静力触探浅析及土层划分实际应用案例

2016-12-30胡明正

铁道勘察 2016年6期

关键词：静力原位黏土

胡明正

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，山东济南 250022)

静力触探浅析及土层划分实际应用案例

胡明正

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，山东济南 250022)

静力触探可以快速准确地获得岩土的原位力学参数。单纯的数据分析时，少量数据对整个地层分析影响较大，这时就需要有钻探资料的支持。钻探可以更为直观地判断现场地层分布情况，但钻探相对静力触探时间久、费用贵，而且获得试验数据不如静力触探试验原位测试可靠。因此，在场地条件允许的情况下，两种方法的结合是最佳选择。

静力触探钻探对比分析

1 概述

1.1 静力触探发展

原位测试避免了钻探、取样、运输等环节对岩土体原生结构的扰动，可以快速、准确获取岩土体原位性状的工程性质参数，在工程建设中有着不可替代的作用，而静力触探是应用最广和最成熟的手段之一。静力触探试验是用静压力匀速将标准规格的圆锥形探头压入土层中，同时量测探头阻力、土的力学特性的一种原位测试方法，具有确定地层界面和获取多种工程地质参数的双重功能。

早在1917年，瑞典铁路工程中就正式采用了螺旋锥头式静力触探。1965年，荷兰Fugro与TNO联合推出了一种电测式探头，其规格也是后来ISSMFE标准和许多国家标准的基础。此后世界上许多国家研制出不同的电测式触探仪。新型静力触探仪的不断出现，标志着这项技术在国际上受到广泛的重视。

在我国，自1954年起引进该项技术，1964年王钟琦教授等成功地研制出我国第一台电测式触探仪。1965年，原建设工业部综合勘察研究院自行设计制造了电阻应变式静力触探仪，并通过近百组对比试验，建立了贯入阻力与天然地基承载力的统计公式。1966年，湖北电力设计院、湖北勘察院等11个单位组成“武汉联合测试组”，在武汉市及长江中下游的一些地区进行试验，经过数年的努力，建立了比贯入阻力Ps与第四纪土的变形模量E0及承载力的各项回归方程。1967年，中南勘察院和武汉城市规划设计院研制成功机械传动静力触探仪。1969年，铁道部第三勘测设计院设计制造出双缸油压静力触探，促进了我国静力触探的发展。

静力触探主要分为单桥静力触探、双桥静力触探。单桥静力触探探头可测定土的比贯入阻力Ps，双桥静力触探探头可测定土的端阻qc和侧阻fs。另有三功能孔压探头，除测定土的qc、fs外，还可测定贯入孔隙压力u0及其消散过程值ut。

1.2 根据静力触探数据进行土层划分

静力触探探头阻力与深度曲线分段：根据各种阻力大小和曲线形状进行综合分段，如阻力较小、摩阻比较大、曲线变化小的曲线段所代表的土层多为黏性土层；而阻力大、摩阻比较小、曲线呈急剧变化的锯齿状则为砂类土。

土层界面的确定：探头在贯入到上下土层分界处时，会受到上下土层的共同影响而发生变化(变大或变小)，此时应根据超前深度和滞后深度来确定土层界面。但同时要参考附近钻孔揭示的土层界面深度来调整。

经过上述两步骤后，再将每一层土的探头阻力等参数分别进行算术平均，其平均值可用来定土层名称。可依据各种经验图形定岩土体名称，同时应考虑异常值对计算结果的影响，并参考附近钻探资料。

1.3 静力触探与钻探的关系

静力触探作为一种原位测试方法，其数据较为连贯完整，测试深度较大，且使用方便、快速。所以在适合运用静力触探的场地中，如软土、松软土地区，可以尽量多布置一些静力触探孔，但由于触探数据有时分布相对比较杂乱，甚至可能因为少量数据的影响，导致土层定名误差较大，进而影响后面的分析，故钻探依然是必不可少的一种勘察手段。钻控可以提供直接明了的地层分布，但由于钻孔中连续的原位测试费时费力，而且效果不一定好。两种方法结合，既能获得连续完整的原位测试数据，又能获得准确的地层分布，从而提高勘察质量，加快勘察进度。

