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TB 10018-2018 铁路工程地质原位测试规程.pdf

透水器不同位置相同深度三种孔压消散曲线对比图800700u1u260043500(edx)400300200100LLLE101001 00010000消散历时igt(s)透水器不同位置和相同深度归一化孔压消散度对比图10090u28043(%)7060504030201000.11101001 00010000消散历时1gt(s)说明图10.4.622有效应力铲孔压与CPTU1、CPTU2消散试验典型曲线:253:

国外学者Roy(1980)等人根据实测数据提出超孔压分布遵行 下列规律：

DB34／T 5043-2016 装配整体式混凝土结构(说明10.4.63)

α一经验指数,α一 β一孔压换算系数 孔压负指数分布理论消散曲线的消散速率由经验指数α控 制，值越小消散越慢。 杜文山（1988）根据Roy（1980）的孔压负指数分布规律，推导 出应力铲水平总应力消散度扩散方程如下：

式中U一归一化超孔压比；

T一时间因数。 说明表10.4.6一1的数值便是依上式得出的。

压消散试验固结系数采用应变路径法公式计算，见说明表 10. 4. 6一2 ,

应力铲总应力消散曲线与应变路径法的u型理论曲线拟合较 好，应变路径选择T50=0.118。有效应力铲孔压消散曲线与应变 路径法的u3及u4型理论曲线拟合较好，其次是u2型理论曲线，但 u3、u4型孔压消散试验国内外应用较少，因此，选择u2型孔压消散 试验修正时间因数选择T500.245计算水平固结系数。 由于u2型孔压消散试验国内铁路系统近期才开展试验研究 而铁四院主要使用认型孔压消散试验应用于铁路勘察中，因此为 分析应力铲应变路径法与孔压消散试验固结系数的关系时，仍与 u型孔压消散试验水平固结系数进行回归分析，见说明表 10. 4. 6—3。

说明表10.4.6一3应力铲应变路径法C与u1型孔压 消散试验回归统计分析表

u2型孔压消散试验国外应用广泛，近年来国内也逐渐开展工 程应用，为便于交流和分析，铁四院在沪通铁路勘察上海浦东地区

进行u1、u2型孔压消散对比试验，利用浦东地区饱和软黏士27练 对比数据进行了回归分析,结果见说明表10.4.6一4。

说明表10.4.6一4：应变路径法确定u和u2型孔压 消散试验C回归统计分析表

对数法和应变路径法求解水平固结系数模型均属于圆柱形 轴对称模型，而应力铲是矩形结构，因此公式中的探头半径是将 矩形进行圆形处理，给出了以截面积计算的等效半径公式 (10.4.6—2)。 有效应力铲的总应力消散试验和其孔压消散试验计算的固结 系数结果存在一定的差异，主要是因其测试的总应力与孔压数值 不匹配及拟合误差导致。有效应力铲的总应力消散试验和其孔压 消散试验确定水平固结系数关系见说明表10.4.6一5。

说明表10.4.6一5有效应力铲的总应力消散试验和其孔压 消散试验确定C.对比表

与扁板侧胀A值消散试验（简称DMTA消散试验）测定饱和软黏 土水平固结系数的概念。铁四院经过大量试验研究，认为利用 DMTC消散试验可以测定饱和软黏土的水平固结系数，而目前 DMTA消散试验研究还不太成熟。因此本次规程修订推荐增加 DMTC消散试验测定水平固结系数的内容。 11.2.2设备标准化是扁板侧胀试验的基础。为使本规程向国际 现有标准靠拢，达到保证试验成果质量和资料通用的目的，本条文 对设备标准化作了强调。 11.2.4控制装置主要为控制箱，内装气压控制管路、控制电路及 各种指示开关，主要作用是控制试验的压力和指示膜片三个特定 位置时的压力，并传送膜片达到特定位移量时的信号。 膜片膨胀的三个特殊位置的状态如下： (1)膨胀量小于0.05mm时为“压扁”状态，蜂鸣器和检流计 接通。 (2)膨胀量大于等于0.05mm、小于1.10mm时为膨胀”状 态，蜂鸣器和检流计断开。 (3)膨胀量大于等于1.10mm时为“完全膨胀”状态，蜂鸣器 和检流计接通。

