì)土、淤泥質(zhì)土以及泥旋這五種類型。通常來(lái)講，淤泥、淤泥質(zhì)土、軟粘性土統(tǒng)稱為軟土，有機(jī)質(zhì)含量高的泥炭以及泥炭質(zhì)土則統(tǒng)稱為泥沼。不同地方的軟土性質(zhì)會(huì)有所差別，但是整體情況是相似的，本文就軟土性質(zhì)進(jìn)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(shuō)來(lái)，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(shù)控制在14至28范圍之內(nèi)。

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

第三是抗剪強(qiáng)度低。一般軟土的快剪粘聚力在10KPa左右，快剪內(nèi)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(dòng)，土的強(qiáng)度就會(huì)明顯下降，有的可以呈現(xiàn)流動(dòng)態(tài)。而且這也使得軟土的長(zhǎng)期抗剪強(qiáng)度只有一般抗剪強(qiáng)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(fā)展規(guī)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(duì)軟土的固結(jié)情況進(jìn)行勘察，強(qiáng)度、變形特征以及隨著應(yīng)力改變而變化的規(guī)律，并且了解其結(jié)構(gòu)破壞對(duì)強(qiáng)度和變形的影響情況；軟土中存在的地貌形態(tài)差異、填土、河道等的分布范圍和深度等。常見(jiàn)的軟土地基勘察主要有兩種方式，一是鉆探法；二是原位測(cè)試法。鉆探法主要利用鉆探進(jìn)行取樣，樣品加工制備以及一些土工試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)軟體性質(zhì)的分析，進(jìn)而得出土體試樣的性能指標(biāo)。所研究的原位測(cè)試方法主要是在原位應(yīng)力狀態(tài)以及含水率保持均衡的情況下，對(duì)土體性質(zhì)進(jìn)行直接檢測(cè)，原位測(cè)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(cè)試法具體實(shí)踐分析

在軟土工程地質(zhì)勘察中，原位測(cè)試方法中比較常用的方式是靜力觸探以及十字板，應(yīng)用技術(shù)也是比較成熟。另外一些新型原位測(cè)試技術(shù)如孔壓靜力觸探、應(yīng)力鏟試驗(yàn)、扁板側(cè)脹試驗(yàn)、螺旋板載荷試驗(yàn)等一些試驗(yàn)方法應(yīng)用也是比較多的。由于靜力觸探方法具有一定的優(yōu)越性，所以其在世界上勘察領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，在我國(guó)應(yīng)用也是比較多的。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，我國(guó)不少單位靜力觸探已經(jīng)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(qiáng)度以及砂土的相對(duì)密度的測(cè)定等。孔壓靜力觸探是靜力觸探技術(shù)的較為成熟的方法，我國(guó)已經(jīng)應(yīng)用了二十多年，取得了孔壓靜力觸探試驗(yàn)快速測(cè)定土層柱狀圖、固結(jié)系數(shù)、不排水抗剪強(qiáng)度等方面的研究成果以及應(yīng)用孔壓靜力觸探方法試驗(yàn)指標(biāo)地基沉降的新方法。十字板剪切試驗(yàn)在軟土地區(qū)應(yīng)用范圍較廣，原位測(cè)定飽和軟黏土的不排水總強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度、靈敏度，用于地基穩(wěn)定分析中。螺旋板載荷、扁板側(cè)脹以及應(yīng)力鏟等方法也已經(jīng)得到了較大幅度的發(fā)展和改進(jìn)，螺旋板載荷試驗(yàn)在北歐以及美洲國(guó)家應(yīng)用較多，可以測(cè)求砂土的壓縮模量、固結(jié)系數(shù)和粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度以及變形模量等。扁板側(cè)脹儀主要用來(lái)測(cè)試于軟土、粘性土、松散粉土的地基性質(zhì)。應(yīng)力鏟試驗(yàn)屬于扁板試驗(yàn)中的一個(gè)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(yīng)力的測(cè)設(shè)以及靜止側(cè)壓力系數(shù)的測(cè)設(shè)。