2 实例分析

2.1 松软土中勘察

通过一个实际案例来讨论静力触探与钻探的对比情况(见表1)。

表1 原始静力触探数据

双桥静力触探曲线如图1。

图1 静力触探试验曲线

0.0～3.0 m，即高程-0.1 m以上，锥头阻力平均值qc=1.18 MPa，摩阻比Rf=2.92%，按《铁路工程地质原位测试规程》10.5.5节，此层应定为粉质黏土，参考附近地层资料及分析数据离散性，可定为软塑状态(见图2)。

图2 双桥触探参数判别土类

3.0～10.0 m，即高程-0.1～7.1 m，锥头阻力平均值qc=5.99 MPa，摩阻比Rf=1.06%，Rf=0.101 3×5.99+0.32=0.93，1.06稍大于0.93，考虑数据离散性及附近地层资料，此层可定为粉砂，又据表2，可定为稍密状态。

表2 石英质砂土的相对密实度Dr

10.0～12.1 m，即高程-7.1～9.2 m，锥头阻力平均值qc=2.04 MPa，摩阻比Rf=1.67%，按数据计算结果，该层应定为粉土，考虑数据离散性及附近地层资料，此层应定为粉质黏土，可定为硬塑状态。

12.1～15.0 m，即高程-9.2～12.1 m，锥头阻力平均值qc=5.9 MPa，摩阻比Rf=1.46%，此层可定为粉土。

据静力触探孔侧钻探揭示，高程-1.0 m以上为粉质黏土，黄褐色，软塑；高程-1.0～7.5 m为粉砂，褐灰色，偶见贝壳碎屑，局部夹薄层粉土；此层标准贯入试验3次，击数分别为9、10、14，故可定为松散-稍密。高程-7.5～10.4 m为粉质黏土，硬塑，局部夹薄层粉土，与静力触探此层锥头阻力曲线异常区域基本吻合。高程-10.4 m以下为粉土，饱和，稍密，局部夹薄层粉质黏土，与静力触探此层锥头阻力曲线异常区域基本吻合(如图3)。

图3 钻孔柱状图

2.2 软土中的勘察

静力触探对软土的判定具有准确可靠的特点，所以一般软土地区勘察，静力触探应用更为普遍。下面通过一个软土场地钻探与静力触探的分析对实例来说明(见表3)。

由静力触探试验曲线可以看到，高程1.6～2.6 m，即深度1.4～5.6 m，锥头阻力曲线及摩阻比曲线都相对比较平缓，即地层变化不大，其中高程1.6～0.3 m，即深度1.4～2.7 m段，锥头阻力平均值qc=0.38 MPa，远小于0.7，摩阻比Rf=1.62%，0.297 3×0.38+1.6=1.71，稍大于1.62；高程0.3～2.6 m，即深度2.7～5.6 m，锥头阻力平均值qc=0.33 MPa，远小于0.7，摩阻比Rf=1.62%，0.297 3×0.33+1.6=1.70，稍大于1.66；参考附近地质资料，定深度1.4～5.6 m为淤泥质粉质黏土(见图4)。

表3 原始静力触探数据

图4 静力触探试验曲线

据钻探揭示，高程1.5～2.6 m为淤泥质粉质黏土，黄褐色，灰褐色，软塑，局部流塑，局部夹薄层粉质黏土或黏土，证明前期静力触探分析结论的正确性(见图5)。

3 结束语

静力触探可以快速准确地获得岩土的原位力学参数，避免钻探、取样及运输过程中对土体的扰动，可以获得更为准确的原位测试数据，为设计提供更为准确的参数。单纯的数据分析时，个别数据变化较大，或者有时几个数据可能对整个地层的定名、分析影响较大，这时就需要有钻探资料的支持。钻探可以更为直观地判断分析现场地层分布情况，但钻探相对静力触探费用贵，而且获得的试验数据不如静力触探试验原位测试准确可靠。因此，在场地条件允许的情况下，两种方法的结合才是最佳选择。