廣西濱海公路軟土特性及其地基處理探討

陸世斌 雷僅富 張紅日

摘要：文章以廣西濱海公路企沙至茅嶺段工程為依托，對(duì)濱海公路軟土地基開展研究，并針對(duì)其特點(diǎn)擬采用換填法、挖溝排水法、碎石樁、CFG樁及鋼渣樁等多種方法進(jìn)行地基處理，為類似沿海軟基處理提供參考。

濱海公路;軟土;地基處理;鋼渣樁

0 引言

廣西濱海公路全線沿北部灣海岸建設(shè)，線路全長(zhǎng)312.4km[1]，該公路建設(shè)對(duì)北部灣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的作用。然而沿海灘涂地區(qū)地質(zhì)形成條件較特殊，在海水的作用下，形成了眾多軟土，由于軟土地基承載力低，若處理不當(dāng)，容易引發(fā)路基沉降、路面開裂、橋頭跳車等諸多問題，對(duì)道路的穩(wěn)定和使用有著顯著的影響。由于不同區(qū)域的軟土具有不同的特點(diǎn)[2]，軟土的地基處理要結(jié)合軟土的特性和項(xiàng)目的特點(diǎn)，選擇合理的地基處理方法。目前關(guān)于廣西濱海軟土及地基處理方面的研究較少[3]，為此，本文結(jié)合廣西濱海公路的軟土特點(diǎn)，分析濱海軟土特性及地基處理方式，為類似工程提供參考。

1 項(xiàng)目概況

廣西濱海公路企沙至茅嶺段位于防城港市東部，是一條緩解企沙工業(yè)區(qū)及疏港交通壓力的應(yīng)急通道。該公路包括主線K線和東島聯(lián)線LK線。LK線設(shè)計(jì)起點(diǎn)位于企沙鎮(zhèn)齋公坡，設(shè)計(jì)起點(diǎn)樁號(hào)為L(zhǎng)K0+000，設(shè)計(jì)終點(diǎn)位于港口區(qū)大坪坡村，設(shè)計(jì)終點(diǎn)樁號(hào)為L(zhǎng)K7+110。東島聯(lián)線設(shè)計(jì)總長(zhǎng)7.11km，路基設(shè)計(jì)寬度為33.5m。K線設(shè)計(jì)起點(diǎn)位于企沙鎮(zhèn)中間村，設(shè)計(jì)起點(diǎn)樁號(hào)為K0+400，設(shè)計(jì)終點(diǎn)位于茅嶺鄉(xiāng)宋屋村，設(shè)計(jì)終點(diǎn)樁號(hào)為K25+799.304。K線設(shè)計(jì)總長(zhǎng)約26.1993km，路基設(shè)計(jì)寬度為33.5m。該公路設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h，平均每公里造價(jià)超過6500萬元，總造價(jià)超過23億元。該項(xiàng)目擬建場(chǎng)地屬華夏-新華夏構(gòu)造體系。華夏-新華夏構(gòu)造體系由一系列北東向的褶皺和斷裂所組成，伴生有不同時(shí)期的巖漿巖。該路線區(qū)域地質(zhì)較為復(fù)雜，主要地形為剝蝕侵蝕低丘地貌，路線經(jīng)過眾多河溝、蝦塘、水田及沿海灘涂，軟土多分布于這些區(qū)域，路線經(jīng)過的區(qū)域主要地層巖性為志留系下統(tǒng)連灘組砂巖及頁(yè)巖（S1ln）。

2 廣西濱海公路軟土工程地質(zhì)特征

2.1 軟土工程地質(zhì)條件

濱海公路軟基數(shù)量大，平均每條公路至少約1/3在軟基上，廣西濱海公路企沙至茅嶺段工程也不例外，該項(xiàng)目軟基路段占路線總比達(dá)45%，主要軟土地基如下頁(yè)表1所示。各段軟基地貌主要為蝦塘、河谷（溝）、水田，各段軟基厚度變化較大。軟土地區(qū)地下水主要為賦存于第四系土層中的上層滯水，由大氣降水、河流及淤積地表水補(bǔ)給，以滲透的形式，向低洼地帶排泄。軟土地基段的地層巖性主要為低液限黏土、含砂低液限黏土及志留系下統(tǒng)連灘組（S1ln）泥質(zhì)砂巖，局部地段分布有少量的粉質(zhì)黏土、第四系素填土及耕植土。低液限黏土為灰黑色，飽和，以軟塑狀態(tài)為主，黏性一般，土體較軟，強(qiáng)度低，有一定的韌性，切面光滑，含少量細(xì)砂，土體呈深灰色，含少量細(xì)小石英顆粒，粒徑為1～8mm，且含少量腐木，具有腥臭味，分布不均，各軟土段場(chǎng)地都有分布。含砂低液限黏土呈棕紅、灰色，飽和，松散，黏性差，切面粗糙，磨圓較差，分選性差，成分主要為石英，粒徑多為1～3mm，最大粒徑約50mm，且含大量黏粒，遇水軟化易散。各軟土段區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，無不良地質(zhì)作用，區(qū)域地殼相對(duì)穩(wěn)定。