1.2 鉆探、土工試驗(yàn)方法以及應(yīng)用

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

2 軟土地基勘察方法應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)分析

目前常用的勘察原位測(cè)試方法也有自身的缺陷，在工作應(yīng)用中應(yīng)該合理應(yīng)用，合理互補(bǔ)。

2.1 鉆探應(yīng)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(zhì)，進(jìn)而在孔深方向?qū)嵤┰粶y(cè)試。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法可以知道巖土的性質(zhì)，比如粒徑大小、密度、含水率、可塑性等性質(zhì)參數(shù)，測(cè)定的土的力學(xué)性狀時(shí)候，可以利用土工室內(nèi)測(cè)試方法，可以得到控制應(yīng)力、應(yīng)變分析以及排水試驗(yàn)分析，室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可靠性以及利用率高等特點(diǎn)。當(dāng)需要計(jì)算巖層沉降時(shí)，室內(nèi)試驗(yàn)可以提供壓縮模量、壓縮系數(shù)以及固結(jié)系數(shù)。可以測(cè)定土的先期固結(jié)應(yīng)力、應(yīng)力-應(yīng)變-時(shí)間效應(yīng)數(shù)值，為了后續(xù)設(shè)計(jì)提供可靠的信息資料。但是室內(nèi)試驗(yàn)在鉆探取樣以及運(yùn)輸制備過(guò)程中，樣品一定程度的擾動(dòng)是難以阻止的，另外，試樣從地層深部取出，因應(yīng)力釋放而以引起的擾動(dòng)也是無(wú)法阻止的。室內(nèi)強(qiáng)度試驗(yàn)，主要是直剪以及三軸試驗(yàn)等方式。直剪方法尤其局限性，主要是當(dāng)鐵路路基排水條件控制方面比較難以操作時(shí)，土體受力環(huán)境比較復(fù)雜，不容易評(píng)判，其直剪試驗(yàn)得到的結(jié)果比較分散，不能夠直接表示出土體的具體性質(zhì)。但是直剪儀器操作起來(lái)比較方便，并且在應(yīng)用過(guò)程中已經(jīng)積累了大量的工程經(jīng)驗(yàn)。三軸試驗(yàn)的主要優(yōu)點(diǎn)是受力特性比較容易反應(yīng)映出來(lái)，力量大小也是容易把握控制，也能夠測(cè)量試樣的孔隙壓力以及體積變化情況等。但是三軸試驗(yàn)也是自身的缺陷，比如操作技術(shù)以及試驗(yàn)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(nèi)變形試驗(yàn)可以分為常規(guī)壓縮試驗(yàn)以及固結(jié)試驗(yàn)兩種。常規(guī)壓縮試驗(yàn)可以獲得壓縮模量、壓縮系數(shù)等系數(shù)指標(biāo)，高壓縮試驗(yàn)曲線可以獲得的壓縮變形指標(biāo)為先期固結(jié)壓力、壓縮指數(shù)以及回彈指數(shù)等數(shù)據(jù)，能夠反映出軟土地基的結(jié)構(gòu)特性，但是也存在一定的局限性，比如本實(shí)驗(yàn)每一個(gè)試驗(yàn)周期比較長(zhǎng)，工序較多，對(duì)數(shù)據(jù)分析過(guò)程也是較多，對(duì)土樣要求較多等制約因素。endprint

