某沿海鐵路軟土區(qū)綜合勘察淺析

祝懷田

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司太原設(shè)計(jì)院，山西太原　030013)

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某沿海鐵路軟土區(qū)綜合勘察淺析

祝懷田

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司太原設(shè)計(jì)院，山西太原030013)

擬建鐵路系冀東地區(qū)連接曹妃甸港區(qū)的重要鋼鐵煤炭運(yùn)輸線，線路位于渤海海積平原區(qū)。DK73+100至港口區(qū)沿線軟土分布廣泛，其工程性質(zhì)對(duì)于設(shè)計(jì)施工有重要影響。針對(duì)線路沿線軟土工程地質(zhì)特性，采用鉆探取樣、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試與靜力觸探相結(jié)合的綜合勘探方法，并分別對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)、原位測(cè)試結(jié)果及靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

軟土綜合勘探統(tǒng)計(jì)分析

工程區(qū)軟土為濱海相平原區(qū)常見(jiàn)的具有淺部“硬殼層”的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，此區(qū)域地層在全新世期間，仍受到大規(guī)模的海侵海退和晚更新世河谷改道侵蝕切割及近代沖積和人類(lèi)活動(dòng)的影響，致使工程區(qū)海相沉積軟土受到影響，使其地層巖性變化復(fù)雜，土層在豎向上軟硬交替。其表現(xiàn)之一就是線路沿線大部分為稻田，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的農(nóng)田改造，其淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土頂部形成“人工硬殼層”。

1　勘察及測(cè)試

基于上階段的勘探成果，初步掌握了此地區(qū)軟土分布規(guī)律及性質(zhì)，依據(jù)規(guī)范及其工點(diǎn)類(lèi)型進(jìn)行勘探布孔，采取鉆探與靜力觸探結(jié)合的勘察方法。

鉆探方面的主要難點(diǎn)為取原狀土樣，傳統(tǒng)取樣器密閉性差，主要原因是一般取土器器壁較厚，管靴角度大，軟土更容易產(chǎn)生掉樣現(xiàn)象。此次勘察采用的是專(zhuān)用的薄壁取土器，由于其自身密閉性好的結(jié)構(gòu)，操作時(shí)只需要把取土器均勻連續(xù)壓入預(yù)定深度，若土樣下滑，將在土樣上部產(chǎn)生負(fù)壓，取土器本身的摩擦力及下部大氣壓力控制土樣不致下落，在一定程度上保證了軟土取樣質(zhì)量。

靜力觸探試驗(yàn)是有力的勘察手段，不同于室內(nèi)簡(jiǎn)單應(yīng)力條件下的試驗(yàn)，也沒(méi)有中間過(guò)程造成的影響，本次采用雙橋靜力觸探，在獲取原位測(cè)試參數(shù)的同時(shí)，可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式劃分土類(lèi)以便進(jìn)行比較。

靜力觸探試驗(yàn)是一種快捷、數(shù)據(jù)連續(xù)、再現(xiàn)性好、操作省力的原位測(cè)試方法，可通過(guò)貫入阻力與土的工程地質(zhì)特征之間的穩(wěn)定關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)力學(xué)分層，估算土的強(qiáng)度、地基承載力等。靜力觸探的應(yīng)用不是依靠理論分析其力學(xué)機(jī)理得到解析解，而是依靠不斷積累的試驗(yàn)建立起來(lái)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)根據(jù)不同類(lèi)型土成因、沉積環(huán)境、物質(zhì)組成及地質(zhì)歷史不同，建立了成熟可靠的物理力學(xué)指標(biāo)經(jīng)驗(yàn)公式。

室內(nèi)試驗(yàn)是取得工程地質(zhì)勘察指標(biāo)，為設(shè)計(jì)和施工提供參數(shù)的重要組成部分，試驗(yàn)項(xiàng)目及方法確定應(yīng)根據(jù)工程類(lèi)型和軟土特性特點(diǎn)。土樣脫離原環(huán)境之后其應(yīng)力歷史、應(yīng)力場(chǎng)、邊界條件均改變，加之地層的均勻性、非等向性等使得軟土結(jié)果存在不同程度的差異，加之試驗(yàn)過(guò)程中土樣強(qiáng)度會(huì)有一定損失，土樣內(nèi)部水分從土樣中心向邊緣遷移，使得含水率減小。

2　勘察實(shí)例

擬建工程主要工點(diǎn)類(lèi)型為橋梁、路基，濱海相平原區(qū)地層沉積規(guī)律性較好，按此指導(dǎo)思想進(jìn)行勘探孔布置，路基工程勘探孔間距為100～150 m，且路基工點(diǎn)依據(jù)長(zhǎng)短均勻布置不少于2個(gè)典型橫斷面，靜力觸探與鉆探的比例為1∶1，橋梁隔墩布置勘探孔，靜力觸探與鉆探比例為1∶2。

該工點(diǎn)類(lèi)型為路堤，共布置鉆孔9個(gè)，靜力觸探孔8個(gè)。工程區(qū)軟土成因?yàn)闉I海相沉積土，主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，該層上部為粉質(zhì)黏土硬殼層，表層被開(kāi)辟為稻田，土質(zhì)均勻性差，具交錯(cuò)層理，分布有透鏡狀砂類(lèi)土夾層。軟土主要由原生礦物組成，研究區(qū)淤泥質(zhì)黏土含量為4.5%，次生黏土礦物主要以伊利石、蒙脫石為主，含少量的綠泥石，下部各土層結(jié)構(gòu)特征見(jiàn)表1。

