原位測(cè)試方法在地鐵地裂縫勘察中的運(yùn)用分析

■宋欣

（廣東省核力工程勘察院廣東廣州510800）

原位測(cè)試方法在地鐵地裂縫勘察中的運(yùn)用分析

■宋欣

（廣東省核力工程勘察院廣東廣州510800）

地鐵施工過程中如果出現(xiàn)地裂縫可能導(dǎo)致項(xiàng)目停工甚至廢棄，因此在地鐵項(xiàng)目施工之前需要進(jìn)行詳細(xì)的勘察，本文通過西安的地鐵實(shí)施項(xiàng)目的例子介紹其分布及地裂縫的特點(diǎn)，從而選用旁壓試驗(yàn)、波速測(cè)試、靜力觸探三種原位測(cè)試方法對(duì)西安地裂縫勘察進(jìn)行分析，這種測(cè)試方法對(duì)地鐵地裂縫的施工來說具有重要的參考價(jià)值。

西安地裂縫 原位測(cè)試方法 地鐵 地基承載力

0　引言

地裂縫是地面裂縫的簡(jiǎn)稱，是人工或自然環(huán)境下的巖石和土壤，表面形成一定長(zhǎng)度和寬度的裂縫，是由于宏觀破壞的圖像。地裂縫也常常影響居民生活和城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)。一般情況下，建筑物的建造針對(duì)地裂縫都采取避讓的方式，查清地裂縫的具體位置及最佳的避讓距離是地裂縫勘察的重點(diǎn)。但是，地鐵的施工建造過程中卻難以避免，特別是在地裂縫活躍地帶，必須穿過地裂縫，同時(shí)還要確保投入使用后不發(fā)生有關(guān)運(yùn)營(yíng)方面的安全事故，這時(shí)針對(duì)勘察地裂縫是地鐵實(shí)施過程中的核心問題，所以，本文選用西安地鐵地裂縫勘察為例，采用原位測(cè)試方法測(cè)試上下盤地層巖土物理性能的測(cè)試，調(diào)查地表裂紋，這不僅是為地鐵線路的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供依據(jù)，還為了施工提供必要的地層結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的物理力學(xué)提供參考，提高施工安全度的同時(shí)也豐富了對(duì)西安地裂縫的研究，為施工提供了重要的參考價(jià)值，對(duì)項(xiàng)目研究工程具有實(shí)在的意義。

1　地裂縫的分布及其特征

針對(duì)我國(guó)地裂縫的分布情況，主要以西安地裂縫為例，闡述西安地裂縫的分布及其所具有的特征，為下文原位測(cè)試方法的勘察提供研究對(duì)象。

1.1西安地裂縫的分布

西安坐落于中國(guó)北方，因?yàn)榈乩憝h(huán)境的影響出現(xiàn)了特有的地裂縫自然災(zāi)害現(xiàn)象，這里的地裂縫分成兩種情況，一種是在地表面就可以看見的地裂縫，另外一種是隱藏在地里面的地裂縫，這種是隱藏的比較深，也是地鐵施工中比較棘手的問題。西安地裂縫群分布范圍大致為：西至皂河，東至紡織城，南始三爻村，北終井上村，總面積大概為155平方千米。根據(jù)多種勘察方式，據(jù)查詢有關(guān)的資料，確認(rèn)目前已發(fā)現(xiàn)14條，單條露出地表的地裂縫長(zhǎng)度大約為2km-14.5km，可見，地裂縫已才構(gòu)成嚴(yán)重影響城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，成為主要的地質(zhì)災(zāi)害。

1.2西安地裂縫的主要特征

由上述的西安地裂縫的分布我們可知，西安地裂縫出露總長(zhǎng)度72千米，延伸長(zhǎng)度大致為103千米，地裂縫對(duì)地區(qū)的影響還是比較大，只有在了解地裂縫主要特征的基礎(chǔ)上，才能更好解決所存在的問題，以下歸納了西安地裂縫基本的特征：

