某沿海铁路软土区综合勘察浅析

2016-10-24祝怀田

铁道勘察 2016年2期

关键词：静力土样淤泥

祝怀田

(中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原　030013)

某沿海铁路软土区综合勘察浅析

祝怀田

(中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原030013)

拟建铁路系冀东地区连接曹妃甸港区的重要钢铁煤炭运输线，线路位于渤海海积平原区。DK73+100至港口区沿线软土分布广泛，其工程性质对于设计施工有重要影响。针对线路沿线软土工程地质特性，采用钻探取样、室内试验、现场原位测试与静力触探相结合的综合勘探方法，并分别对室内试验、原位测试结果及静力触探试验结果进行统计分析。

软土综合勘探统计分析

工程区软土为滨海相平原区常见的具有浅部“硬壳层”的淤泥质粉质黏土，此区域地层在全新世期间，仍受到大规模的海侵海退和晚更新世河谷改道侵蚀切割及近代冲积和人类活动的影响，致使工程区海相沉积软土受到影响，使其地层岩性变化复杂，土层在竖向上软硬交替。其表现之一就是线路沿线大部分为稻田，经过长期的农田改造，其淤泥质粉质黏土顶部形成“人工硬壳层”。

1　勘察及测试

基于上阶段的勘探成果，初步掌握了此地区软土分布规律及性质，依据规范及其工点类型进行勘探布孔，采取钻探与静力触探结合的勘察方法。

钻探方面的主要难点为取原状土样，传统取样器密闭性差，主要原因是一般取土器器壁较厚，管靴角度大，软土更容易产生掉样现象。此次勘察采用的是专用的薄壁取土器，由于其自身密闭性好的结构，操作时只需要把取土器均匀连续压入预定深度，若土样下滑，将在土样上部产生负压，取土器本身的摩擦力及下部大气压力控制土样不致下落，在一定程度上保证了软土取样质量。

静力触探试验是有力的勘察手段，不同于室内简单应力条件下的试验，也没有中间过程造成的影响，本次采用双桥静力触探，在获取原位测试参数的同时，可以通过经验公式划分土类以便进行比较。

静力触探试验是一种快捷、数据连续、再现性好、操作省力的原位测试方法，可通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的稳定关系来实现力学分层，估算土的强度、地基承载力等。静力触探的应用不是依靠理论分析其力学机理得到解析解，而是依靠不断积累的试验建立起来的经验关系。经过几十年的发展，我国根据不同类型土成因、沉积环境、物质组成及地质历史不同，建立了成熟可靠的物理力学指标经验公式。

室内试验是取得工程地质勘察指标，为设计和施工提供参数的重要组成部分，试验项目及方法确定应根据工程类型和软土特性特点。土样脱离原环境之后其应力历史、应力场、边界条件均改变，加之地层的均匀性、非等向性等使得软土结果存在不同程度的差异，加之试验过程中土样强度会有一定损失，土样内部水分从土样中心向边缘迁移，使得含水率减小。

2　勘察实例

拟建工程主要工点类型为桥梁、路基，滨海相平原区地层沉积规律性较好，按此指导思想进行勘探孔布置，路基工程勘探孔间距为100～150 m，且路基工点依据长短均匀布置不少于2个典型横断面，静力触探与钻探的比例为1∶1，桥梁隔墩布置勘探孔，静力触探与钻探比例为1∶2。

该工点类型为路堤，共布置钻孔9个，静力触探孔8个。工程区软土成因为滨海相沉积土，主要为淤泥质粉质黏土，该层上部为粉质黏土硬壳层，表层被开辟为稻田，土质均匀性差，具交错层理，分布有透镜状砂类土夹层。软土主要由原生矿物组成，研究区淤泥质黏土含量为4.5%，次生黏土矿物主要以伊利石、蒙脱石为主，含少量的绿泥石，下部各土层结构特征见表1。

表1　各土层结构特征

该地段软土淤泥质粉质黏土取样28个，标准贯入试验29次，粉质黏土取样37个，室内试验进行了天然含水量、天然密度、比重、孔隙比、塑性指数、液性指数、直剪试验、压缩模量(a1-2)、有机质含量等，其原位标准贯入试验见表2，具体室内试验物理力学指标见表3。

