铁路专线软土地基勘察方法分析

王炜

摘 要：文章主要讲述了软土地基的特性并介绍了常见的软土地基勘察的方法、适用范围，原位测试以及钻探相互结合的软土地基勘察方法，其中主要是以静力触探为主，结合钻探取样，可以查明地层分层情况。工程实践中利用到的强度指标可以通过静力触探、十字板试验得到，土层变形参数可以通过室内土工分析法得到。

关键词：铁路专线；软土地基勘察；原位测试；应用分析

随着我国高速铁路大动脉的快速建设，铁路专线路基稳定性以及变形控制技术就成为了急需面对的问题，根据土力学知识可以知道软土地基具有高压缩性以及低强度的特点。软土地基的稳定性以及沉降估算的精度影响着计算方式和参数这两种研究方面，需要指出的是计算参数的准确程度可以使勘察技术水平量化，勘察测试所用到的数据是地基分析评价的基本因素，最高层次的研究分析可以解决这样的勘察问题，所以这就会为工程地质勘察方法提出一定的要求，本文就是结合这样的要求进行了分析。

1 软土地基勘察方法以及应用分析

软土，从广义上来说就是强度低、压缩性高的软弱土层。这类土层以空隙比及有机质含量为主，并且结合着其他的特性指标，可以划分为软粘性土、淤泥、泥炭质土、淤泥质土以及泥旋这五种类型。通常来讲，淤泥、淤泥质土、软粘性土统称为软土，有机质含量高的泥炭以及泥炭质土则统称为泥沼。不同地方的软土性质会有所差别，但是整体情况是相似的，本文就软土性质进行综合性的分析：

首先是软土天然含水率都比较高、孔隙比大。通常说来，含水量在34%～72%之间，饱和度一般都在95%以上，孔隙比在1.1至1.8范围之间，液限在41%至72%之间，塑性指数控制在14至28范围之内。

其次是压缩性高。软土具有很好的压缩性，压缩系数为0.0050～0.02，属于高压缩性土。

第三是抗剪强度低。一般软土的快剪粘聚力在10KPa左右，快剪内摩擦角为0度～5度。最后便是具有触变性和流变性的特征。软土一旦受到扰动，土的强度就会明显下降，有的可以呈现流动态。而且这也使得软土的长期抗剪强度只有一般抗剪强度的0.4～0.8倍。软土勘察主要包括了：软土的形成类型、埋藏情况、分布和发展规律、层理特征、渗透性能、立体分布的均匀性、表层硬壳的厚度、地下硬土层的情况等等；对软土的固结情况进行勘察，强度、变形特征以及随着应力改变而变化的规律，并且了解其结构破坏对强度和变形的影响情况；软土中存在的地貌形态差异、填土、河道等的分布范围和深度等。常见的软土地基勘察主要有两种方式，一是钻探法；二是原位测试法。钻探法主要利用钻探进行取样，样品加工制备以及一些土工试验进行对软体性质的分析，进而得出土体试样的性能指标。所研究的原位测试方法主要是在原位应力状态以及含水率保持均衡的情况下，对土体性质进行直接检测，原位测试法有静力触探法、孔压静力触探以及常用的十字板法。

1.1 原位测试法具体实践分析

在软土工程地质勘察中，原位测试方法中比较常用的方式是静力触探以及十字板，应用技术也是比较成熟。另外一些新型原位测试技术如孔压静力触探、应力铲试验、扁板侧胀试验、螺旋板载荷试验等一些试验方法应用也是比较多的。由于静力触探方法具有一定的优越性，所以其在世界上勘察领域应用比较广泛，在我国应用也是比较多的。根据相关文献记载，我国不少单位静力触探已经占勘探总量的70%左右。静力触探方法可以用于地层分类、粘性土不排水抗剪强度以及砂土的相对密度的测定等。孔压静力触探是静力触探技术的较为成熟的方法，我国已经应用了二十多年，取得了孔压静力触探试验快速测定土层柱状图、固结系数、不排水抗剪强度等方面的研究成果以及应用孔压静力触探方法试验指标地基沉降的新方法。十字板剪切试验在软土地区应用范围较广，原位测定饱和软黏土的不排水总强度和残余强度、灵敏度，用于地基稳定分析中。螺旋板载荷、扁板侧胀以及应力铲等方法也已经得到了较大幅度的发展和改进，螺旋板载荷试验在北欧以及美洲国家应用较多，可以测求砂土的压缩模量、固结系数和粘性土的不排水抗剪强度以及变形模量等。扁板侧胀仪主要用来测试于软土、粘性土、松散粉土的地基性质。应力铲试验属于扁板试验中的一个分支，其状如铲，主要适用于确定软塑、流塑状饱和粘性土的水平总应力的测设以及静止侧压力系数的测设。

1.2 钻探、土工试验方法以及应用

钻探可以用于工程土类命名以及土层划分，进而获得土体稳定以及沉降相关的性能指标参数。针对于铁路专线软土地基勘察的钻进方法，由于软土地层特性决定了常见的钻探以及土工方法有：干法钻进、对于多年处于地下水位以下的饱和黏土，也可以采用相适应的泥浆护壁。为了尽量减少对土样的扰动，在软土地层采取原状土样时使用薄壁取土器利用静压法进行取样工作。

