浅谈静力触探在铁路工程地质勘察中的应用
摘要：静力触探是用静力将探头以一定的速率压入土中，通过电子量测仪器将探头内的力传感器接受到的贯入阻力记录下来。由于贯入阻力的大小与土层性质有关，因此，通过记录贯入阻力的变化情况，可以达到了解地层工程性质的目的。本文通过对静力触探成果的常见的几种应用，结合工作实践予以论述，使静力触探这一勘探手段更好的为勘察工作服务。
关键词：静力触探 成果 应用 1 静力触探的工作原理
静力触探是用静力将探头以一定的速率压入土中，通过电子量测仪器将探头内的力传感器接受到的贯入阻力记录下来，利用贯入阻力变化与土层性质的关系，通过记录贯入阻力的变化情况，可以达到了解土层工程性质的目的。
2 静力触探成果的应用
静力触探可以用来确定软土、松软土的分布范围，可以划分地层，判断地震液化，查明地下空洞等，在工程地质勘察中有着广阔的应用空间。
2.1确定软弱的黏性土和粉土的分布特征
软土具有含水率大、孔隙比大、压缩性高、强度低等特点，其中强度低就是特指Ps值较低，一般≤800kPa。静力触探具有探测灵敏性高、设备轻巧、方便实用等特点，是发现软土层并确定其分布范围、分布深度最有效的方法。我们可以通过布置纵断面和横断面的方法，准确查明软土层在线路通过区段的分布范围、厚度及顶板埋深。这一点，在铁路工程地质勘察中，已经得到了很好的广泛应用。
奎北铁路DK53+200处，我们通过静力触探曲线发现2.2m~4.7m之间Ps小于800kPa，初步确定为软土，如图2.1.1。随后我们加密静力触探，并进行钻孔揭示验证，该段地下水位埋深2m，在2~4.7m之间为饱和的粉土，钻孔岩芯几乎不成形，我们在2.2~4.7m之间连续取样试验，取得了软土层的各项指标，为路基设计提供了可靠的地质资料和设计参数，如图2.1.2。
图 2.1.1静力触探成果
图 2.1.2钻孔岩芯鉴定表
在这个过程中，静力触探起到了重要的指导作用。静力触探所提供的软土埋藏深度和厚度，是我们成功取到了合格的土样品的关键，并为获得土的各项物理指标奠定了坚实的基础。
2.2划分土层
由于静力触探成果曲线能够直接明了的反映了土层工程力学性质，故可根据曲线可大致区分地层，在有钻孔验证的条件下，可准确的划分地层。《铁路工程地质手册》对各种地层的曲线形态和特点做了简单的介绍，结合工程中的实际应用，总结出几条简单的规律，以作参考。
表2.3.1静力触探曲线特征
如图2.1.1所示，0~1.5m之间，曲线起伏较大，结合附近钻孔资料，判定为粉土；1.5~2.2m之间，贯入阻力突然增大，但曲线形状较为平缓，略有起伏，钻孔揭示在此位置出现粉质黏土夹层，故判断为粉质黏土；2.2m以下，曲线起伏，判定为粉土；其中2.2~4.7m之间，Ps值小于800kPa，断定为软弱土层。
2.3确定各类土的基本承载力σ0
静力触探划分地层后，可根据经验公式计算地层基本承载力。以下为铁道部《铁路工程原位测试规程》中的推荐公式
软土σ0=0.112Ps+5（Ps＜800kPa）
粉质黏土、黏土σ0＝5.8√Ps-46（Ps≤6000kPa）
σ0＝5.8√6000-46（Ps＞6000kPa）
砂土、粉土σ0＝0.*Ps0.63+14.4（Ps≤24000kPa）
σ0＝0.*240000.63+14.4 （Ps＞24000kPa）
黄 土 σ0=0.05Ps+35 （Ps≤5500kPa）
σ0=0.05*5500+35（Ps＞5500kPa）
由于土的地区差异性比较大，在应用经验公式时，应了解各经验公式载荷试验σ0取值标准和适应条件外，还应根据土的性质及建筑物特点，酌情进行修正，
并适当选作代表性载荷试验进行验证。必要时应通过载荷试验，自行建立公式。
如图2.1.1，我们在根据钻孔及曲线特征划分地层后，计算得出了各地层的基本承载力。
2.4确定松软土的分布
松软土是指那些虽然达不到软土的指标，但承载力较低，或沉降不能满足工程要求，一般工程须对其进行工程处理的土，如饱和黄土，含水量较大的粉土、黏性土等。《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007）提出了松软土的判定标准。
表2.4.1 地基土的判定条件