11.2.4控制装置主要为控制箱，内装气压控制管路、控制电路及

1.2.5侧胀板头可用以下方式日

11.2.6一只充气15MPa的10L气瓶，在中密度土和25m长 路的试验，一般可进行1000个测点试验。耗气量随土质密度 管路的增加（长）而增大。

管路的增加（长）而增大。 11.3.2贯人主机与反力装置的安装与定位，必须事先用水平尺 校准机座基准面，当其为水平状态后方可贯人，以保证侧胀板头、 探杆(钻杆)对水平面的垂直度。为防止探孔偏斜造成深度误差及 测试误差，在贯人过程中应随时用水平尺检查机座是否水平。 11.3.6在大气压力下，膜片自然地提起高于它的支座，在A位 置（膨胀0.05mm）与B位置（膨胀1.10mm）之间，控制装置的蜂 鸣器是关着的。气压必须克服膜片刚度，并使它在空气中移动，使 膜片从自然位置移至A位置时为△A，移至B位置时为△B。它们 是不可忽略的。标定程序包括△A和△B的气压值，便于修正A、 B、C 的读数,。

校准机座基准面，当其为水平状态后方可贯人，以保证侧胀板头 探杆（钻杆)对水平面的垂直度。为防止探孔偏斜造成深度误差 测试误差，在贯人过程中应随时用水平尺检查机座是否水平

置（膨胀0.05mm)与B位置（膨胀1.10mm)之间，控制装置的 鸣器是关着的。气压必须克服膜片刚度，并使它在空气中移动， 膜片从自然位置移至A位置时为△A,移至B位置时为△B。它 是不可忽略的。标定程序包括△A和△B的气压值，便于修正A B、C 的读数。

标定中，未实践的新膜片标定值总不稳定。解决的办法即为老化 处理过程。重复对膜片加压和减压，增大△A，减小△B，直到它们 达许用范围

（1）扁板侧胀板头贯人到试验深度后，启动秒表开始计时，并 开始读取C压力值。 (2)按照扁板侧胀试验程序操作读取C压力值，在读取C压 力值时，要记下读数时的时间。为了获取光滑的C压力值消散曲 线，计时间隔应由密而疏。在不同时刻重复上述操作读取C压力 值（如0.5、1、2、4、8、15、30、60.....·min时的C压力读数）。 11.3.12铁四院根据上海浦东、温州、湖州及宁德等多个场地的 试验结果证明：在饱和软黏性土中，DMTC消散试验测试的C压 力值换算得到的终止压力力值近似等于孔隙水压力。因此在试 验场地地下水位未知或不明确时，通过一个试验孔的C值消散达 稳定值，可以计算出该试验场地的地下水位。明确试验场地的地

下水位后，DMTC消散试验结束判断标准可按式（说明11.3.12 确定：

(说明11.3.12)

面度。直角尺靠在板头上接头两侧，量测两板面到直角尺距离，差 值应小于4mm，否则应予校直。用150mm直尺沿板头轴向置于 板面凹处，倘用0.5mm塞规插不进，其弯曲程度可以接受，若能 插进，则需校正（可用液压机或杠杆方法校直）

（1）检查管路两端接头的导性、绝缘性是否良好。 (2)将管路一端密封放人水中，另一端接人4MPa气压，检查 管路有无泄露， (3)检查管路有无阻塞；将一根长管路一端接入测控箱上，另 一端空着，加压4MPa，压力表指针不应超过800kPa，超过此值， 视阻塞程度加以修换。 (4)检查管路是否夹扁或破裂。 11.4.1扁板侧胀试验中测得的A压力是作用在膜片内部使膜 片中心向周围土体水平推进0.05mm时所需的气压，为获得膜片 在向土中膨胀之前作用在膜片上的接触压力po(0mm膨胀)需要 修正A压力以考虑膜片刚度、0.05mm膨胀本身和排气后压力表 零度偏差的影响。Marchetti和Crapps(1981年）假设土一膜界面 上的压力与膜片位移间的关系成线性，如说明图11.4.1所示.这

的特点。 (2)黏性土的Ip值一般较小,UD值一般较大。 (3)砂性土的I值一般较大，UD值非常低，接近0。 (4)在均质土中贯入，po~P1~²、△、Ep均随深度线性递增 ID、UD保持稳定，KD则呈递减趋势。 （5)K曲线很大程度上反映地区土层的应力历史，超固结土 KD较大。 6)在非均质土中贯人，各曲线起伏变化较大，遇砂性土变化 加剧。