（1）主、次生和支化地裂縫是西安地裂縫的主要組成部分；

（2）地裂縫大致呈NE—NEE走向,傾向SE—SSE,傾角約80°,傾向南，雖然與臨潼—長(zhǎng)安斷裂近似平行，但是傾向剛好與之相反，在平面形態(tài)上，出現(xiàn)不等間距平行排列；

（3）地裂縫呈帶狀發(fā)育，延伸具有很好的連續(xù)性,總體上每條地裂縫的延伸長(zhǎng)度都可以達(dá)到數(shù)公里以上，甚至還有的達(dá)到十幾公里。

（4）地裂縫的出現(xiàn)需要特殊的地理位置，比如說“梁崗”地貌的南側(cè)陡坡上(梁間洼地的北側(cè)邊緣)；

（5）地裂縫不是瞬間發(fā)生的，而且在潛移默化中慢慢侵蝕附近的土地，主要表現(xiàn)為主地裂縫的北側(cè)上升，南側(cè)相對(duì)下降,其中f6′和f9′次生地裂縫表現(xiàn)的方向剛好與主地裂縫相反；

（6）如果頻繁抽取深層承壓水會(huì)導(dǎo)致地裂縫活動(dòng)速率加快；

（7）地裂縫的垂直位移方向上呈現(xiàn)的特征是單向累積，斷距越大，深度越大。

2　采用原位測(cè)試方法勘察及方案的確定

2.1針對(duì)西安地鐵穿越地裂縫的現(xiàn)狀

根據(jù)查詢資料可知：依據(jù)初勘階段的勘查報(bào)告，西安地鐵2號(hào)線全程共穿越12條地裂縫，其中包含2條次級(jí)裂縫。

2.2確定原位測(cè)試方法

土木工程學(xué)上的一個(gè)重要指標(biāo)就是原位測(cè)試法，指的是當(dāng)研究巖層時(shí)，在保持原來狀態(tài)不變時(shí)，測(cè)定巖土的工程力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。關(guān)于原位測(cè)試方法主要有以下幾種測(cè)試方法：

（1）旁壓試驗(yàn)，該試驗(yàn)主要采用在已經(jīng)鉆好的鉆孔中進(jìn)行，然后通過相關(guān)的儀器裝置，將氣壓直接加到測(cè)量變形系統(tǒng)的測(cè)量管液面促使其產(chǎn)生水壓并上傳至旁壓器，使彈簧膜受壓膨脹從而使孔壁土地形狀改變。這個(gè)試驗(yàn)主要使用江蘇省天目?jī)x器廠PM-1B型預(yù)鉆式旁壓儀,其中測(cè)頭直徑為90 mm，為現(xiàn)代土木技術(shù)先進(jìn)的儀器。

（2）波速測(cè)試，利用脈沖震源激發(fā)彈性波,在巖體中傳播時(shí),使速度、振幅、頻譜等將聲學(xué)參數(shù)受到地裂縫的巖性、結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程度等影響而呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，通過多次測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)記錄、處理、分析，從而得到結(jié)果。

（3）靜錐滲透試驗(yàn)，是指機(jī)械設(shè)備對(duì)一定規(guī)格的錐狀探頭均勻地壓入土壤中，然后探頭的電阻大小由儀器測(cè)定，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。該試驗(yàn)主要使用到的儀器有：ZJYY-20A型靜力觸探車、浙江寧波勘測(cè)機(jī)械廠生產(chǎn)的ZQS-15-3型的探頭和靜探數(shù)據(jù)采集儀。

2.3原位測(cè)試方法位置的選擇和相關(guān)儀器的布置

（1）試驗(yàn)點(diǎn)的確定。依據(jù)地面的形態(tài)和最近地裂縫活動(dòng)速率的大小原則進(jìn)行選點(diǎn)，盡量選擇了近期活動(dòng)較為活躍的f6地裂縫作為試驗(yàn)場(chǎng)地。

（2）測(cè)試點(diǎn)的前期準(zhǔn)備。依據(jù)我們上面所選好的位置，將每條布置一條靜

力觸探剖面,而且剖面方向盡量要垂直于地裂縫走向,在裂縫帶上布置每條剖面的中心孔，還有在兩側(cè)各布置4個(gè)孔，準(zhǔn)備好三種試驗(yàn)方法的試驗(yàn)儀器確保儀器測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3　原位測(cè)試方法結(jié)果分析

