1、浅谈静力触探在铁路工程地质勘察中的应用摘要：静力触探是用静力将探头以一定的速率压入土中，通过电子量测仪器将探头内的力传感器接受到的贯入阻力记录下来。由于贯入阻力的大小与土层性质有关，因此，通过记录贯入阻力的变化情况，可以达到了解地层工程性质的目的。本文通过对静力触探成果的常见的几种应用，结合工作实践予以论述，使静力触探这一勘探手段更好的为勘察工作服务。 关键词：静力触探 成果 应用 中图分类号：F530.3 文献标识码： A 1 静力触探的工作原理 静力触探是用静力将探头以一定的速率压入土中，通过电子量测仪器将探头内的力传感器接受到的贯入阻力记录下来，利用贯入阻力变化与土层性质的关系，通过记录
2、贯入阻力的变化情况，可以达到了解土层工程性质的目的。 2 静力触探成果的应用 静力触探可以用来确定软土、松软土的分布范围，可以划分地层，判断地震液化，查明地下空洞等，在工程地质勘察中有着广阔的应用空间。 2.1 确定软弱的黏性土和粉土的分布特征 软土具有含水率大、孔隙比大、压缩性高、强度低等特点，其中强度低就是特指 Ps 值较低，一般800kPa。静力触探具有探测灵敏性高、设备轻巧、方便实用等特点，是发现软土层并确定其分布范围、分布深度最有效的方法。我们可以通过布置纵断面和横断面的方法，准确查明软土层在线路通过区段的分布范围、厚度及顶板埋深。这一点，在铁路工程地质勘察中，已经得到了很好的广泛应
3、用。 奎北铁路 DK53+200 处，我们通过静力触探曲线发现 2.2m4.7m 之间Ps 小于 800kPa，初步确定为软土，如图 2.1.1。随后我们加密静力触探，并进行钻孔揭示验证，该段地下水位埋深 2m，在 24.7m 之间为饱和的粉土，钻孔岩芯几乎不成形，我们在 2.24.7m 之间连续取样试验，取得了软土层的各项指标，为路基设计提供了可靠的地质资料和设计参数，如图 2.1.2。 图 2.1.1 静力触探成果 图 2.1.2 钻孔岩芯鉴定表 在这个过程中，静力触探起到了重要的指导作用。静力触探所提供的软土埋藏深度和厚度，是我们成功取到了合格的土样品的关键，并为获得土的各项物理指标奠定
4、了坚实的基础。 2.2 划分土层 由于静力触探成果曲线能够直接明了的反映了土层工程力学性质，故可根据曲线可大致区分地层，在有钻孔验证的条件下，可准确的划分地层。 铁路工程地质手册对各种地层的曲线形态和特点做了简单的介绍，结合工程中的实际应用，总结出几条简单的规律，以作参考。 表 2.3.1 静力触探曲线特征 如图 2.1.1 所示，01.5m 之间，曲线起伏较大，结合附近钻孔资料，判定为粉土；1.52.2m 之间，贯入阻力突然增大，但曲线形状较为平缓，略有起伏，钻孔揭示在此位置出现粉质黏土夹层，故判断为粉质黏土；2.2m 以下，曲线起伏，判定为粉土；其中 2.24.7m 之间，Ps 值小于80
5、0kPa，断定为软弱土层。 2.3 确定各类土的基本承载力 0 静力触探划分地层后，可根据经验公式计算地层基本承载力。以下为铁道部铁路工程原位测试规程中的推荐公式 软土 0=0.112Ps+5（Ps800kPa） 粉质黏土、黏土 05.8Ps-46（Ps6000kPa） 05.86000-46（Ps6000kPa） 砂土、粉土 00.89*Ps0.63+14.4（Ps24000kPa） 00.89*240000.63+14.4 （Ps24000kPa） 黄 土 0=0.05Ps+35 （Ps5500kPa） 0=0.05*5500+35（Ps5500kPa） 由于土的地区差异性比较大，在应用经
6、验公式时，应了解各经验公式载荷试验 0 取值标准和适应条件外，还应根据土的性质及建筑物特点，酌情进行修正，并适当选作代表性载荷试验进行验证。必要时应通过载荷试验，自行建立公式。 如图 2.1.1，我们在根据钻孔及曲线特征划分地层后，计算得出了各地层的基本承载力。 2.4 确定松软土的分布 松软土是指那些虽然达不到软土的指标，但承载力较低，或沉降不能满足工程要求，一般工程须对其进行工程处理的土，如饱和黄土，含水量较大的粉土、黏性土等。 铁路工程地质勘察规范 （TB10012-2007）提出了松软土的判定标准。 表 2.4.1 地基土的判定条件 岩性 地基土条件 粉、细砂 Ps5MPa 或 N10
