靜力觸探在長距離輸水線路勘察中的應(yīng)用

馬鐵虎 張永央

摘 要：作為一種原位測試手段，靜力觸探經(jīng)常應(yīng)用于各行業(yè)的工程地質(zhì)勘察工作中。相比標準貫入試驗，它具有連續(xù)、快速、精確等特點，更能明確地反映地層豎向分布規(guī)律，在點狀工程、面狀工程中已得到較普遍的應(yīng)用。但是，在跨多地貌單元的長距離線狀工程中，其應(yīng)用效果說法不一。本文以豫東平原上某累計長度約400 km的輸水線路為例，簡要分析雙橋靜力觸探在長距離輸水線路勘察中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：雙橋靜力觸探;標準貫入試驗;長距離輸水線路

Abstract： As an in-situ test method， static sounding is often used in engineering geological surveys in various industries. Compared with the standard penetration test， it has the characteristics of continuous， rapid and accurate， and can more clearly reflect the vertical distribution of the stratum， which has been widely used in point engineering and area engineering. However， in the long-distance linear project across multiple geomorphic units， the application effect is different. This paper took a water transmission line with a cumulative length of about 400 km on the East Henan Plain as an example， and briefly analyzed the application of double bridge static sounding in the investigation of long distance water transmission lines.

Keywords： static penetration test of double bridge;standard penetration test;long-distance water transmission line

雙橋靜探試驗工作的基本原理是采用準靜力將觸探頭持續(xù)壓入土層中，連續(xù)獲取錐尖阻力（[qc]）和側(cè)壁阻力（[fs]），并計算出摩阻比（[Rf]）及地層比貫入阻力（[Ps]）。地質(zhì)工程師通過采集到的數(shù)據(jù)繪制[qc]、[fs]、[Rf]曲線，直觀地揭示豎向地層分布規(guī)律及各土層力學性質(zhì)，進而進行地層編錄、分層。大量的參考文獻[1-3]和勘察實踐表明，雙橋靜探試驗劃分地層的主要依據(jù)是參照《工程地質(zhì)手冊》將地層劃分為砂土、粉土、粉質(zhì)黏土、黏土，而水利工程傳統(tǒng)上對于細粒土定名普遍采用《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》（SL 188—2005）中土的三角坐標分類法，將地層劃分為砂土、砂壤土、粉質(zhì)壤土、壤土、粉質(zhì)黏土、黏土。為使靜力觸探試驗更好地在水利工程勘察中得到廣泛應(yīng)用，筆者將豫東某輸水管線工程勘察過程中靜力觸探數(shù)據(jù)與鉆探揭示的地層進行對比、分析、總結(jié)，簡要論述其在長距離輸水線路勘察中的應(yīng)用。

1 概述

工程區(qū)位于豫東平原，地貌類型主要為黃淮沖積平原，地勢平緩、開闊。根據(jù)勘察資料，工程場區(qū)揭示地層主要為第四系全新統(tǒng)上段（[Q2al4]）及下段（[Q1al4]）沖積地層。巖性主要為粉砂、砂壤土、輕粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土，巖性復雜多變，且多見透鏡體、薄層分布，準確劃分地層的難度較大。

2 地層巖性、性狀特征

線路跨越距離較長，地層分布差異性較大，勘察深度范圍內(nèi)地層簡述如下。

2.1 第四系全新統(tǒng)上段（[Q2al4]）

①輕粉質(zhì)壤土呈可塑狀，土質(zhì)不均，分布較多亞層、夾層，位于場區(qū)地表，分布不連續(xù)。①-1粉砂呈松散狀，砂紙不純，局部夾泥質(zhì)團塊;①-2粉質(zhì)黏土呈黃紅色，軟～可塑狀，多呈薄層狀分布;①-3砂壤土呈松散狀，土質(zhì)不均，局部相變粉砂。②重粉質(zhì)壤土呈可塑狀，稍濕，位于場區(qū)地表，分布不連續(xù)。

