董同新

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

0 引言

寧安客專沿線廣泛分布長(zhǎng)江高階地區(qū)沖積成因中低壓縮性黏土，厚度幾米至幾十米，含水量16．5% ～39．6%，孔隙比 0．5 ～0．98，液性指數(shù) 0．05 ～0．46，凝聚力40 ～148 kPa，內(nèi)摩擦角 14．6°～34．6°，壓縮系數(shù)0．06 ～0．39 MPa－1。由于具有較好的物理力學(xué)性質(zhì)，工程中一般不存在穩(wěn)定問題，但其工后沉降是否能滿足沉降控制嚴(yán)格的無砟軌道客運(yùn)專線要求［1］，則需要進(jìn)行沉降計(jì)算分析。

壓縮模量是進(jìn)行地基沉降計(jì)算分析必不可少的試驗(yàn)參數(shù)。中低壓縮性黏土大多處于硬塑狀態(tài)，且含有鐵錳質(zhì)結(jié)核，常規(guī)勘探取樣難以取到一、二級(jí)質(zhì)量土樣，而靜力觸探在中低壓縮性黏土中一般勘探深度有限，特別是當(dāng)?shù)貙又袏A有礫石層時(shí)，礫石層以下黏土層靜力觸探無法勘測(cè)，而標(biāo)貫試驗(yàn)不存在這個(gè)問題。因此找出壓縮模量Es與標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N之間的關(guān)系就十分有意義。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)總結(jié)出較多關(guān)于壓縮模量與標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系［2，3］，如表1所示。

1 試驗(yàn)工點(diǎn)地質(zhì)概況

為了研究寧安客專中低壓縮性黏土地基壓縮模量Es與標(biāo)貫擊數(shù)之間的關(guān)系，選取了有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)——安慶試驗(yàn)點(diǎn)(DK249+800)開展試驗(yàn)。

本試驗(yàn)點(diǎn)位于長(zhǎng)江高階地區(qū)，地形略有起伏。上部為Qal3的黏土，褐黃色，硬塑，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，厚約12 m，底部略偏軟;下伏基巖為P2d灰?guī)r。

表1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)單位提出的E s(E o)與標(biāo)貫擊數(shù)N相關(guān)關(guān)系Table 1 Empirical relation of E s and SPT blow count

現(xiàn)場(chǎng)采用機(jī)動(dòng)鉆孔、取樣、孔內(nèi)標(biāo)貫試驗(yàn)，靜力觸探綜合勘探方法對(duì)黏土層進(jìn)行詳細(xì)勘探，對(duì)所取得試樣進(jìn)行常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)等室內(nèi)試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)完成機(jī)動(dòng)鉆孔12孔，取樣100組，標(biāo)貫試驗(yàn)80次，靜力觸探10孔;室內(nèi)試驗(yàn)，常規(guī)物性全做，剪切試驗(yàn)40組，壓縮試驗(yàn)50組。

通過對(duì)試驗(yàn)成果的統(tǒng)計(jì)分析，獲得Qal3黏土主要物理力學(xué)指標(biāo):含水量17．1% ～39．6%，孔隙比0．5 ～0．9，液性指數(shù)0．05～0．46，凝聚力 48～148 kPa，內(nèi)摩擦角23°～ 32．7°，壓縮系數(shù)0．06 ～ 0．28 MPa－1，壓縮模量6．25 ～15．36 MPa;屬中低壓縮性黏土。

2 室內(nèi)試驗(yàn)取得的E s指標(biāo)與標(biāo)貫擊數(shù)N關(guān)系分析

室內(nèi)試驗(yàn)是采用常規(guī)鉆孔勘探取樣而進(jìn)行的。由于中低壓縮性黏土較硬，常規(guī)勘探取樣一般難以取得一、二級(jí)質(zhì)量土樣，且取得的試樣在保存和運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室途中容易受到擾動(dòng)，易造成試樣力學(xué)指標(biāo)室內(nèi)試驗(yàn)值偏低等實(shí)際問題。

