高寒陰濕區(qū)三級公路軟土地基處治

田 明

（甘肅省隴南公路管理局，甘肅 隴南 746000）

高寒陰濕區(qū)三級公路軟土地基處治

田 明

（甘肅省隴南公路管理局，甘肅 隴南 746000）

軟土地基的存在是公路工程建設(shè)中常常遇到不可忽視的問題。由于不同地質(zhì)形成的特殊性，使得公路沿線局部路基下可能存在較為深厚的軟弱土層，若對該軟弱土層處理不徹底，極有可能因?yàn)檐浫跬恋鼗木鶆虺两祷虿痪鶆虺两盗窟^大而影響公路功能的正常使用。為了保證公路建成后舒適、安全、高效的運(yùn)營，軟弱土地基的處治成效成為公路建設(shè)的關(guān)鍵。如何選擇合理的軟弱土地基處治方案和方法，使公路建設(shè)達(dá)到目標(biāo)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有極為重要的實(shí)際意義。本文從軟弱土地基的成因及特性分析，現(xiàn)場實(shí)際勘查。并經(jīng)過采樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，掌握軟弱土地基的特點(diǎn)。結(jié)合本工程實(shí)際，采取經(jīng)濟(jì)有效的處理辦法。

軟土地基；工程危害；因素和特性；破壞機(jī)理；試驗(yàn)分析；處治方案；處治效果

禮武公路是我省實(shí)施新一輪西部大開發(fā)戰(zhàn)略、扶貧開發(fā)戰(zhàn)略和“一帶一路”戰(zhàn)略的工程項(xiàng)目。也是全面推進(jìn)小康社會建設(shè)，更好地與國家公路網(wǎng)銜接，完善省域干線公路網(wǎng)布局和結(jié)構(gòu)的重要組成部分。是禮縣及武都區(qū)北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)連接蘭海高速公路和國道G212線的主要干線公路。該路線設(shè)計(jì)等級為三級公路，全長142.82km。其中K80+000至K110+000段山脊、越嶺線正處于高寒陰濕區(qū)段，該區(qū)域山巒重疊，溝壑縱橫，山嶺海拔一般為2500m～3500m。晝夜溫差大，每年6～9月份相對降水豐富，年平均氣溫在6℃以下，屬于典型的高寒陰濕氣候，熱量不足，土壤天然含水量增大，極易使公路路基產(chǎn)生凍縮，而形成軟弱土路基。

一、軟弱土地基的工程危害

（一）地基抗剪強(qiáng)度不夠出現(xiàn)路基的滑移、開裂、路面起伏不平，路堤側(cè)向整體滑動，邊坡外側(cè)土體隆起等。

（二）橋涵通道等構(gòu)造物兩側(cè)與路基銜接處軟弱土的不均勻沉降，引起跳車顛簸等質(zhì)量通病，給公路行車安全帶來不同程度的危害。

（三）路堤的變形以及地下水位過高，將導(dǎo)致路面的破壞。

（四）構(gòu)造物底部地基失穩(wěn)，沉降過大或不均勻沉降，造成構(gòu)造物不同程度的損壞等。

因此，路基施工時(shí)要對軟土地基進(jìn)行處理。改善地基土的工程性質(zhì)，達(dá)到公路動載和靜載對地基穩(wěn)定和變形的雙重要求。

二、軟弱土地基產(chǎn)生的因素和特性

（一）產(chǎn)生軟土地基的主要因素

1.水的影響：水是影響道路軟土地基產(chǎn)生的最基本因素，由于路基內(nèi)部地下水、地下層間水以及路表的雨水、冰雪水、地面積水滲入。當(dāng)其水分過多時(shí)，水分在土顆粒間起到潤滑作用。其間距加大，周圍水膜增大，導(dǎo)致土顆粒之間的摩阻力消失。使土壤失去原有強(qiáng)度，產(chǎn)生軟土地基。

