劉甫平， 王滬生

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司;公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

路線地質(zhì)，常用勘察手段包括螺紋鉆、動力觸探、靜力觸探和鉆探等[1]。如何保證勘察準(zhǔn)確性的同時提高工作效率，是推動勘察方法創(chuàng)新的關(guān)鍵點。

鋼釬靜探[2]是利用便攜式靜探設(shè)備，進行地層勘探的原位測試技術(shù)。集成了螺紋鉆和靜力觸探的特點，具有設(shè)備輕，工作效率高、結(jié)果定量化等特點。

本文結(jié)合某公路引入鋼釬靜探進行路線地質(zhì)勘探為例，說明該技術(shù)能提高現(xiàn)場工作效率，快速鑒定土層類別。同時對比測試數(shù)據(jù)和室內(nèi)土工試驗成果，分析判別黏性土液性指數(shù)關(guān)系，總結(jié)地區(qū)經(jīng)驗公式。以期為鋼釬靜探技術(shù)在道路勘察中推廣和應(yīng)用提供更多數(shù)據(jù)支撐和經(jīng)驗積累。

1 試驗方法

無為公路項目位于江淮平原區(qū)，地形地貌以平原、河流階地為主。地層主要為黏性土、粉土、砂土等。依據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[3]進行布孔，并按要求進行地質(zhì)勘察。

1.1 試驗設(shè)備

鋼釬靜探設(shè)備主要由以下部分組成：①按壓把手；②S型力學(xué)傳感器；③鉆桿夾頭；④探桿；⑤圓錐探頭；⑥數(shù)據(jù)連接線；⑦數(shù)據(jù)采集儀。取樣時，可采用⑧洛陽鏟頭或⑨麻花鉆頭(取樣)，如圖1、如圖2所示。

圖1 裝置示意

圖2 設(shè)備儀器

1.2 操作步驟

鋼釬靜探現(xiàn)場試驗步驟可大致總結(jié)為6步：

步驟1：安裝設(shè)備，將探桿與探頭結(jié)合，S形傳感器與探桿結(jié)合；

步驟2：在探桿上每隔20 cm進行標(biāo)記；

步驟3：將探桿垂直地面連續(xù)勻速壓入土層；

步驟4：通過S形力學(xué)傳感器測試連續(xù)貫入反力，通過數(shù)據(jù)采集儀進行數(shù)據(jù)讀取并記錄；

步驟5：拔桿潤孔，逐級加桿，重復(fù)步驟2、步驟3、步驟4；

步驟6：測試結(jié)束，拆卸裝置。

2 試驗結(jié)果

2.1 土層鑒定

從探桿壓入土層手感、聲音、與側(cè)壁阻力等方面，對鋼釬靜探技術(shù)應(yīng)用進行規(guī)律研究和總結(jié)，以判別不同物質(zhì)組成特征的土層。主要結(jié)論如下。

(1)黏性土。對于黏性土的判別，探桿下壓過程不是很明顯，但在上拔時“抱桿現(xiàn)象”較為明顯，上拔過程探桿有明顯的黏著感，還時不時發(fā)出脫離黏附后的吱吱響聲，以此判定是否為黏性土(表1)。

表1 黏性土類別鑒定

(2)軟土。對于軟土的判別，探桿在下壓過程感覺不費力，有壓碎氣泡聲音。探桿在下壓和上拔過程均有黏著感，但不明顯。拔出后會有少量水或泥漿從孔中析出，以此判定是否為軟土。(表2)

表2 軟土類別鑒定

(3)砂土。對于砂土的判別，探桿壓入土層，會發(fā)出砂響。緩慢轉(zhuǎn)動探桿(注：要順時針轉(zhuǎn)動)時，會有明顯的砂碾摩擦感，砂粒越粗，砂響會越大，探桿上拔輕松，移動順利，不會出現(xiàn)黏著感。砂土與不同土層夾雜分布時，在界面處，探桿下壓時還有明顯的頓挫感。可結(jié)合此類現(xiàn)象判定是否為砂土(表3)。

表3 砂土類別鑒定

(4)粉土。對于粉土判別，手感介于黏性土與砂土之間，下壓時也會出現(xiàn)頓挫感，但聲音不明顯，上拔稍帶黏性。當(dāng)對土層判別有疑慮時，可通過洛陽鏟取土上來進行觀測。

2.2 黏土塑性狀態(tài)判別

《鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程》[4]中，對于黏性土的判別可結(jié)合靜探得比貫入阻力判別塑性狀態(tài)(表4、表5)。如液性指數(shù)為0.5，比貫入阻力在1.2～1.5；液性指數(shù)為0.75，比貫入阻力在0.7～1.5。《上海市工程建設(shè)規(guī)范》[5,6]中靜力觸探技術(shù)規(guī)程中，當(dāng)ps小于1.05 MPa時，利用經(jīng)驗公式IL=1.64-0.67ps進行塑性判別。結(jié)合以上，對鋼釬靜探與靜力觸探孔同一深度處的壓力值T和液性指數(shù)IL進行采集，繪制散點圖建立線性關(guān)系，如圖3所示，以此來分析無為地區(qū)黏土塑性特征。

表4 黏性土狀態(tài)(用液性指數(shù)IL表示)

表5 黏性土狀態(tài)(用鋼釬壓力值T表示)

圖3 壓力值T和液性指數(shù)IL線性關(guān)系圖

以上數(shù)據(jù)，兩者之間也存在線性關(guān)系，復(fù)雜相關(guān)系數(shù)為0.6171，線性關(guān)系較為密切。由于黏性土的軟硬狀態(tài)與含水率是密切相關(guān)的，上述測試數(shù)據(jù)說明，可以用鋼釬靜探壓力值實現(xiàn)初判。

3 結(jié)論建議

(1)鋼釬靜探技術(shù)優(yōu)點明顯。對比螺紋鉆、靜力觸探具有設(shè)備輕便，工作效率高(1個5 m的孔僅需要半小時完成)、數(shù)據(jù)實時量化等優(yōu)點。利用鋼釬靜探，可以快速、準(zhǔn)確地對土層類別實現(xiàn)初判。

(2)對比靜力觸探結(jié)果，鋼釬靜探壓力值與含水率之間有較好線性關(guān)系，利用鋼釬靜探對項目地區(qū)的黏性土塑性狀態(tài)進行劃分是可行的。

(3)考慮到本次試驗數(shù)據(jù)有限，實際勘察工作中，應(yīng)積累更多操作經(jīng)驗、地區(qū)經(jīng)驗和勘察數(shù)據(jù)，為鋼釬靜探技術(shù)在公路地質(zhì)勘察中的推廣和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。