表2　该段路基淤泥质粉质黏土层标准贯入试验统计

淤泥质粉质黏土分布有透镜状砂类土夹层，其地层不均匀，加之现场操作人员素质参差不齐，通过对标准贯入试验结果进行分析，其标贯击数变异系数较大，与实际情况有一定的差异，具有一定的参照性。

由土工试验统计表可知，仅就淤泥质粉质黏土本身而言，物理参数指标变异系数一般为0.030～0.194，强度指标变异系数则为0.315～0.919，可见强度指标数据有些失真。经淤泥质粉质黏土与粉质黏土对比分析可知，粉质黏土各项指标的变异系数明显低于淤泥质粉质黏土，试验数据合理，与经验值一致，可直接采用。

表3　该路基段主要地层物理力学指标统计

淤泥质粉质黏土结构强度差，尽管采样过程中严格按照规范进行，样品还是受到了扰动，现场可见样品有振动析水现象。加之样品运输、搬运、开样对土样或多或少也会有影响，土样稍搁放置，土柱下沉，个别上部有积水现象。室内试验表明，样品常规物理参数试验结果在合理范围内，但是强度试验指标结果失真。

此段线路地层沉积总体稳定，成层性好，现场钻探揭示，分布有薄层透镜状粉细砂夹层。鉴于此种情况，本次对于双桥静力触探数据的数据整理如下：首先对单个静探孔每层土数据采集后利用软件进行处理，得到此孔每个地层的综合计算值，然后对每个静探孔土层计算值进行统计分析。仅对此段8个静力触探孔的淤泥质粉质黏土进行统计分析，见表4。

表4　淤泥质粉质黏土静力触探数据统计

通过对静力触探孔淤泥质粉质黏土层进行统计分析可知，以上统计指标变异系数范围为0.102～0.193，在一个稳定、可以信赖的范围内。采用静力触探评价地基土的物理力学指标时，使用最多的是锥尖阻力qc和比贯入阻力Ps。静力触探使用至今，已建立足够可靠的静力触探参数与地基土的物理力学经验公式，用上述参数评价淤泥质软土的物理力学指标是可行的。

3　结论

(1)拟建工程区路基软土为淤泥质粉质黏土，呈软塑—流塑状态，为易扰动土层，即使采用专用的薄壁取土器取样，其所取得土样也会受到扰动，试验室内只能得到可靠的常规物理指标，其力学指标可信度降低。通过对淤泥质粉质黏土与粉质黏土室内试验指标分析可知，其淤泥质粉质黏土变异系数较大，尤其是强度指标与经验值有一定差别。通过对淤泥质粉质黏土标准贯入试验进行分析，其值与经验值有一定差异，但是具有参照性。

(2)通过对静力触探数据进行统计分析得出淤泥质粉质黏土的基本承载力和压缩模量，与室内常规物理试验对比分析，其值在合理范围内，可为设计提供可靠的依据。

(3)在铁路软土地质勘察中，由于线路长，软土工程特性复杂，软土设计指标的选取直接影响着工程投资，尤其是铁路运营的安全性。只有通过室内试验、原位测试、静力触探相结合的综合勘探方式，通过相互对比验证，结合经验数据，才能得到合理的软土地层物理力学指标参数，为相关设计专业提供可靠的设计依据。

[1]中华人民共和国铁道部.TB10038—2012铁路工程特殊岩土勘察规程[S].北京：中国铁道出版社，2013

[2]铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京：中国铁道出版社，1999

[3]徐贵娃.软土的岩土工程勘察[J].西部探矿工程，2012(3)：35-37

[4]邓义龙，敖晨霞.软土地区岩土工程勘察方法探究[J].中国高新技术企业，2014(20)：125-126

[5]吴水清.软土地基岩土工程的勘察及其数据处理研究[J].城市建筑，2013(18)：120

[6]张青青.静力触探在辽宁软土地区的应用研究[D].沈阳：沈阳建筑大学，2011

[7]朱墩.软土勘察中各种强度指标机理与分析评价[J].城市道桥与防洪，2015(8)：237-239

[8]王耀琴.南疆港进港铁路软土地基勘察及处理方法[J].铁道勘察，2008(5)

[9]刘伟.软土地基勘察处理技术的探讨[J].科技创新与应用，2014(18)：215

[10]李杰.沪宁城际铁路软土路基地基处理设计综述[J].铁道勘察，2015(2)：42-44