表1　各土層結(jié)構(gòu)特征

該地段軟土淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土取樣28個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)29次，粉質(zhì)黏土取樣37個(gè)，室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行了天然含水量、天然密度、比重、孔隙比、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、直剪試驗(yàn)、壓縮模量(a1-2)、有機(jī)質(zhì)含量等，其原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)見(jiàn)表2，具體室內(nèi)試驗(yàn)物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表2　該段路基淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土分布有透鏡狀砂類(lèi)土夾層，其地層不均勻，加之現(xiàn)場(chǎng)操作人員素質(zhì)參差不齊，通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，其標(biāo)貫擊數(shù)變異系數(shù)較大，與實(shí)際情況有一定的差異，具有一定的參照性。

由土工試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表可知，僅就淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土本身而言，物理參數(shù)指標(biāo)變異系數(shù)一般為0.030～0.194，強(qiáng)度指標(biāo)變異系數(shù)則為0.315～0.919，可見(jiàn)強(qiáng)度指標(biāo)數(shù)據(jù)有些失真。經(jīng)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土與粉質(zhì)黏土對(duì)比分析可知，粉質(zhì)黏土各項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)明顯低于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，試驗(yàn)數(shù)據(jù)合理，與經(jīng)驗(yàn)值一致，可直接采用。

表3　該路基段主要地層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差，盡管采樣過(guò)程中嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，樣品還是受到了擾動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)可見(jiàn)樣品有振動(dòng)析水現(xiàn)象。加之樣品運(yùn)輸、搬運(yùn)、開(kāi)樣對(duì)土樣或多或少也會(huì)有影響，土樣稍擱放置，土柱下沉，個(gè)別上部有積水現(xiàn)象。室內(nèi)試驗(yàn)表明，樣品常規(guī)物理參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果在合理范圍內(nèi)，但是強(qiáng)度試驗(yàn)指標(biāo)結(jié)果失真。

此段線路地層沉積總體穩(wěn)定，成層性好，現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭示，分布有薄層透鏡狀粉細(xì)砂夾層。鑒于此種情況，本次對(duì)于雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)整理如下：首先對(duì)單個(gè)靜探孔每層土數(shù)據(jù)采集后利用軟件進(jìn)行處理，得到此孔每個(gè)地層的綜合計(jì)算值，然后對(duì)每個(gè)靜探孔土層計(jì)算值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。僅對(duì)此段8個(gè)靜力觸探孔的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，見(jiàn)表4。

表4　淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土靜力觸探數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)靜力觸探孔淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，以上統(tǒng)計(jì)指標(biāo)變異系數(shù)范圍為0.102～0.193，在一個(gè)穩(wěn)定、可以信賴(lài)的范圍內(nèi)。采用靜力觸探評(píng)價(jià)地基土的物理力學(xué)指標(biāo)時(shí)，使用最多的是錐尖阻力qc和比貫入阻力Ps。靜力觸探使用至今，已建立足夠可靠的靜力觸探參數(shù)與地基土的物理力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式，用上述參數(shù)評(píng)價(jià)淤泥質(zhì)軟土的物理力學(xué)指標(biāo)是可行的。

3　結(jié)論

(1)擬建工程區(qū)路基軟土為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，呈軟塑—流塑狀態(tài)，為易擾動(dòng)土層，即使采用專(zhuān)用的薄壁取土器取樣，其所取得土樣也會(huì)受到擾動(dòng)，試驗(yàn)室內(nèi)只能得到可靠的常規(guī)物理指標(biāo)，其力學(xué)指標(biāo)可信度降低。通過(guò)對(duì)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土與粉質(zhì)黏土室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)分析可知，其淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土變異系數(shù)較大，尤其是強(qiáng)度指標(biāo)與經(jīng)驗(yàn)值有一定差別。 通過(guò)對(duì)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行分析，其值與經(jīng)驗(yàn)值有一定差異，但是具有參照性。

(2)通過(guò)對(duì)靜力觸探數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的基本承載力和壓縮模量，與室內(nèi)常規(guī)物理試驗(yàn)對(duì)比分析，其值在合理范圍內(nèi)，可為設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。

(3)在鐵路軟土地質(zhì)勘察中，由于線路長(zhǎng)，軟土工程特性復(fù)雜，軟土設(shè)計(jì)指標(biāo)的選取直接影響著工程投資，尤其是鐵路運(yùn)營(yíng)的安全性。只有通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、原位測(cè)試、靜力觸探相結(jié)合的綜合勘探方式，通過(guò)相互對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，才能得到合理的軟土地層物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)，為相關(guān)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)提供可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。

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Comprehensive Survey of Soft Soil Area in a Coastal Railway

ZHU Huaitian

2016-01-29

祝懷田(1983—)，男，2009年畢業(yè)于成都理工大學(xué)巖土工程專(zhuān)業(yè)，碩士，工程師。

1672-7479(2016)02-0067-03

TU413

B