標(biāo)貫試驗(yàn)是利用一定的錘擊能量(錘重(63．5±0．5)kg，落距(76±2)cm)，采用自動(dòng)脫鉤的落錘法，將一定規(guī)格的貫入器打入土中，根據(jù)打入土中的貫入阻力大小，判別土層的變化情況和土的工程性質(zhì)［4］。其優(yōu)點(diǎn)是，勘探深度范圍較大，即使有礫石層等堅(jiān)硬層隔層，也可以通過鉆孔鉆過去后再試驗(yàn)，且經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便。

安慶試驗(yàn)點(diǎn)(DK249+800)從地面以下1 m處開始采取試樣，每米均取樣。將室內(nèi)化驗(yàn)成果分層(每層1 m)統(tǒng)計(jì)，得到本工點(diǎn)不同深度Z處由室內(nèi)化驗(yàn)確定的壓縮模量Es值和標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N值，如表2所示。

表2 不同深度處室內(nèi)試驗(yàn)壓縮模量E s與標(biāo)貫擊數(shù)N統(tǒng)計(jì)表Table 2 Compression modulus E s and SPT blow count

對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)的壓縮模量Es與現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N進(jìn)行對(duì)比分析，將不同深度Z處壓縮模量Es與標(biāo)貫擊數(shù)N進(jìn)行曲線擬合和趨勢(shì)分析，擬合曲線如圖1所示，得到Es-N擬合公式為:

直線式:Es=0．632 9N+0．741 8 11 ＜N ＜21(R2=0．837 7) (1)

二次多項(xiàng)式:Es=0．025 7N2－0．169 7N+6．838 1 11＜N ＜21(R2=0．849 3) (2)

圖1 安慶試驗(yàn)點(diǎn)室內(nèi)試驗(yàn)E s與標(biāo)貫擊數(shù)N擬合曲線圖Fig.1 Fitting curves of laboratory test E s and SPT blow count

從圖1擬合曲線、擬合公式(1)—(2)及相關(guān)系數(shù)可知，本工點(diǎn)中低壓縮性黏土的室內(nèi)試驗(yàn)壓縮模量Es與標(biāo)貫擊數(shù)N線性相關(guān)性明顯，相關(guān)系數(shù)0．9以上。

3 結(jié)論

通過對(duì)寧安客專的長(zhǎng)江高階地區(qū)沖積成因中低壓縮性黏土地基的代表性工點(diǎn)——安慶試驗(yàn)點(diǎn)(DK249+800)進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)勘探取樣、室內(nèi)試驗(yàn)和孔內(nèi)標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)相關(guān)分析表明:寧安客專中低壓縮性黏土地基的壓縮模量Es與標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)N具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0．9以上。

中低壓縮性黏土大多處于硬塑狀態(tài)，且含有鐵錳質(zhì)結(jié)核，常規(guī)勘探取樣難以取到一、二級(jí)質(zhì)量土樣，雖然通過雙層管式回轉(zhuǎn)壓入取土器可以提高取樣質(zhì)量［5］，但成本較高，應(yīng)用范圍窄，現(xiàn)場(chǎng)較少使用。標(biāo)貫試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，是勘探中常用的方法。寧安客專無砟軌道路基對(duì)沉降變形控制要求高，沿線長(zhǎng)江高階地區(qū)沖積成因中低壓縮性黏土地基區(qū)段勘探時(shí)，勘探過程中宜多結(jié)合進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)，通過建立各區(qū)段壓縮模量Es與標(biāo)貫擊數(shù)N的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)壓縮模量Es結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)修正，可以較準(zhǔn)確地確定土層的壓縮模量;同時(shí)可以減少勘探取樣及室內(nèi)試驗(yàn)工作量，縮短勘探工期和降低勘探成本。

［1］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．TB10621—2009高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2010．

［2］ 巖土工程手冊(cè)編寫委員會(huì)．巖土工程手冊(cè)［S］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994．

［3］ 李小和．武廣客運(yùn)專線紅黏土地基壓縮模量確定方法研究［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2008(12):37－44．

［4］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．TB10018—2003鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2003．

［5］ 鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院．鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2005．