7、 粉土 Ps3MPa(不含软土)或0.15MPa 粉质黏土、黏土 Ps1.2MPa(不含软土)或0.15MPa 黄土 Ps3MPa(不含软土)或0.18MPa 注：Ps 为静力触探比贯入阻力；N 为标准贯入试验锤击数；为容许承载力。 依据表中多列出的条件，达不到该表要求的地基土为“松软土” 。我们可根据土的种类及 Ps 值判定是否属于松软土，在这个判定过程中，我们主要依赖于静力触探所提供的贯入阻力。 如图 2.1.1，我们根据贯入阻力计算出承载力后发现，01.5m 之间的承载力小于 0.15MPa，故判定为松软土。 2.5 判别地基土液化 根据标准贯入来判定地基土的液化是地质人员常用的方法，其
8、实用静力触探同样可以判定地基土的液化，而且方便快捷，特别是在一些地表积水和软沼区域、钻机难以到达地段使用静力触探能发挥更有效的作用。静力触探贯入阻力和标贯击数一样也能综合反映土的物理力学性质，而且还具有标贯试验所不及的试验误差小，灵敏度高，能连续测出地层力学性质的微小变化等特点。在提高勘探工效，减轻劳动强度，降低勘探费用等方面具有一定的优越性。 根据铁路工程抗震设计规范 ，当实测的计算的贯入阻力 Psca 值小于临界贯入阻力 Ps值时，应判定为液化土。 Ps值应按下列公式计算： Ps=Psoa1a3 式中，Pso-当 dw 为 2m，du 为 2m 时，砂土的液化临界贯入阻力Pso（MPa）值
9、应符合下列规定：设计烈度 7 度时为 56，8 度时为11.513，9 度时为 1820。 a1-地下水埋深 dw 的修正系数，a1=1-0.065（dw-2） a3-上覆非液化层厚度 du 的修正系数，a3=1-0.05（du-2） 式中，dw-地下水位深度（m） ；du-上覆非液化土层厚度（m） ；Psca 应符合下列的规定： A 砂层厚度大于 1m 时，取该层贯入阻力 Ps 的平均值作为该层的Psca 值。当砂层的厚度小于 1m 时，且上、下层为贯入阻力比较小的土层时，取较大值作为该层的 Psca。 B 砂层厚度较大，力学性质与 Ps 值可明显分层时，应分别计算分层的平均 Psca 值。
10、 当然静力触探使用范围还有一定的局限性。例如，地层情况不清楚时，单独使用静力触探是有困难的，因为它还不能精确的划分土层，遇到地层密实砂层、砾石层不能穿透时，勘探深度受到限制，可能满足不了地基勘探的要求。 静力触探试验判定液化的方法，要求现场严格按照铁路工程原位测试规程规定的方法进行判定，并需要综合考虑地质、地貌条件、地层组合等情况，可液化的砂土厚度和上覆非液化土的厚度等因素，对重大工程及复杂的地质条件，应与标准贯入方法对比使用。 2.6 探测地下空洞 静力触探贯入阻力可直观明了的显示地层力学性质，当遇到地层空洞时，贯入阻力可发生明显的较弱值至归零。当地下空洞埋藏深度不大，上覆盖层主要为细粒土时
11、，我们可根据静力触探贯入阻力的变化判定地下空洞范围及深度。 兰新线嘉峪关至乌西段电气化改造勘察中，线路 DK1382+845.5 通过一处废弃的坎儿井，由于只能看到零散的废弃井口，无法判断出坎儿井的深度及范围，我们采用静力触探方法进行探查。在深度 2.4m 时，贯入阻力值迅速降低，在达到 3.4m 深度的时候，贯入阻力开始回升，如图2.6.1，据此，我们可以判定坎儿井的埋深在 2.43.4m 之间。 图 2.6.1 静力触探探测地下空洞示意图 3 结束语： 我国广泛分布着细粒土区域，随着铁路建设的发展，将不可避免的占用农田耕地。铁路在勘察阶段，由于没有进行土地征购，大规模的钻探将对农田造成较大损坏，并由此与农民发生纠纷，引发矛盾，造成人力、财力上的损耗。静力触探是一种简单、方便而又实用的勘探手段，在与钻探等其他勘探手段配合使用的情况下，可准确的获得细粒土地层的分布及其部分力学特征，掌握地层工程力学性质。随着科学技术的进一步发展，静力触探的优势将会更加明显的体现出来，在越来越多的勘探领域发挥着重要的作用。 参考文献： 1 铁道第一勘察设计院.铁路工程地质手册.中国铁道出版社.1999. 2 铁道部.铁路工程地质原位测试规程TB10018-2003.中国铁道出版社.2003.