2.2 軟土特征

廣西濱海公路的軟土具有普通軟土的特性，其天然含水量較高，孔隙比大、壓縮性高、強(qiáng)度低，除此之外，還有其他幾個(gè)方面的特性：

（1）厚度變化大

由于廣西濱海公路所經(jīng)過的區(qū)域總體地形面起伏較大，土層分布不均，變異性較大，軟土在靠近丘坡一側(cè)厚度逐漸變小，靠近河溝、蝦塘一側(cè)厚度大。且沿線軟土分布不均，主要由淤泥質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)砂土組成，厚度為1～10m不等，蝦塘、水田區(qū)域軟土厚度淺，河溝、沿海灘涂區(qū)域軟土厚度大，且同一片區(qū)域軟土厚度變化也較大，平均厚度約為5m。

（2）含鹽量較高

由于廣西濱海公路企沙至茅嶺段靠近北海，受海水的影響，近海段的地下水含鹽量高。經(jīng)取樣檢測(cè)，廣西濱海公路企沙至茅嶺段軟土段的地下水平均鹽度約為2%。軟土長(zhǎng)期在較高含鹽度的地下水中浸泡，導(dǎo)致土體含鹽量較高，但廣西濱海公路企沙至茅嶺段的軟土不同于內(nèi)陸的鹽漬土，所含鹽分中主要為氯化鈉，其成分與海水相似，且其含鹽量<3%，較內(nèi)陸鹽漬土含鹽量低。已有研究顯示[4]，土中的氯鹽含量會(huì)影響其物理力學(xué)性質(zhì)，所以氯鹽是影響廣西濱海公路企沙至茅嶺段軟土的物理力學(xué)性質(zhì)的因素之一。

（3）具有一定砂礫含量

廣西濱海公路企沙至茅嶺段的軟土具有一定的含砂量，且砂量分布不均，不同地段含砂量不同，其含量在10%～48%之間。含砂量多的軟土主要分布在近海灘涂、河溝、蝦塘處，如LK2+270～LK2+520、K22+040～K22+280、K21+380～K21+500、K12+560～K12+900等許多段落均有分布，砂的粒徑為0.075～30mm不等，這類軟土在野外被定名為含砂淤泥質(zhì)土。其他地段的軟土也有一定的含砂量，但砂子含量較少，其粒徑也較小。研究顯示[5]，含砂量對(duì)淤泥質(zhì)土的物理力學(xué)特性有重要影響，此類軟土相比不含砂的淤泥質(zhì)土，其滲透系數(shù)較大，粘聚力較低，內(nèi)摩擦角較高，因?yàn)槠漯ち：拷档?，液限也隨之降低。

（4）軟基承載力不一

廣西濱海公路企沙至茅嶺段各段軟土地基的持力層巖性基本為泥質(zhì)砂巖，局部地段為砂巖夾泥巖，但各段的軟土物理力學(xué)性質(zhì)有些差異，導(dǎo)致各軟土地段的地基承載力不一。部分地段的軟土滲透性相對(duì)較大，其固結(jié)條件較好，所以承載力相對(duì)較高。從對(duì)各段區(qū)域的軟土地基的勘察情況來看，廣西濱海公路企沙至茅嶺段各段軟土地基的承載力存在這樣一個(gè)趨勢(shì)，即：河溝地段軟土地基承載力>水田地段軟土地基承載力>蝦塘地段軟土地基承載力。

2.3 廣西濱海公路軟土的物理力學(xué)指標(biāo)

土作為一種多孔介質(zhì)，其物理性質(zhì)對(duì)力學(xué)性質(zhì)有著十分重要的影響[6]。從下頁(yè)表1可以看出，含砂低液限黏土和低液限黏土的孔隙率分別為1.051、1.291，兩者孔隙比皆大于1小于1.5，含砂低液限黏土的含水率為38.8%，大于其液限含水率（33.5%）;低液限黏土的含水率為45.3%，大于其液限含水率（38.9%）。根據(jù)2009年巖土工程勘察規(guī)范，該兩類土屬于軟土，其土體飽和度都為100%，土體抗剪強(qiáng)度較低，壓縮量高，壓縮系數(shù)>0.5，屬于高壓縮性土，滲透性較差。

