轻型动力触探在软弱地基地质核查中的应用

王和平

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300251）

在铁路工程建设过程中，勘察单位需对开挖后地质情况进行地质核对，地质核查是对设计采用的地质资料的复核、验证和补充，是控制工程质量过程中不可或缺的一环。土层地区地质核查首先核查地层是否与设计一致，检测地层天然地基承载力是否满足设计要求。现场静载试验是确定地基承载力的标准方法，但是静载试验具有费用高、耗时长、代表范围小等劣势，对大范围货场和长段落路基地质核查时，不适用大量静载试验。轻型动力触探具有试验速度快、灵活便捷的特点，是地质验槽时常用的一种方式，然而各地轻型动力触探N10击数对应的地基承载力标准值和经验值多有不同，需根据相关规范和工程经验确定本工程轻型动力触探击数与承载力关系。根据轻型动力触探击数，结合既有勘察资料，确定浅部各地层地基承载力，可以为货场软弱层地基处理方案提供地质依据，为其他工程地质核查提供重要的参考意义。

1 工程概况

山东地区某铁路专用线货场路基主要以填方形式通过冲洪积平原区，地面高程19.42～22.29m，地表多为农田，路堤中心最大填高3.59m，货场及相邻路基段紧邻河流布置，勘测期间地下水位3.9～5.9m，水位标高13.65～17.69m。主要地层为第四系全新统冲洪积层粉质黏土、黏土、粉土，浅部0～5.0m范围设计地基承载力为120kPa，路基基底地基处理方式为冲击碾压24遍。由于台风影响，货场路基范围被洪水浸泡形成软弱地基，地下水位上升，冲击碾压导致地基土层原状结构被破坏，表现为泥状鼓包和凹陷，地表经太阳照射形成“硬壳”。由于场地范围广，降水井无法有效降低地下水位，因此查明货场路基范围受洪水浸泡后地基承载力，对变更设计地基处理方案具有重要意义。

2 试验方案适用性分析

前期勘察已查明土层结构，并且钻探施工工期长，工程成本高，此次地质核查主要采取原位测试为主的方式。标准贯入试验无法连续贯入，容易遗漏地层，且对于洪水浸泡软弱土层的标贯击数过低，承载力计算偏差较大。现场静载试验无法满足货场路基大范围地基承载力检测的要求。通过综合分析，轻型动力触探试验具有轻便、快速、准确的特点，符合此次大面积浅层软弱层地基承载力检测的要求。

3 轻型动力触探简介

轻型动力触探仪主要试验设备由圆锥头、触探杆、穿心锤三部分组成，穿心锤重10kg，自由落距为50cm，记录每贯入30cm的击数为N10，当贯入30cm击数超过100击，或贯入15cm击数超过50击则终止试验。此次试验采用电动轻型动力触探仪，抬起穿心锤至高点自动落下，人工记录锤击击数，最大触探深度4.2m，适用于浅层素填土、黏性土、粉土、粉砂等地层。

4 地基承载力综合分析

4.1 轻型动力触探点布置

此次触探点布置沿铁路轨道方向50m/排，货场范围垂直轨道方向100m/列，共布置197处触探点，触探深度为4.2m。

4.2 确定N10击数与承载力的关系

文章收集整理了多地轻型动力触探确定承载力规范及经验值，主要有以下几个规范及标准。（1）《铁路工程地质手册》铁路站场与房建章节、《铁路工程地质勘察规范》（TB 10012—2007）附录R工业与民用建筑相关标准（见表1）。（2）《铁路工程地质原位测试规程》（TB 10018—2003）、《铁路工程地质勘察规范》（TB 10012—2007）附录B地基承载力（见表2）。（3）《工程地质手册》地基评价和计算章节天津市经验值（见表3）。（4）《工程地质手册》地基评价和计算章节北京市经验值（见表4）。（5）《工程地质手册》岩土测试广东省建筑设计研究院资料（见表5）。（6）计算公式如下：

式中：fak为地基承载力，kPa。

综合分析上述规范经验值，考虑货场路基范围地层承载力低，设计地基承载力120kPa，为简化评价体系，快速准确做出评价结果，主要参考北京市经验值及《铁路工程地质原位测试规程》，确定此次轻型动力触探N10与承载力的关系（见表6）。

4.3 试验成果展示

根据N10与软弱层基本承载力关系表对轻型动力触探数据进行赋值承载力，对地层进行编号（见表7），并制作轻型动力触探地质柱状图，轻型动力触探地质柱状图岩土类别参照原勘察资料，仅对地基承载力进行修改，制作工程地质剖面图将结果直观展示。

表1 铁规N10黏性土承载力标准值

表2 铁规N10黏性土基本承载力

表3 津规N10粉土、黏性土承载力基本值

表4 京规N10新近沉积黏性土以及粉土地基承载力标准值

表5 广规N10黏性土承载力标准值

表6 N10与软弱层基本承载力关系

表7 货场路基地层层号

4.4 地质变化分析

该货场路基范围0～4.2m地层为粉土、粉质黏土和黏土，经过洪水长时间浸泡，地下水位上升，孔隙水压力上升，有效压力下降，导致土层承载力下降。经地质验槽测试，地表0.3m多为水分蒸发后形成的“硬壳”，下部存在地基承载力低于设计承载力的软弱层，层厚0.3～3.0m，软弱层主要分布于0.3～3.6m深度范围，地基承载力σ0为0～100kPa，并且软弱层在整个场地内普遍存在。软弱层详细分布情况见表8。

表8 货场路基软弱层分布情况

4.5 工程措施及建议

由于铁路专用线等级较低，货场路基范围较广，大面积采用桩基础或换填进行地基处理费用较高，从经济、合理的角度考虑，建议在基底底面以下填筑粗粒土，并碾压夯实，以提高地基承载力。

5 结束语

文章根据被洪水浸泡货场路基范围广，工期紧等特点，采用电动轻型动力触探仪对场地范围进行了原位试验，快速、准确地确定了软弱层地基承载力和分布情况，试验结果真实可靠。根据既有勘察资料制作柱状图、剖面图，结合平面图将试验结果直观展示并进行分析，为设计优化提供了地质基础，并提供了工程措施意见，保障了工程安全。轻型动力触探在浅部软弱层地质核查过程中起到了显著的效果，节约了补充勘察的经济成本和工期。利用N10击数确定地基承载力的方法，可为相似工程软弱层地基地质核查提供参考。