2.2 第四系全新統(tǒng)下段（[Q1al4]）

③重粉質(zhì)壤土在工程區(qū)廣泛分布，顏色多為灰黑色、灰褐色，多呈薄層狀分布，根據(jù)區(qū)域綜合分析，將其定為第四系全新統(tǒng)下段（[Q1al4]）標志層。④重粉質(zhì)壤土呈軟～可塑狀，多見團粒狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定地下水位多位于該層中，分布連續(xù)穩(wěn)定。⑤重粉質(zhì)壤土呈可塑狀，含較多鈣質(zhì)結(jié)核，局部富集、粒徑較大，分布連續(xù)穩(wěn)定。⑥輕粉質(zhì)壤土呈可塑狀，土質(zhì)不均，含鈣質(zhì)結(jié)核，分布不連續(xù)。⑦粉質(zhì)黏土呈可塑狀，土質(zhì)不均，分布不連續(xù)。⑧粉砂呈稍密狀，砂質(zhì)不純，深度范圍內(nèi)揭露主要為砂土層上部細顆粒層。

3 勘探手段的選取

工程場區(qū)的地層主要為第四系全新統(tǒng)上段、下段沖積成因的壤土、粉質(zhì)黏土、粉砂等，勘察場地開闊，交通條件好，適合靜力觸探作業(yè)。本項目采用“1/3靜力觸探孔+2/3鉆探孔”的勘探方案，靜力觸探孔、取土鉆探孔、標準貫入鉆探孔交替布置[4-5]，以便進行數(shù)據(jù)對比。

4 靜探劃分地層

雙橋靜探采取的連續(xù)數(shù)據(jù)可直觀地反映土層的錐頭阻力及側(cè)阻力，準確地區(qū)分出地層界限及夾層分布位置，但現(xiàn)階段仍無法完成土層的水利規(guī)范定名。在長距離輸水線路勘察過程中，一般應(yīng)采用鉆孔與靜探間隔性布置，并選取一定數(shù)量的靜探孔位做鉆孔，進行地層精確對比。本文摘取了2組對比孔地層劃分圖，如圖1、圖2所示。

根據(jù)對比孔的地層劃分，了解不同靜探曲線類型所代表的地層。結(jié)合鉆孔揭露的線路地層變化特征，對其余靜探孔點進行地層劃分，并繪制線路地質(zhì)縱剖面圖。

5 原位測試分析統(tǒng)計

根據(jù)多條輸水線路采集的雙橋靜探數(shù)據(jù)和標準貫入試驗進行篩選、統(tǒng)計，統(tǒng)計過程中剔除因土層鈣質(zhì)結(jié)核影響的異常值，得出原位測試試驗統(tǒng)計結(jié)果，如表1所示。

6 雙橋靜探的分析與運用

6.1 雙橋靜探曲線及摩阻比數(shù)據(jù)特征

結(jié)合雙橋靜探在線路勘察中的應(yīng)用，對比豫東沖積平原地區(qū)的靜力觸探與鉆孔資料，得出場區(qū)地層曲線及摩阻比數(shù)據(jù)特征（本文主要論述勘察深度范圍內(nèi)第四系全新統(tǒng)地層），現(xiàn)簡述如下。

一是粉砂，[qc]值較大，曲線較長，呈鋸齒狀，[fs]曲線與[qc]曲線左右交叉，間距較近，[Rf]值一般介于0.9～1.2;二是砂壤土，[qc]值較大，曲線短，呈鋸齒狀，[fs]曲線與[qc]曲線左右交叉，曲線間距較粉砂大，[Rf]值一般介于1.3～2.0;三是輕粉質(zhì)壤土，[qc]值較大，曲線短，呈鋸齒狀，[fs]曲線位于[qc]曲線右側(cè)，局部略有突峰，[Rf]值一般介于2～3;四是重粉質(zhì)壤土，[qc]曲線較平緩，有波形起伏，軟塑狀數(shù)值一般小于1，[fs]曲線位于[qc]曲線右側(cè)，[Rf]值一般介于3～4;五是重粉質(zhì)壤土（含結(jié)核），[qc]曲線呈緩慢波形，多有突變，[fs]曲線位于[qc]曲線右側(cè)，間距較大，變化無規(guī)律;六是粉質(zhì)黏土，[qc]曲線較平緩，[fs]曲線位于[qc]曲線右側(cè)。

6.2 雙橋靜探數(shù)據(jù)判別土體狀態(tài)

根據(jù)原位測試結(jié)果統(tǒng)計表及巖芯野外鑒別可知，砂性土（粉砂、砂壤土）錐尖阻力[qc]小于6 MPa，呈松散狀，錐尖阻力[qc]介于8～18 MPa，呈稍密～中密狀;粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土層錐尖阻力[qc]介于0.5～1.0 MPa，土體一般為軟塑狀態(tài)，錐尖阻力[qc]介于1～4 MPa，土體一般為可塑狀態(tài)。第⑥層輕粉質(zhì)壤土，土質(zhì)不均，黏粒含量偏低，黏粒含量平均值為11.2，局部為砂壤土，錐尖阻力[qc]介于4～10 MPa，呈可塑狀。

