鋼釬靜探技術判別土層類別及黏性土狀態應用研究

劉甫平， 王滬生

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司;公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

路線地質，常用勘察手段包括螺紋鉆、動力觸探、靜力觸探和鉆探等[1]。如何保證勘察準確性的同時提高工作效率，是推動勘察方法創新的關鍵點。

鋼釬靜探[2]是利用便攜式靜探設備，進行地層勘探的原位測試技術。集成了螺紋鉆和靜力觸探的特點，具有設備輕，工作效率高、結果定量化等特點。

本文結合某公路引入鋼釬靜探進行路線地質勘探為例，說明該技術能提高現場工作效率，快速鑒定土層類別。同時對比測試數據和室內土工試驗成果，分析判別黏性土液性指數關系，總結地區經驗公式。以期為鋼釬靜探技術在道路勘察中推廣和應用提供更多數據支撐和經驗積累。

1 試驗方法

無為公路項目位于江淮平原區，地形地貌以平原、河流階地為主。地層主要為黏性土、粉土、砂土等。依據《公路工程地質勘察規范》[3]進行布孔，并按要求進行地質勘察。

1.1 試驗設備

鋼釬靜探設備主要由以下部分組成：①按壓把手；②S型力學傳感器；③鉆桿夾頭；④探桿；⑤圓錐探頭；⑥數據連接線；⑦數據采集儀。取樣時，可采用⑧洛陽鏟頭或⑨麻花鉆頭(取樣)，如圖1、如圖2所示。

圖1 裝置示意

圖2 設備儀器

1.2 操作步驟

鋼釬靜探現場試驗步驟可大致總結為6步：

步驟1：安裝設備，將探桿與探頭結合，S形傳感器與探桿結合；

步驟2：在探桿上每隔20 cm進行標記；

步驟3：將探桿垂直地面連續勻速壓入土層；

步驟4：通過S形力學傳感器測試連續貫入反力，通過數據采集儀進行數據讀取并記錄；

步驟5：拔桿潤孔，逐級加桿，重復步驟2、步驟3、步驟4；

步驟6：測試結束，拆卸裝置。

2 試驗結果

2.1 土層鑒定

從探桿壓入土層手感、聲音、與側壁阻力等方面，對鋼釬靜探技術應用進行規律研究和總結，以判別不同物質組成特征的土層。主要結論如下。

(1)黏性土。對于黏性土的判別，探桿下壓過程不是很明顯，但在上拔時“抱桿現象”較為明顯，上拔過程探桿有明顯的黏著感，還時不時發出脫離黏附后的吱吱響聲，以此判定是否為黏性土(表1)。

表1 黏性土類別鑒定

(2)軟土。對于軟土的判別，探桿在下壓過程感覺不費力，有壓碎氣泡聲音。探桿在下壓和上拔過程均有黏著感，但不明顯。拔出后會有少量水或泥漿從孔中析出，以此判定是否為軟土。(表2)

表2 軟土類別鑒定

(3)砂土。對于砂土的判別，探桿壓入土層，會發出砂響。緩慢轉動探桿(注：要順時針轉動)時，會有明顯的砂碾摩擦感，砂粒越粗，砂響會越大，探桿上拔輕松，移動順利，不會出現黏著感。砂土與不同土層夾雜分布時，在界面處，探桿下壓時還有明顯的頓挫感。可結合此類現象判定是否為砂土(表3)。

表3 砂土類別鑒定

(4)粉土。對于粉土判別，手感介于黏性土與砂土之間，下壓時也會出現頓挫感，但聲音不明顯，上拔稍帶黏性。當對土層判別有疑慮時，可通過洛陽鏟取土上來進行觀測。

2.2 黏土塑性狀態判別

《鐵路工程地質原位測試規程》[4]中，對于黏性土的判別可結合靜探得比貫入阻力判別塑性狀態(表4、表5)。如液性指數為0.5，比貫入阻力在1.2～1.5；液性指數為0.75，比貫入阻力在0.7～1.5。《上海市工程建設規范》[5,6]中靜力觸探技術規程中，當ps小于1.05 MPa時，利用經驗公式IL=1.64-0.67ps進行塑性判別。結合以上，對鋼釬靜探與靜力觸探孔同一深度處的壓力值T和液性指數IL進行采集，繪制散點圖建立線性關系，如圖3所示，以此來分析無為地區黏土塑性特征。

表4 黏性土狀態(用液性指數IL表示)

表5 黏性土狀態(用鋼釬壓力值T表示)

圖3 壓力值T和液性指數IL線性關系圖

以上數據，兩者之間也存在線性關系，復雜相關系數為0.6171，線性關系較為密切。由于黏性土的軟硬狀態與含水率是密切相關的，上述測試數據說明，可以用鋼釬靜探壓力值實現初判。

3 結論建議

(1)鋼釬靜探技術優點明顯。對比螺紋鉆、靜力觸探具有設備輕便，工作效率高(1個5 m的孔僅需要半小時完成)、數據實時量化等優點。利用鋼釬靜探，可以快速、準確地對土層類別實現初判。

(2)對比靜力觸探結果，鋼釬靜探壓力值與含水率之間有較好線性關系，利用鋼釬靜探對項目地區的黏性土塑性狀態進行劃分是可行的。

(3)考慮到本次試驗數據有限，實際勘察工作中，應積累更多操作經驗、地區經驗和勘察數據，為鋼釬靜探技術在公路地質勘察中的推廣和應用奠定基礎。