某沿海鐵路軟土區綜合勘察淺析

祝懷田

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，山西太原　030013)

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某沿海鐵路軟土區綜合勘察淺析

祝懷田

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，山西太原030013)

擬建鐵路系冀東地區連接曹妃甸港區的重要鋼鐵煤炭運輸線，線路位于渤海海積平原區。DK73+100至港口區沿線軟土分布廣泛，其工程性質對于設計施工有重要影響。針對線路沿線軟土工程地質特性，采用鉆探取樣、室內試驗、現場原位測試與靜力觸探相結合的綜合勘探方法，并分別對室內試驗、原位測試結果及靜力觸探試驗結果進行統計分析。

軟土綜合勘探統計分析

工程區軟土為濱海相平原區常見的具有淺部“硬殼層”的淤泥質粉質黏土，此區域地層在全新世期間，仍受到大規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活動的影響，致使工程區海相沉積軟土受到影響，使其地層巖性變化復雜，土層在豎向上軟硬交替。其表現之一就是線路沿線大部分為稻田，經過長期的農田改造，其淤泥質粉質黏土頂部形成“人工硬殼層”。

1　勘察及測試

基于上階段的勘探成果，初步掌握了此地區軟土分布規律及性質，依據規范及其工點類型進行勘探布孔，采取鉆探與靜力觸探結合的勘察方法。

鉆探方面的主要難點為取原狀土樣，傳統取樣器密閉性差，主要原因是一般取土器器壁較厚，管靴角度大，軟土更容易產生掉樣現象。此次勘察采用的是專用的薄壁取土器，由于其自身密閉性好的結構，操作時只需要把取土器均勻連續壓入預定深度，若土樣下滑，將在土樣上部產生負壓，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量。

靜力觸探試驗是有力的勘察手段，不同于室內簡單應力條件下的試驗，也沒有中間過程造成的影響，本次采用雙橋靜力觸探，在獲取原位測試參數的同時，可以通過經驗公式劃分土類以便進行比較。

靜力觸探試驗是一種快捷、數據連續、再現性好、操作省力的原位測試方法，可通過貫入阻力與土的工程地質特征之間的穩定關系來實現力學分層，估算土的強度、地基承載力等。靜力觸探的應用不是依靠理論分析其力學機理得到解析解，而是依靠不斷積累的試驗建立起來的經驗關系。經過幾十年的發展，我國根據不同類型土成因、沉積環境、物質組成及地質歷史不同，建立了成熟可靠的物理力學指標經驗公式。

室內試驗是取得工程地質勘察指標，為設計和施工提供參數的重要組成部分，試驗項目及方法確定應根據工程類型和軟土特性特點。土樣脫離原環境之后其應力歷史、應力場、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果存在不同程度的差異，加之試驗過程中土樣強度會有一定損失，土樣內部水分從土樣中心向邊緣遷移，使得含水率減小。

2　勘察實例

擬建工程主要工點類型為橋梁、路基，濱海相平原區地層沉積規律性較好，按此指導思想進行勘探孔布置，路基工程勘探孔間距為100～150 m，且路基工點依據長短均勻布置不少于2個典型橫斷面，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。

該工點類型為路堤，共布置鉆孔9個，靜力觸探孔8個。工程區軟土成因為濱海相沉積土，主要為淤泥質粉質黏土，該層上部為粉質黏土硬殼層，表層被開辟為稻田，土質均勻性差，具交錯層理，分布有透鏡狀砂類土夾層。軟土主要由原生礦物組成，研究區淤泥質黏土含量為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，下部各土層結構特征見表1。

表1　各土層結構特征

該地段軟土淤泥質粉質黏土取樣28個，標準貫入試驗29次，粉質黏土取樣37個，室內試驗進行了天然含水量、天然密度、比重、孔隙比、塑性指數、液性指數、直剪試驗、壓縮模量(a1-2)、有機質含量等，其原位標準貫入試驗見表2，具體室內試驗物理力學指標見表3。

表2　該段路基淤泥質粉質黏土層標準貫入試驗統計

淤泥質粉質黏土分布有透鏡狀砂類土夾層，其地層不均勻，加之現場操作人員素質參差不齊，通過對標準貫入試驗結果進行分析，其標貫擊數變異系數較大，與實際情況有一定的差異，具有一定的參照性。

由土工試驗統計表可知，僅就淤泥質粉質黏土本身而言，物理參數指標變異系數一般為0.030～0.194，強度指標變異系數則為0.315～0.919，可見強度指標數據有些失真。經淤泥質粉質黏土與粉質黏土對比分析可知，粉質黏土各項指標的變異系數明顯低于淤泥質粉質黏土，試驗數據合理，與經驗值一致，可直接采用。

表3　該路基段主要地層物理力學指標統計

淤泥質粉質黏土結構強度差，盡管采樣過程中嚴格按照規范進行，樣品還是受到了擾動，現場可見樣品有振動析水現象。加之樣品運輸、搬運、開樣對土樣或多或少也會有影響，土樣稍擱放置，土柱下沉，個別上部有積水現象。室內試驗表明，樣品常規物理參數試驗結果在合理范圍內，但是強度試驗指標結果失真。

此段線路地層沉積總體穩定，成層性好，現場鉆探揭示，分布有薄層透鏡狀粉細砂夾層。鑒于此種情況，本次對于雙橋靜力觸探數據的數據整理如下：首先對單個靜探孔每層土數據采集后利用軟件進行處理，得到此孔每個地層的綜合計算值，然后對每個靜探孔土層計算值進行統計分析。僅對此段8個靜力觸探孔的淤泥質粉質黏土進行統計分析，見表4。

表4　淤泥質粉質黏土靜力觸探數據統計

通過對靜力觸探孔淤泥質粉質黏土層進行統計分析可知，以上統計指標變異系數范圍為0.102～0.193，在一個穩定、可以信賴的范圍內。采用靜力觸探評價地基土的物理力學指標時，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與地基土的物理力學經驗公式，用上述參數評價淤泥質軟土的物理力學指標是可行的。

3　結論

(1)擬建工程區路基軟土為淤泥質粉質黏土，呈軟塑—流塑狀態，為易擾動土層，即使采用專用的薄壁取土器取樣，其所取得土樣也會受到擾動，試驗室內只能得到可靠的常規物理指標，其力學指標可信度降低。通過對淤泥質粉質黏土與粉質黏土室內試驗指標分析可知，其淤泥質粉質黏土變異系數較大，尤其是強度指標與經驗值有一定差別。 通過對淤泥質粉質黏土標準貫入試驗進行分析，其值與經驗值有一定差異，但是具有參照性。

(2)通過對靜力觸探數據進行統計分析得出淤泥質粉質黏土的基本承載力和壓縮模量，與室內常規物理試驗對比分析，其值在合理范圍內，可為設計提供可靠的依據。

(3)在鐵路軟土地質勘察中，由于線路長，軟土工程特性復雜，軟土設計指標的選取直接影響著工程投資，尤其是鐵路運營的安全性。只有通過室內試驗、原位測試、靜力觸探相結合的綜合勘探方式，通過相互對比驗證，結合經驗數據，才能得到合理的軟土地層物理力學指標參數，為相關設計專業提供可靠的設計依據。

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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年畢業于成都理工大學巖土工程專業，碩士，工程師。

1672-7479(2016)02-0067-03

TU413

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