(2)黏性土的ID值一般较小,UD值一般较大。 （3）砂性土的I值一般较大，UD值非常低，接近0。 (4)在均质土中贯入，po~P1~P?、△p、Ep均随深度线性递增 ID、UD保持稳定，KD则呈递减趋势。 （5）K曲线很大程度上反映地区土层的应力历史，超固结士 KD较大。 （6)在非均质土中贯人，各曲线起伏变化较大，遇砂性土变化 加剧。 11.4.5尽管土类指数Ip与土的粒径分布无直接关系，但许多试 验结果表明，同一类土具有相同的值。我们总结国内多家单位 试验结果，最后得到：淤泥、淤泥质黏土、黏土及淤泥质粉质黏土的 ID值一般在0.16～0.35之间，平均值为0.24，变异系数为 0.19,表示其低变异性及均一型变异特征；粉质黏土的ID值一般 在0.24~～0.75之间，平均值为0.40，变异系数为0.41，变异特 征为剧变型，这是粉质黏土中粗细颗粒变化较大所致；粉土·Ip值 为0.60～1.80，砂土ID值为1.80～3.60。据此分析得：Ip值明显 反映了土中粗细颗粒的变化情况，是一种视土壤的主要颗粒尺寸 而定的参数，可据ID值进行土质分类。 国内诸试验结果Ip值基本符合Marchetti(1980年）提出的土 质分类表，唯黏土与粉质黏土界限Ip值0.35稍偏大。目前所得黏 上I最大值为0.35，而绝大多数I≤0.30且粉质黏土ID最小值 为0.24，考土工试验中存在土样扰动或部分失水而造成ID值偏 低影响土的正确定名，将黏土与粉质黏土界限ID值定为0.30更能 接近我国实际情况

(说明11.4. 6—1)

提出确定王壤状态及重度，式中n、m取值见说明表11.4.6， 这样线 A、B、C、D将土的状态分成5个等级。经分析,A,B、C.D

四直线交于—一点Q（lgIp=—7.667，lgEp=—0.748），故可得

(说明11.4.6一2) 如此，可将试验所得ID、Ep值代人上式得到㎡所表征的界限 值再与四直线㎡值比较可得土的状态。结合目前试验数据，我们 将四直线的界限㎡值进行了修正；又根据铁路工程岩土分类标准 将黏性土的状态分为四类，即流塑、软塑、硬塑及坚硬，因此综合得 到条文所列表 11. 4. 6。

说明表11.4.6n、m取值

11.4.7铁四院在连云港、宁波、无锡、昆山、武昌地区，对一般饱 和黏性土（含软黏土)共开展了52组应力铲和DMT对比试验，得 到用应力铲测定的静止侧压力系数（K。）。与按Lunne(1990年）提 出的计算式

【说明11.4.7】

之比(K。）/K。=0.71～1.47,平均为1.:07,变异系数=0.37。本 规程采用0.30的系数。 11.4.8铁四院在昆山、无锡、武昌三地进行了钻孔取样做三轴不 排水压缩试验与DMT、CPT进行对比，在39组E,与Ep数据中有 32组△100kPa饱和黏性土，得到比值E/Ep=2.1～4.7,平 均为2.92,变异系数=0.36。若以本规程式（9.5.19)估算的不 排水模量（Eu）cPT计，则有（E.）cPT/Ep=2.58～4.64，平均为3.62， =0.26。 1证产

体的膨胀压力可视为平面应力（单向压缩），则用DMT测定地基 水平基床系数是可行的。简述如下： (1)侧胀仪抗力系数kh表达式的推求。 原规程假设用悬链线描述沿曲面母线（膜片原直径方向）的剖 面线形态，缺乏一定的理论基础。唐世栋等(2003)认为：扁板侧胀 试验时，由于土的变形量较小，可将整个过程作为弹性阶段来考 虑，膜向外扩张可假设为在半无限弹性介质中在圆形面积上施加 均布荷载△力，并提出侧胀仪抗力系数可按下式计算：

Kh112·入·kh （说明11.4.92)

