钢钎静探技术判别土层类别及黏性土状态应用研究

刘甫平， 王沪生

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司;公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

路线地质，常用勘察手段包括螺纹钻、动力触探、静力触探和钻探等[1]。如何保证勘察准确性的同时提高工作效率，是推动勘察方法创新的关键点。

钢钎静探[2]是利用便携式静探设备，进行地层勘探的原位测试技术。集成了螺纹钻和静力触探的特点，具有设备轻，工作效率高、结果定量化等特点。

本文结合某公路引入钢钎静探进行路线地质勘探为例，说明该技术能提高现场工作效率，快速鉴定土层类别。同时对比测试数据和室内土工试验成果，分析判别黏性土液性指数关系，总结地区经验公式。以期为钢钎静探技术在道路勘察中推广和应用提供更多数据支撑和经验积累。

1 试验方法

无为公路项目位于江淮平原区，地形地貌以平原、河流阶地为主。地层主要为黏性土、粉土、砂土等。依据《公路工程地质勘察规范》[3]进行布孔，并按要求进行地质勘察。

1.1 试验设备

钢钎静探设备主要由以下部分组成：①按压把手；②S型力学传感器；③钻杆夹头；④探杆；⑤圆锥探头；⑥数据连接线；⑦数据采集仪。取样时，可采用⑧洛阳铲头或⑨麻花钻头(取样)，如图1、如图2所示。

图1 装置示意

图2 设备仪器

1.2 操作步骤

钢钎静探现场试验步骤可大致总结为6步：

步骤1：安装设备，将探杆与探头结合，S形传感器与探杆结合；

步骤2：在探杆上每隔20 cm进行标记；

步骤3：将探杆垂直地面连续匀速压入土层；

步骤4：通过S形力学传感器测试连续贯入反力，通过数据采集仪进行数据读取并记录；

步骤5：拔杆润孔，逐级加杆，重复步骤2、步骤3、步骤4；

步骤6：测试结束，拆卸装置。

2 试验结果

2.1 土层鉴定

从探杆压入土层手感、声音、与侧壁阻力等方面，对钢钎静探技术应用进行规律研究和总结，以判别不同物质组成特征的土层。主要结论如下。

(1)黏性土。对于黏性土的判别，探杆下压过程不是很明显，但在上拔时“抱杆现象”较为明显，上拔过程探杆有明显的黏着感，还时不时发出脱离黏附后的吱吱响声，以此判定是否为黏性土(表1)。

表1 黏性土类别鉴定

(2)软土。对于软土的判别，探杆在下压过程感觉不费力，有压碎气泡声音。探杆在下压和上拔过程均有黏着感，但不明显。拔出后会有少量水或泥浆从孔中析出，以此判定是否为软土。(表2)

表2 软土类别鉴定

(3)砂土。对于砂土的判别，探杆压入土层，会发出砂响。缓慢转动探杆(注：要顺时针转动)时，会有明显的砂碾摩擦感，砂粒越粗，砂响会越大，探杆上拔轻松，移动顺利，不会出现黏着感。砂土与不同土层夹杂分布时，在界面处，探杆下压时还有明显的顿挫感。可结合此类现象判定是否为砂土(表3)。

表3 砂土类别鉴定

(4)粉土。对于粉土判别，手感介于黏性土与砂土之间，下压时也会出现顿挫感，但声音不明显，上拔稍带黏性。当对土层判别有疑虑时，可通过洛阳铲取土上来进行观测。

2.2 黏土塑性状态判别

《铁路工程地质原位测试规程》[4]中，对于黏性土的判别可结合静探得比贯入阻力判别塑性状态(表4、表5)。如液性指数为0.5，比贯入阻力在1.2～1.5；液性指数为0.75，比贯入阻力在0.7～1.5。《上海市工程建设规范》[5,6]中静力触探技术规程中，当ps小于1.05 MPa时，利用经验公式IL=1.64-0.67ps进行塑性判别。结合以上，对钢钎静探与静力触探孔同一深度处的压力值T和液性指数IL进行采集，绘制散点图建立线性关系，如图3所示，以此来分析无为地区黏土塑性特征。

表4 黏性土状态(用液性指数IL表示)

表5 黏性土状态(用钢钎压力值T表示)

图3 压力值T和液性指数IL线性关系图

以上数据，两者之间也存在线性关系，复杂相关系数为0.6171，线性关系较为密切。由于黏性土的软硬状态与含水率是密切相关的，上述测试数据说明，可以用钢钎静探压力值实现初判。

3 结论建议

(1)钢钎静探技术优点明显。对比螺纹钻、静力触探具有设备轻便，工作效率高(1个5 m的孔仅需要半小时完成)、数据实时量化等优点。利用钢钎静探，可以快速、准确地对土层类别实现初判。

(2)对比静力触探结果，钢钎静探压力值与含水率之间有较好线性关系，利用钢钎静探对项目地区的黏性土塑性状态进行划分是可行的。

(3)考虑到本次试验数据有限，实际勘察工作中，应积累更多操作经验、地区经验和勘察数据，为钢钎静探技术在公路地质勘察中的推广和应用奠定基础。