2.土質(zhì)的影響：土質(zhì)決定是否產(chǎn)生軟弱土地基的根本因素。粉性土其特點(diǎn)是水穩(wěn)性差、毛細(xì)作用大。在負(fù)溫作用下水分聚流，土體強(qiáng)度降低，失去穩(wěn)定性；黏性土透水性較小、毛細(xì)作用小，只有水源充足的情況下，才能形成軟土地基；砂質(zhì)粉土溫差聚流作用特別嚴(yán)重，毛細(xì)水上升高度大，顆粒細(xì)，滲水性能差，化凍時(shí)水分不易排出，水分飽和時(shí)失去穩(wěn)定性形成軟土地基；粗顆粒的砂礫土土壤毛細(xì)水上升的高度小、空隙大。在凍結(jié)過程中，溫差作用下水分的聚流現(xiàn)象極輕微。而且這種土壤有良好的透水性、排水性、和水穩(wěn)定性。所以，即使路基含水量大，甚至在飽和狀態(tài)下，仍然具有相當(dāng)高的強(qiáng)度，能保持穩(wěn)定，不會形成軟土地基。

3.氣溫的變化也是形成軟弱土路基的原因，體現(xiàn)在凍融兩個(gè)方面。秋季雨水增多地表水分下滲，路基土中水位升高，含水量增大甚至達(dá)到超飽和狀態(tài)，這是產(chǎn)生軟土地基的先決條件。冬天氣溫降低，土體內(nèi)的毛細(xì)水和薄膜水都開始凍結(jié)。如果凍結(jié)線暫時(shí)停留在某一深度處，下層未凍區(qū)內(nèi)的毛細(xì)水和薄膜水會源源不斷地向凍結(jié)線處聚集，并隨即凍結(jié)形成一個(gè)含有大量冰晶體的聚冰層。隨著凍結(jié)線的逐漸向下推移和停留，在更深處還可能形成新的聚冰層。與此同時(shí)，路基土體發(fā)生不均勻凍脹，路面出現(xiàn)隆起或凍脹裂縫。待春季氣溫回升，路基中的冰晶體自上向下開始融化。由于路面和路肩導(dǎo)熱差異，使得路基中部比兩側(cè)化凍較快，形成一個(gè)凹槽。大量水分聚集，使公路路基失去承載能力。在行車動載作用下泥漿從路面裂縫里擠出來，發(fā)生彈簧、裂縫、鼓包等現(xiàn)象，形成軟土路基。

除上述主要因素外，造成道路軟土地基的原因還與諸多自然因素及客觀條件等有關(guān)，如路基靠近坑塘、魚池、邊溝排水不暢、邊溝被利用排放污水、農(nóng)田排澇、灌溉、路面積水、積雪、路基高度不足、水文、地質(zhì)情況復(fù)雜、交通量過大、重型車輛較多等等。

（二）軟土地基的特性

軟土成分主要由黏土粒組和粉土粒組組成，并含有少量的有機(jī)質(zhì)。構(gòu)成黏粒的主要礦物成份為蒙脫石、高嶺石和伊利石。這些礦物晶粒很細(xì)，呈薄片狀，表面帶負(fù)電荷，它與周圍介質(zhì)的水和陽離子相互作用，形成偶極水分子，并吸附于表面形成水膜。在不同的地質(zhì)環(huán)境下沉積形成各種絮狀結(jié)構(gòu)。因此，軟土的天然含水量（一般為35%～80%）和天然孔隙比（e＞1）都比較高。軟土的高含水量和大孔隙比不僅反映土中的礦物成份與介質(zhì)相互作用的性質(zhì)，同時(shí)也反映軟土的抗剪強(qiáng)度和壓縮性的大小。含水量愈大，土的抗剪強(qiáng)度愈小，壓縮性愈大。反之，強(qiáng)度愈大，壓縮性愈小。軟土同時(shí)具滲透性小、觸變性和流變性等特性。在靜荷和動荷的作用下，軟土承受剪應(yīng)力的作用產(chǎn)生剪切變形，導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的衰減，有可能繼續(xù)產(chǎn)生明顯的二次固結(jié)沉降。

三、軟弱土地基的破壞形式和機(jī)理

由于軟弱土固有的不良工程力學(xué)特性，會對工程造成極大的危害性。綜合分析主要表現(xiàn)為以下幾種形式：

（一）由于地基土不足以承受其上的車輛動載和附屬構(gòu)筑物的靜載產(chǎn)生的作用力而造成的剪切破壞，表現(xiàn)為迫使鄰近地基產(chǎn)生隆起。

（二）由于軟弱土地基的高壓縮性，而發(fā)生的地基不均勻沉降。使附屬構(gòu)筑物的基礎(chǔ)應(yīng)力過于集中出現(xiàn)裂縫，構(gòu)筑物最終遭到破壞，失去其使用功能；當(dāng)附屬構(gòu)筑物具有足夠剛度時(shí)，其抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度足以抵抗地基不均勻沉降而產(chǎn)生拉剪應(yīng)力時(shí)，建筑物就會發(fā)生傾斜。