说明表11.4.9—1正常固结土的流变因素α

S B≤0.6 m 50B 入1= （说明11.4.9—3） (0.6) 0. 1 ,B>0. 6 m B

③加载速率修正。 扁板侧胀试验是一种快速加荷试验，而实际工程的加荷速率 则要慢得多，因此在利用扁板侧胀试验结果计算水平基床系数时

还应乘上相应的速率修正系数入3有资料表明，土体（尤其是软 土）在快速加荷条件下的基床系数与慢速加荷条件下是不一样的， 而这种影响的大小在不同土性中也是不一样的，加荷速率的影响 主要与土性有关。陈国民（2001）曾指出，速率修正指数在淤泥质 土中取0.5。而在砂土中，扁铲试验过程可视为完全排水过程，所 以入3值可取为1。唐世栋等(2003)考虑了材料指数ID与土性的关 系后建议，入3按下式取值：

Kh =0. 2 kh

对扁板侧胀试验计算基准水平基床系数与静力触探比贯人阻力力进行拟合分析如说明图11.4.9—2所示，若按I>0.25的黏性士（Q4）、0

400螺旋板载荷试验(Q4)螺旋板载荷试验(Q3)300—→—扁板侧胀试验(Q4)一扁板侧胀试验(Q3)旁压试验(Q4)200旁压试验(Q3)规范经验值100001234567ps (MPa)说明图11.4.9—6不同试验确定黏性土基准基床系数与力拟合汇总图1.0；对于0.25

探消散的速率慢。因此，可以借鉴国外经验，利用DMTC消散实 测曲线与孔压消散理论曲线进行拟合对比分析，建立计算水平固 结系数的公式。 借鉴Houlsby&Teh（1988，1991）孔压消散理论，可建立 DMTC消散试验计算水平固结系数的公式为

R(TMTC :I) toMTC

trMTC tPTU

(说明11.4.11一2) (2)对式（说明11.4.11一2)进行整理，可以得出下式：

r·(TFTU :VI) r tcPTU tCPTUL TcPTU r .tDMTC·TcPTU TDMTC= R². (/) R2 R tCPTU toMIC tDMTC

阻应变式，它的技术性能应符合下列要求， (1)传感器的检测总误差不应大于3%FS，其中非线性误差 重复性误差，后误差、归零误差均应小于1%FS。 （2）传感器组在工作状态下，其各部传感器的互扰值应小于其 本身额定输出值的0.3%FS。 （3）传感器组的绝缘性能，应符合下列规定： D传感器组出厂时的绝缘电阻应大于500MQ，并且在3MPa 水压下，恒压2h后，其绝缘电阻仍不小于500M2。 ②用于现场测试的传感器组，其绝缘电阻不得小于20MQ。 （4）探头应能在一10℃～45℃的环境温度中正常工作；标定时 与工作时的温度变化不宜大于20℃。 旋转触探时，螺旋头以一定的贯人速度和转速旋转贯入地

层，同时通过定量泵向锥头输水，以排除螺旋锥头所切削排出的 土，此时水压力传感器所测锥头排水口的水压力即为旋转触探排 土水压力w。 12.3.3旋转触探时，先开泥浆泵是为了防止泥土淤塞锥头排 水口，使触探无法进行。根据试验经验在黏性土地层贯入速率 在（205）mm/s，砂土地层在（10士2）mm/s；定量泵采用流量 67 L/min挡。 12.4.1～12.4.6为便于使用旋转触探划分土层和土类，课题组 总结了旋转触探曲线特征图表（说明表12.4：6）及判别土类图（说 明图12.4.6—1、说明图12.4.6—2)。

说明表12.4.6旋转触探曲线特征图表

续说明表12.4.6

依据邮黄线、京津城际、京沪线等9个工点，637个士样与相对 应的旋转触探成果进行分析，在旋转触探B一M散点图上，各类土 分区明显，从而构建出土类划分边界方程（说明图12.4.6一1）。依 据天津大北环线等天津地区资料，着重对淤泥质土的旋转触探参 数进行了统计分析,在收集的76份样本中，水压比B.范围0.35～