岩性 地基土条件
粉、细砂 Ps≥5MPa或N≥10
粉土 Ps＞3MPa(不含软土)或［σ］≥0.15MPa
粉质黏土、黏土 Ps＞1.2MPa(不含软土)或［σ］≥0.15MPa
黄土 Ps＞3MPa(不含软土)或［σ］≥0.18MPa
注：Ps为静力触探比贯入阻力；N为标准贯入试验锤击数；［σ］为容许承载力。
依据表中多列出的条件，达不到该表要求的地基土为“松软土”。我们可根据土的种类及Ps值判定是否属于松软土，在这个判定过程中，我们主要依赖于静力触探所提供的贯入阻力。
如图2.1.1，我们根据贯入阻力计算出承载力后发现，0~1.5m之间的承载力小于0.15MPa，故判定为松软土。
2.5判别地基土液化
根据标准贯入来判定地基土的液化是地质人员常用的方法，其实用静力触探同样可以判定地基土的液化，而且方便快捷，特别是在一些地表积水和软沼区域、钻机难以到达地段使用静力触探能发挥更有效的作用。静力触探贯入阻力和标贯击数一样也能综合反映土的物理力学性质，而且还具有标贯试验所不及的试验误差小，灵敏度高，能连续测出地层力学性质的微小变化等特点。在提高勘探工效，减轻劳动强度，降低勘探费用等方面具有一定的优越性。
根据《铁路工程抗震设计规范》，当实测的计算的贯入阻力Psca值小于临界
贯入阻力Ps＇值时，应判定为液化土。
Ps＇值应按下列公式计算：
Ps＇=Psoa1a3
式中，Pso-----当dw为2m，du为2m时，砂土的液化临界贯入阻力Pso（MPa）值应符合下列规定：设计烈度7度时为5～6，8度时为11.5～13，9度时为18～20。
a1-----地下水埋深dw的修正系数，a1=1-0.065（dw-2）
a3-----上覆非液化层厚度du的修正系数，a3=1-0.05（du-2）
式中，dw----地下水位深度（m）；du-----上覆非液化土层厚度（m）；
Psca应符合下列的规定：
A 砂层厚度大于1m时，取该层贯入阻力Ps的平均值作为该层的Psca值。当砂层的厚度小于1m时，且上、下层为贯入阻力比较小的土层时，取较大值作为该层的Psca。
B 砂层厚度较大，力学性质与Ps值可明显分层时，应分别计算分层的平均Psca值。
当然静力触探使用范围还有一定的局限性。例如，地层情况不清楚时，单独使用静力触探是有困难的，因为它还不能精确的划分土层，遇到地层密实砂层、砾石层不能穿透时，勘探深度受到，可能满足不了地基勘探的要求。
静力触探试验判定液化的方法，要求现场严格按照《铁路工程原位测试规程》规定的方法进行判定，并需要综合考虑地质、地貌条件、地层组合等情况，可液化的砂土厚度和上覆非液化土的厚度等因素，对重大工程及复杂的地质条件，应与标准贯入方法对比使用。
2.6探测地下空洞
静力触探贯入阻力可直观明了的显示地层力学性质，当遇到地层空洞时，贯入阻力可发生明显的较弱值至归零。当地下空洞埋藏深度不大，上覆盖层主要为细粒土时，我们可根据静力触探贯入阻力的变化判定地下空洞范围及深度。
兰新线嘉峪关至乌西段电气化改造勘察中，线路DK1382+845.5通过一处废弃的坎儿井，由于只能看到零散的废弃井口，无法判断出坎儿井的深度及范围，我们采用静力触探方法进行探查。在深度2.4m时，贯入阻力值迅速降低，在达到3.4m深度的时候，贯入阻力开始回升，如图2.6.1，据此，我们可以判定坎儿
井的埋深在2.4～3.4m之间。
图 2.6.1静力触探探测地下空洞示意图
3结束语：
我国广泛分布着细粒土区域，随着铁路建设的发展，将不可避免的占用农田耕地。铁路在勘察阶段，由于没有进行土地征购，大规模的钻探将对农田造成较大损坏，并由此与农民发生纠纷，引发矛盾，造成人力、财力上的损耗。静力触探是一种简单、方便而又实用的勘探手段，在与钻探等其他勘探手段配合使用的情况下，可准确的获得细粒土地层的分布及其部分力学特征，掌握地层工程力学性质。随着科学技术的进一步发展，静力触探的优势将会更加明显的体现出来，在越来越多的勘探领域发挥着重要的作用。
参考文献：
[1] 铁道第一勘察设计院.铁路工程地质手册.中国铁道出版社.1999.
[2] 铁道部.《铁路工程地质原位测试规程》TB10018-2003.中国铁道出版社.2003.