6.3 雙橋靜探輔助確定地層參數(shù)

水利行業(yè)一般采用17 mm液限，但在《河南省建筑地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計規(guī)范》（DBJ 41/138—2014）附錄E中，可根據(jù)比貫入阻力[Ps]查表，確定粉土、黏性土承載力特征值[fak]及壓縮模量[Es]?？稍谠囼炿A段增加10 mm液限值項，確定地層巖土定名，增加地層參數(shù)選取手段。

6.4 雙橋靜探試驗在長距離輸水線路勘察中的應(yīng)用

長距離輸水線路勘察一般分為規(guī)劃階段、項目建議書階段、可行性研究階段、初步設(shè)計階段、招標設(shè)計及施工詳圖設(shè)計階段。線路距離一般較長，會有1～2條比選線路，工期要求一般較緊，工程勘察的野外任務(wù)較重。雙橋靜探具有較快的效率，可以準確劃分地層，反映土體狀態(tài)，在水利勘察過程中的應(yīng)用尤為重要。其在勘察過程中應(yīng)用簡述如下。

根據(jù)水利勘察各階段的任務(wù)不同，雙橋靜探主要應(yīng)用于項目建議書、可行性研究及初步設(shè)計階段。

勘察施工進場前，應(yīng)布置具體的布孔方案：項目建議書階段，縱剖面勘探點間距一般為1～2 km，橫剖面間距為2～4 km，縱剖面線路應(yīng)盡量采用鉆探孔，雙橋靜探可應(yīng)用于橫剖面兩側(cè)或一側(cè);可研階段，在前期勘察基礎(chǔ)上，相鄰鉆孔間需要增加靜探孔進行地層細化，并增加對比孔;初設(shè)階段，勘探點的整體布置，縱剖面有效雙橋靜探孔數(shù)不超過線路勘探點的1/2，一般為1/3，不同地貌單元均應(yīng)布置對比孔，在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，在地貌單元變化處，增加適量靜探孔，查明地層分布、變化規(guī)律。

在工程勘察中，對于迫切需要了解地層巖性的更變段或比較線段，可先布置雙橋靜探孔、少量勘探對比孔，繪制縱剖面圖，為建設(shè)單位提供決策依據(jù)，并在后續(xù)補充鉆孔工作。

勘察中雙橋靜探數(shù)據(jù)應(yīng)當天采集當天分析，根據(jù)對比孔曲線特征劃分地層、巖性，對于存在異常的孔位，要查明原因，補充鉆孔驗證。

雙橋靜探曲線可準確地反映地層變化，但在確定地層界限時，應(yīng)考慮“提前”或“滯后”效應(yīng)，其主要原因是探頭從較硬土層進入軟弱土層（或相反情況）時，試驗曲線上會有提前或滯后的反應(yīng)，距離一般為0.1 m或0.2 m，分層時應(yīng)充分考慮，將界線上移或下推相應(yīng)距離。

豫東沖積平原上部地層差異性較大，地層多呈薄層狀、透鏡體狀分布，雙橋靜探試驗可連續(xù)地反映土層狀態(tài)，為不良地質(zhì)體（軟弱土、砂層）、軟弱夾層的分布深度、范圍的界定提供更明確的指標。

雙橋靜探施工期間，為了采取隱蔽性數(shù)據(jù)，應(yīng)按規(guī)范嚴格控制貫入速率，同一孔內(nèi)要保持一致。

7 結(jié)語

水利工程勘察屬工程建設(shè)的前期階段，工程占地一般尚未征用，大量的鉆探工作要占用農(nóng)田、道路，勘察期間，勘察人員易與當?shù)厝罕姲l(fā)生糾紛，產(chǎn)生矛盾。雙橋靜探具有施工占地少、對農(nóng)田基本無毀壞的特點，又可準確地劃分地層，輔助確定地層參數(shù)，掌握地層工程力學性質(zhì)，值得廣泛推廣。隨著科學技術(shù)的進步，靜力觸探設(shè)備應(yīng)進一步實現(xiàn)輕型化、智能化，更好地服務(wù)工程勘察事業(yè)。

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