3.1旁壓試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)旁壓試驗(yàn)的試驗(yàn)原理，由詳細(xì)的數(shù)據(jù)得出一定的關(guān)系：

Fak=37.3 N6.35+88

其中式中所表示含義：fak表示地基承載力特征值 (kPa),N6.35表示重型動(dòng)力觸探擊數(shù)(次),統(tǒng)計(jì)范圍3≤N6.35≤17，通過統(tǒng)計(jì)64組數(shù)據(jù)，得出上式相關(guān)系數(shù)r=0.82

上式表明,地基承載力隨著錘擊數(shù)越高而越大。在一定的范圍內(nèi),兩者是呈現(xiàn)正比關(guān)系。

單獨(dú)采用旁壓試驗(yàn)可能很難證明數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，我們又設(shè)立一個(gè)參照組，采用載荷試驗(yàn)在相同地點(diǎn)和同樣深度作比較，記錄并統(tǒng)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)，得出兩者所求出的數(shù)據(jù)基本一致，差別很小，再一次證明旁壓試驗(yàn)的正確性，甚至成本比載荷試驗(yàn)還低，過程操作簡(jiǎn)單，適合地鐵中勘察地裂縫，為工程提供參考系數(shù)，方便確定路線。

3.2波速測(cè)試結(jié)果分析

波速測(cè)試主要測(cè)量的是速度、振幅、頻譜等反映巖層的結(jié)構(gòu)。由現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和將大量的原位動(dòng)靜對(duì)比試驗(yàn)，原位動(dòng)態(tài)測(cè)試與室內(nèi)靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,選用畫圖分析得出巖體的單軸抗壓強(qiáng)度與縱波波速的關(guān)系式為：

R=2.404V^1.945（R為單軸抗壓強(qiáng)度，V為縱波速度）

由上面的公式我們也可以知道：當(dāng)用儀器測(cè)得縱波速度時(shí)，就可以知道該地帶的抗壓強(qiáng)度。同時(shí)，數(shù)據(jù)采用測(cè)量多組數(shù)據(jù)盡量減少誤差，在偏移距離相等的情況下，測(cè)出每一點(diǎn)波形，記錄數(shù)據(jù)道,形成高密成像剖面,這個(gè)剖面可以說明測(cè)線下方巖層分布、巖性以及巖石完整程度。

3.3靜力觸探的試驗(yàn)結(jié)果

由上面所布置的各個(gè)孔觸探的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：對(duì)于f6場(chǎng)地地裂縫北盤中的1號(hào)孔和2號(hào)孔中的④層古土壤錐尖阻力為2.314 MPa～4.909 MPa,側(cè)摩阻力為84.5 KPa～143.1 KPa，與之方向相反的南盤中的3號(hào)-6號(hào)孔錐尖阻力大約1.22 MPa～1.629 MPa,側(cè)摩阻力為23.5 KPa～59.3 KPa，計(jì)算出地基承載力。南北盤相比之下，差異還是比較明顯。

4　結(jié)束語

原位測(cè)試的三種方法分別從不同的方案中計(jì)算出地基承載力，也讓我們看到試驗(yàn)組與對(duì)比組之間的區(qū)別。通過旁壓試驗(yàn)、波速測(cè)試、靜力觸探三種方法的統(tǒng)計(jì)分析，得出地裂縫場(chǎng)地各層的物理學(xué)指標(biāo)，地基承載力等內(nèi)容。同時(shí)，通過試驗(yàn)所獲得的參數(shù)，能夠?yàn)榈罔F穿越地裂縫提供一個(gè)參考依據(jù)，成果數(shù)據(jù)更能反映介質(zhì)的真實(shí)情況，更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

[1]趙洪勇,呂賓林,朱忠林.聲波測(cè)試法在鐵路路基測(cè)試中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2005(12).

[2]孟高頭.土體工程勘察原位測(cè)試及其工程應(yīng)用.[M]地質(zhì)出版社,1998.

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P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-7-148-2