瞿坤
(陜西鐵道工程勘察有限公司,西安 710000)
在巖土工程勘察中,靜力觸探試驗可以直接獲取土體的天然含水率狀態(tài)、天然應力狀態(tài)和天然埋藏條件下的物理力學參數(shù),比如砂土的相對密實度、黏性土的塑性狀態(tài)、壓縮模量、不排水抗剪強度等,因此在我國得到了廣泛應用[1-3]。
本文依托新建廣佛江珠城際軌道交通線巖土工程勘察項目,采用靜力觸探試驗方法對場區(qū)土進行試驗,研究利用錐尖阻力與摩阻比在土層劃分中的應用,并總結(jié)黏性土的不排水抗剪強度經(jīng)驗公式,以此為工程勘察和設計提供更為簡便實用的方法。
新建廣佛江珠城際軌道交通線位于廣東省廣州市、佛山市、江門市、珠海市境內(nèi),線路北自廣州市白鵝潭芳村綜合樞紐引出,在三眼橋站與既有廣茂線聯(lián)通;后向南經(jīng)南海、樂從、龍江,跨西江進入江門境內(nèi);經(jīng)鶴山、濱江、蓬江至江門南站,出站后經(jīng)三江引入珠海境內(nèi);穿柑橘山跨越虎跳門水道,經(jīng)蓮洲、斗門、金灣,引入珠海市區(qū)至珠海機場城際線珠海機場站(不含)。并設有江門南車基地連接線、西部沿海鐵路聯(lián)絡線、芳村停車場、金灣動車運用所等,如圖1 所示。
圖1 軌道廣伄江珠城際軌道交通線位走向示意圖
廣佛江珠城際軌道交通線正線長度157.985 km,全線隧道長35.485 km/20 座。其中,新建地下區(qū)間12.829 m/3 座,山嶺隧道22.656 km/17 座;橋梁長104.862 km/30 座;路基長5.566 km/46 段;車站14 座,停車場、車輛段各1 處;走行線、連接線8.864 km/7 條。
沿線珠江三角洲平原區(qū)及灘涂區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土(Q4ml)①2素填土;全新統(tǒng)沖積層(Q4al)③32粉質(zhì)黏土、③42粉土;全新統(tǒng)海陸交互沉積(Q4mc)④11淤泥、④12淤泥質(zhì)黏土、④13淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土;;第四系全新統(tǒng)濱海、沼澤相沉積層(Q4m+h)⑤42淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土;第四系上更新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)⑥13淤泥質(zhì)黏土,第四系上更新統(tǒng)海陸交互相沉積層(Q3mc)⑦22淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑦32粉質(zhì)黏土、⑦36粉質(zhì)黏土、⑦44粉土;基巖主要下伏于第四系覆蓋層下,丘陵及殘丘段落地表有出露。巖性主要有下第三系砂巖、泥巖、泥灰?guī)r、頁巖,白堊系上統(tǒng)砂巖,侏羅系中上統(tǒng)砂巖、泥巖、礫巖,泥盆系中下統(tǒng)砂巖,寒武系砂巖,下古生界片麻巖,燕山期花崗巖等。
現(xiàn)場試驗采用雙橋靜力觸探設備進行測試,探頭尺寸為:探頭直徑35.70 mm,探頭截面面積為10 cm2,摩擦套筒表面積為200 cm2,摩擦套筒長度為7 cm,探頭錐角為60°[4]。試驗時,首先采用GPS 將試樣孔精確定位,并將貫入設備放置于放孔位置,隨后采用水平尺和鉛錘尺調(diào)整基座的標高和平穩(wěn)程度,貫入反力采用螺旋桿支座,混凝土路面條件下采用安裝膨脹螺栓的形式提供反力,采用液壓貫入設備控制貫入速度為1~2 cm/s,數(shù)據(jù)采集設備按1 cm 間隔持續(xù)采集錐尖阻力值和側(cè)摩阻力值,并用二者的比值計算摩阻比[5,6]。
由于各層土的物理力學性質(zhì)不一樣,錐尖阻力、側(cè)摩阻力存在明顯的不同,隨著土層越“堅硬”,土層的錐尖阻力和側(cè)摩阻力越大,反之則越小,例如,③32粉質(zhì)黏土、⑦32粉質(zhì)黏土、⑦36粉質(zhì)黏土都為粉質(zhì)黏土層,隨著深度的增加,土層的沉積歷史越久,土層越“堅硬”,錐尖阻力分別為0.77 MPa、1.54 MPa、2.5 MPa,側(cè)摩阻力分別為27.6 kPa、34.5 kPa、64.6 kPa;摩阻比由于是側(cè)摩阻力與錐尖阻力的比值,是二者的綜合力學性能表現(xiàn),因此,在土層的分類方面具有良好的表現(xiàn),如對于④12淤泥質(zhì)黏土、④13淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥13淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,盡管三者的時代成因、巖土編號不一致,但都同屬于軟土地層,在力學性質(zhì)上較差,壓縮性高,因此,三者的摩阻比平均值分別為1.8、1.9、1.7,十分接近且變異系數(shù)均小于0.2。因此,可以錐尖阻力與側(cè)摩阻力綜合考慮對土層進行劃分。
圖2 雙橋靜力觸探試驗劃分土層
場區(qū)③32粉質(zhì)黏土、⑦32粉質(zhì)黏土、⑦36粉質(zhì)黏土作為粉質(zhì)黏土組,④12淤泥質(zhì)黏土、④13淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥13淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土作為淤泥質(zhì)土組,對不排水抗剪強度與錐尖阻力進行線性回歸,如圖3 所示。從圖3 中可以看出,對于強度指標不排水抗剪強度和錐尖阻力具有良好的線性關系,回歸決定系數(shù)R2均大于0.900,錐尖阻力能夠較好地反映土層的力學性質(zhì),線性關系表達如下:
圖3 雙橋靜力觸探試驗錐尖阻力與不排水抗剪強度的相關關系
1)錐尖阻力與土層的物理力學性質(zhì)有關,錐尖阻力存在明顯的不同,隨著土層越“堅硬”,土層的錐尖阻力越大,反之則越小。根據(jù)摩阻比Rf與錐尖阻力qc的經(jīng)驗關系圖,可劃分土層,如軟土、黏土、粉質(zhì)黏土、粉土與砂土。
2)黏性土的不排水抗剪強度與錐尖阻力具有明顯的線性相關關系,關系表達式如公式(1)和公式(2)所示。