2 软土地基勘察方法应用效果的评价分析

目前常用的勘察原位测试方法也有自身的缺陷，在工作应用中应该合理应用，合理互补。

2.1 钻探应用效果的分析

钻探法可以知道岩层及其下面的土层的性质，进而在孔深方向实施原位测试。

根据实验方法可以知道岩土的性质，比如粒径大小、密度、含水率、可塑性等性质参数，测定的土的力学性状时候，可以利用土工室内测试方法，可以得到控制应力、应变分析以及排水试验分析，室内试验数据具有可靠性以及利用率高等特点。当需要计算岩层沉降时，室内试验可以提供压缩模量、压缩系数以及固结系数。可以测定土的先期固结应力、应力-应变-时间效应数值，为了后续设计提供可靠的信息资料。但是室内试验在钻探取样以及运输制备过程中，样品一定程度的扰动是难以阻止的，另外，试样从地层深部取出，因应力释放而以引起的扰动也是无法阻止的。室内强度试验，主要是直剪以及三轴试验等方式。直剪方法尤其局限性，主要是当铁路路基排水条件控制方面比较难以操作时，土体受力环境比较复杂，不容易评判，其直剪试验得到的结果比较分散，不能够直接表示出土体的具体性质。但是直剪仪器操作起来比较方便，并且在应用过程中已经积累了大量的工程经验。三轴试验的主要优点是受力特性比较容易反应映出来，力量大小也是容易把握控制，也能够测量试样的孔隙压力以及体积变化情况等。但是三轴试验也是自身的缺陷，比如操作技术以及试验方法比较繁琐，不易于控制，试样需求量大，后期资料整理工作比较冗杂等不足之处。常用的室内变形试验可以分为常规压缩试验以及固结试验两种。常规压缩试验可以获得压缩模量、压缩系数等系数指标，高压缩试验曲线可以获得的压缩变形指标为先期固结压力、压缩指数以及回弹指数等数据，能够反映出软土地基的结构特性，但是也存在一定的局限性，比如本实验每一个试验周期比较长，工序较多，对数据分析过程也是较多，对土样要求较多等制约因素。endprint

2.2 原位测试的方法分析

相对于其他试验方法，原位测试方法可以直接在土体原位上面取得可利用的数据，土体受到外界干扰因素少，应力变化比较集中，可以真实反映天然土体的真实性状，划定土层方面比钻探方法明确，原位测试可以用于对钻探资料的补充，判断分析层位以及界限的变化，某些不易于采取原状土样的情况下，可以采用原位测试方法。鉴于原位测试的实际操作，可以知道其具有操作周期短、工作效率高、测试成本低、操作简单、对周边土体扰动小等优点。由于自身优点，科研以及具体操作人员应该尽量发挥其优势并且多总结经验，促进本方法大面积推广。但是其自身也有一些不足之处，比如其利用到的应力条件是非常复杂的，不利于数据处理；另外，本方法可以测定具体现场情况下的荷载参数，不能够预测参数变化的方向；最重要的一点是由于原位测试方法的特性，一些关键是数据不能直接测试出来，需要间接测定，比如软土地基的应力路径、应力状态等参数的分析。

2.2.1 静力触探。静力触探可以确定铁路沿线软土地基的均匀性，进而确定分层、地基承载力、土体变形模量等强度指标，还能够弥补钻探勘察某些地层所带来的不利影响。

2.2.2 螺旋板载荷以及扁板侧胀试验。螺旋板载荷试验可以确定地基承载力，还可以通过扁板侧胀试验确定不排水抗剪强度，在此基础上，结合一定的工程实例和资料，还可以验证这两种测试方法的可靠性。

2.2.3 十字剪切板试验。十字剪切板试验可以获得均质的饱和软土地基抗剪强度指标。十字剪切板试验是在实际现场原位进行，相对于室内环境操作试验数据更加准确，更能真实反映土体实际情况、天然结构、天然应力条件、还能够确定不排水抗剪强度，这种技术方法应用起来也是非常方便和可靠，可以在铁路沿线软土地基勘察中加以大面积应用。铁路专线路线长，地理环境复杂，十字剪切板试验可以在软土地基条件下进行试验。但是它不能准确反映出土体的各向异性以及排水条件，所以在应用过程中应该结合经验加以研判。

2.2.4 孔压静力触探以及较为常用的应力铲试验方法。孔压静力触探、应力铲试验方法相对于室内测试方法更加便捷，对于那些没有室内试验指标的软土地区，利用孔压静力触探、应力铲试验方法能够方便、快捷、准确的知道当地土层的情况。孔压静力触探因为量测孔压，能够准确划分地层，提高划分土层以及土类的精度，还能够有效解决土工常见问题，为软土地基勘察带来了一些方便，但是其分析的离散性还是比较突出，所以在工程实际应用中应该尽量避免这样的现象发生。

铁路建设路基工程中经常会遇到软土问题，软土地基勘察处理的质量将直接影响到轨道结构的稳定性与安全使用，软土地基处理一般是要考虑不均匀沉降以及稳定性两个问题。软土上面过荷载会影响边坡稳定性，路基就发生一定的失稳现象，严重会影响工程产品的正常使用。软土地基的不均匀沉降会使路面发生破坏，降低工程产品的使用效果。铁路软土地基常用的勘察方法主要是以上几种，在此基础上结合室内土工试验就可以知道土层的具体性质以及各向性能指标，从而为工程建设服务。

参考文献

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