12.4.7经研究发现，选用相同规格的探头，触探过程中若探头的 贯人速度相同，则旋转扭矩与锥尖阻力存在相关性，且与触探的土 本物理力学性质相关。也就是说在旋转触探参数中旋转扭矩和锥 尖阻力并不独立，这与静力触探中的锥尖阻力和侧摩阻力的关系， 存在差异。因此，需要对旋转触探参数进行处理，得到能够表征岩 土工程性质的旋转触探特征量。 在旋转触探过程中，锥头探孔轴线做直线运动，同时锥头还 绕探杆轴线做切削地层的回转运动。可见，在旋转触探过程中贯 人力与旋转扭矩（螺旋）做功。 采用旋转触探特征量用e表示，代表旋转触探锥头探人单位 体积地层所消耗的功，即旋转触探比功，则有：

12.4.8根据收集到的钻孔化验资料按《铁路工程地质勘察

此外，根据现有资料统计得到了利用旋转触探成果估算单桩 极限承载力和桩基沉降的初步成果，经现有工程实例检验，效果良 好。但是受限于所得样本数量不足，暂将其列人条文说明供参考 使用，今后还需进一步积累经验逐步完善。 钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力可按下式估算：

Qu=Uhipiéer: 十nA.ep（说明12.4.8—1)

式中U一 桩身周长(m); h— 桩身穿过的第i层土厚度（m）； A一 桩底（不包括桩靴）全断面面积（m²）： éri—第i层土的旋转触探比功平均值（MPa），可用下式 确定：

说明12.4.8—2)

直），角标j=1，2，，n为触探参数数据序号，n 为第讠层土触探参数数据总数： ep 桩底旋转触探比功计算值（MPa）； P 分别为第i层土的极限摩阻力和桩尖土的极限 承载力综合修正系数。 （1)er应按下列要求计算： 以桩底高程以上4d(d为桩径)范围内平均端阻érp1小于桩底 高程以下4d范围内平均端阻érp2时，取

Erp (empl +erp2 ) /2

(说明12. 4. 8—3)

(说明12.4.8—4)

JTG／T 5521-2019 公路沥青路面再生技术规范 (2)in可按下列公式计算：

（说明12.4.8—5） （说明12.4.8—6)

路基及群桩基础沉降可按下式估算：

I; △（说明12.4.8—7） i aén+b,

其峰值为Imax=0. 5+0. 1 ~△p/ovImx深度处地基土体有效应力；但当基底附加应力影响因子分布三角形范围内存在刚性边界，即存在较厚的坚硬粘性土层，其孔隙比小于0.5、压缩模量大于50MPa，或存在较厚的密实砂卵石层，其压缩模量大于80MPa时JGJ/T 423-2018玻璃纤维增强水泥(GRC)建筑应用技术标准，在刚性边界上部I分布不变，刚性边界下部I=0。00ZuZn4me4刚性地基边界线Znz*(a)不存在刚性地基边界(b)存在刚性地基边界说明图12.4.8一5基底应力影响因子分布示意图影响深度之计算方法如下：(1）当无相邻荷载影响，基础宽度在1m～30m范围内时，影响深度，zn一B（2.5一0.4lnB），其中B为基底宽度。在计算深度范围内存在基岩时，，可取至基岩表面；当存在较厚的坚硬黏性士层，其孔隙比小于0.5、压缩模量大于50MPa，或存在较厚的密实砂卵石层，其压缩模量大于80MPa时，&，可取至该层土表面。（2）除（1）以外情况，影响深度应按应力比法确定，即附加应力0z与土的自重应力0e应符合下式要求：6<0.10c。以某高速铁路路基试验段和桥梁墩台沉降监测资料与旋转触.292:

基于实测沉降观测结果预测该墩台最终沉降量为7.12mm。由此 可见，本文所提出的基于旋转触探技术的基础沉降计算方法效果 良好。某高速铁路桥梁墩台沉降计算结果对比见说明表 12. 4. 83。

此外，依据旋转触探测试结果估算路基及群桩基础沉降应符 合下列要求： (1)适用于一般黏性土、粉土和砂类土地基。 (2)适用于估算水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）路基基础或桩中 心距小于6倍桩径、排列密集的群桩基础。 （3)桩基承台、桩群和桩间土视为实体基础，不考虑沿桩身的 应力扩散。 （4)计算沉降深度自桩端全断面平面算起。 （5）各地区应根据当地的工程实测资料统计对比、验证，确定 相应的路基及桩基沉降计算经验系数