（三）由于軟土地基的高孔隙比和高含水率，在使用中發(fā)生排水固結(jié)，產(chǎn)生均勻沉降，造成附屬構(gòu)筑物下沉量過高，影響正常使用功能。但在工程應(yīng)用實(shí)際中，由于公路路基是承受靜荷和動荷雙向荷載作用，其受力情況較為復(fù)雜，因此，公路工程中軟土地基發(fā)生均勻沉降的可能性極小。

四、現(xiàn)場踏勘與試驗(yàn)結(jié)果分析

通過對該工程軟土地基區(qū)K98+600、K108+280、K108+980三處路段現(xiàn)場踏勘，挖5m深探槽查看，并進(jìn)行了現(xiàn)場取樣，得出以下3組土樣室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果。

（一）K98+600處該場地為殘積淤泥類土，它是一種區(qū)域性特殊類型土。該類土天然含水量高，孔隙比大，透水性低，中壓縮性，高靈敏性，強(qiáng)度低，固結(jié)緩慢，還具有一定觸變、流變特性。此類土含水量較大，接近于飽和狀態(tài)；顏色呈灰、灰綠、灰蘭、青灰、灰褐色，結(jié)構(gòu)不均。由室內(nèi)試驗(yàn)測定得出：塑限為11.9%，液限為29.9%，塑性指數(shù)為18，大于17，屬于淤泥質(zhì)黏土。

（二）K108+280處該場地為淤泥質(zhì)土與紅黏土夾雜分布，土樣含水量較大，顏色為青灰色與紅色互相夾雜在一起，結(jié)構(gòu)不均。由室內(nèi)試驗(yàn)測定紅色土樣得出：塑限為11.5%，液限為35.0%，塑性指數(shù)為23.5，大于17，屬于淤泥質(zhì)黏土。

（三）K108+980處該場地分布為粘性土，含水量接近于飽和狀態(tài)，顏色為黃色，結(jié)構(gòu)較均勻。由室內(nèi)試驗(yàn)測定得出：塑限為11.2%，液限為34.3%，塑性指數(shù)為23.1，大于17，屬于黏性土。

五、合理選擇軟土地基加固處治方案和方法

根據(jù)工程地質(zhì)條件和地基加固原理，因地制宜合理選用處治方法。結(jié)合本工程三級公路特點(diǎn)和該軟土地基路段地質(zhì)條件以及就地取材的原則，對比選擇了經(jīng)濟(jì)有效的方案對其進(jìn)行處治。

（一）K98+600和K108+280為殘積淤泥質(zhì)黏土選用拋石擠淤，其方法是在路基底從中部向兩側(cè)拋投一定數(shù)量的塊石，將淤泥擠出路基范圍，以提高路基強(qiáng)度。所用塊石宜采用不易風(fēng)化，尺寸一般不小于0.3m，換填厚度2m，上層用粒徑較小的片石和碎石土填平，選用YZ20型振動壓路機(jī)壓實(shí)。

（二）K108+980路段為黏性土選擇砂礫土或碎石土換填，方法是挖去基礎(chǔ)地面以下2.0m范圍內(nèi)的軟弱土層，分層換填質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度較高、性能穩(wěn)定、具有抗侵蝕性的砂礫土或碎石土材料，選用YZ20型振動壓路機(jī)分層碾壓使之達(dá)到要求的密實(shí)度。

六、軟土地基處理效果檢驗(yàn)

該工程在開工建設(shè)初期就選擇了兩段軟土路基K99+220-340和K108+980-K109+100作為試驗(yàn)段，對其分別應(yīng)用了拋石擠淤和碎石土換填的軟土地基加固法進(jìn)行處治。并采用直徑76cm的圓形剛性承載板，30t油壓千斤頂手動加壓的現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)。得出的P-S曲線圖無明顯拐點(diǎn)，軟基加固后物理力學(xué)參數(shù)承載力Ro達(dá)到300kPa～400kPa，變形模量Eo達(dá)到25MPa以上。處理效果明顯，也為大面積軟土地基處治選定合理的處理形式提供了依據(jù)。

［1］張曉亮.利用隧道棄碴處理高寒陰濕地區(qū)公路軟基施工［J］.科技與企業(yè)，2015（9）：115-116.

TU753

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