2.2 原位測(cè)試的方法分析

相對(duì)于其他試驗(yàn)方法，原位測(cè)試方法可以直接在土體原位上面取得可利用的數(shù)據(jù)，土體受到外界干擾因素少，應(yīng)力變化比較集中，可以真實(shí)反映天然土體的真實(shí)性狀，劃定土層方面比鉆探方法明確，原位測(cè)試可以用于對(duì)鉆探資料的補(bǔ)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(cè)試方法。鑒于原位測(cè)試的實(shí)際操作，可以知道其具有操作周期短、工作效率高、測(cè)試成本低、操作簡(jiǎn)單、對(duì)周邊土體擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。由于自身優(yōu)點(diǎn)，科研以及具體操作人員應(yīng)該盡量發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)并且多總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)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(yīng)力條件是非常復(fù)雜的，不利于數(shù)據(jù)處理；另外，本方法可以測(cè)定具體現(xiàn)場(chǎng)情況下的荷載參數(shù)，不能夠預(yù)測(cè)參數(shù)變化的方向；最重要的一點(diǎn)是由于原位測(cè)試方法的特性，一些關(guān)鍵是數(shù)據(jù)不能直接測(cè)試出來(lái)，需要間接測(cè)定，比如軟土地基的應(yīng)力路徑、應(yīng)力狀態(tài)等參數(shù)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(jìn)而確定分層、地基承載力、土體變形模量等強(qiáng)度指標(biāo)，還能夠彌補(bǔ)鉆探勘察某些地層所帶來(lái)的不利影響。

2.2.2 螺旋板載荷以及扁板側(cè)脹試驗(yàn)。螺旋板載荷試驗(yàn)可以確定地基承載力，還可以通過(guò)扁板側(cè)脹試驗(yàn)確定不排水抗剪強(qiáng)度，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合一定的工程實(shí)例和資料，還可以驗(yàn)證這兩種測(cè)試方法的可靠性。

2.2.3 十字剪切板試驗(yàn)。十字剪切板試驗(yàn)可以獲得均質(zhì)的飽和軟土地基抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。十字剪切板試驗(yàn)是在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)原位進(jìn)行，相對(duì)于室內(nèi)環(huán)境操作試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，更能真實(shí)反映土體實(shí)際情況、天然結(jié)構(gòu)、天然應(yīng)力條件、還能夠確定不排水抗剪強(qiáng)度，這種技術(shù)方法應(yīng)用起來(lái)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(yīng)用。鐵路專線路線長(zhǎng)，地理環(huán)境復(fù)雜，十字剪切板試驗(yàn)可以在軟土地基條件下進(jìn)行試驗(yàn)。但是它不能準(zhǔn)確反映出土體的各向異性以及排水條件，所以在應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)該結(jié)合經(jīng)驗(yàn)加以研判。

2.2.4 孔壓靜力觸探以及較為常用的應(yīng)力鏟試驗(yàn)方法?？讐红o力觸探、應(yīng)力鏟試驗(yàn)方法相對(duì)于室內(nèi)測(cè)試方法更加便捷，對(duì)于那些沒(méi)有室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)的軟土地區(qū)，利用孔壓靜力觸探、應(yīng)力鏟試驗(yàn)方法能夠方便、快捷、準(zhǔn)確的知道當(dāng)?shù)赝翆拥那闆r?？讐红o力觸探因?yàn)榱繙y(cè)孔壓，能夠準(zhǔn)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(jiàn)問(wèn)題，為軟土地基勘察帶來(lái)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(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該盡量避免這樣的現(xiàn)象發(fā)生。

鐵路建設(shè)路基工程中經(jīng)常會(huì)遇到軟土問(wèn)題，軟土地基勘察處理的質(zhì)量將直接影響到軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(wěn)定性兩個(gè)問(wèn)題。軟土上面過(guò)荷載會(huì)影響邊坡穩(wěn)定性，路基就發(fā)生一定的失穩(wěn)現(xiàn)象，嚴(yán)重會(huì)影響工程產(chǎn)品的正常使用。軟土地基的不均勻沉降會(huì)使路面發(fā)生破壞，降低工程產(chǎn)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(chǔ)上結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)就可以知道土層的具體性質(zhì)以及各向性能指標(biāo)，從而為工程建設(shè)服務(wù)。

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