從下頁(yè)表2中可以看出，含砂低液限黏土所含的砂及粉粒較多，2mm以上的細(xì)礫占6.6%，0.075～2mm的砂粒占39.8%，0.075mm以下的顆粒占53.6%，該軟土所含的砂粒含量較高，超過30%。低液限黏土中粒徑在0.075～2mm之間的砂粒含量為14.8%，粒徑<0.075mm的粉粒、黏粒含量為85.2%，所含的砂粒含量較少?？梢?，廣西濱海公路企沙至茅嶺段分布的軟土有一定的砂礫含量。

廣西濱海公路企沙至茅嶺段分布的兩類軟土物理力學(xué)指標(biāo)差別較大，究其原因主要在于黏粒含量的不同。含砂低液限黏土的黏粒含量所占的比例較低液限黏土高，所含的砂礫粒徑也相對(duì)較大。從試驗(yàn)結(jié)果可知，軟土的砂礫含量會(huì)影響其物理力學(xué)性質(zhì)，相比砂礫含量較少的低液限黏土，含砂低液限黏土的液塑限、粘聚力、壓縮系數(shù)相對(duì)較低，而其內(nèi)摩擦角、壓縮模量、滲透系數(shù)相對(duì)較高。所以，廣西濱海公路企沙至茅嶺段的軟土，在一定范圍內(nèi)砂礫含量較高的軟土液塑限、粘聚力、壓縮系數(shù)等指標(biāo)更低，而其內(nèi)摩擦角、滲透系數(shù)等指標(biāo)更高。

3 廣西濱海公路軟土的地基處理措施

廣西濱海公路企沙至茅嶺段處于沿海地區(qū)，軟土段地基承載力不均，在鋪筑路基之前，應(yīng)選擇合適的方法進(jìn)行地基處理，使處理后的地基達(dá)到設(shè)計(jì)要求，方可進(jìn)行路基回填。選擇地基處理方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)軟土區(qū)域的工程地質(zhì)條件、道路的使用要求、施工條件、材料的供應(yīng)情況綜合考慮[7]。廣西濱海公路企沙至茅嶺段軟土厚度為1～10m不等。針對(duì)不同軟土特點(diǎn)擬采用以下方法：

（1）換土墊層法

換土墊層法是將軟弱土清除至一定深度或全部清除后分層填筑物理力學(xué)性質(zhì)較好的材料，并按要求壓實(shí)，形成雙層地基，地基應(yīng)力通過墊層擴(kuò)散，使得傳至下部軟弱土層的應(yīng)力減少，從而提高地基承載力的一種方法[8]。

沿海路基施工取土困難，棄土更困難。軟基路段地勢(shì)平坦，路基兩側(cè)大部分為蝦塘、基本農(nóng)田或者村落，少部分為土坡，由于占用蝦塘的賠償費(fèi)用相當(dāng)昂貴，且我國(guó)對(duì)基本農(nóng)田嚴(yán)格保護(hù)，導(dǎo)致軟基就近棄土相當(dāng)困難。本項(xiàng)目棄土一般運(yùn)距都超過5km，并且棄土場(chǎng)占地大、復(fù)墾難度大、圬工防護(hù)建設(shè)費(fèi)用亦不小，同時(shí)換填取土困難亦成為本濱海公路建設(shè)的難題，一般路基填土基本運(yùn)距都超過5km，并且需新增農(nóng)林業(yè)用地，破壞生態(tài)。

綜上所述，濱海公路軟基換填在大部分路段并不合算，濱海公路換填只在軟基厚度較淺，平均厚度不到3m，并且零星分布，軟土地基主要為淤泥質(zhì)黏土，排水條件較差，運(yùn)輸方量不會(huì)特別大的路段，可將厚度不大的軟土全部挖除，填筑物理力學(xué)性質(zhì)較好的巖土材料。

（2）挖溝排水法

針對(duì)滲透性較強(qiáng)的含砂質(zhì)濱海沉積相軟土，也可采用挖溝排水的軟土地基處理方法[9]。其做法是在軟土地基中每隔10m開挖一定數(shù)量的橫縱溝槽，并填以砂礫或碎石，在交叉處設(shè)置豎井，用水泵抽取排出水體，用壓路機(jī)對(duì)排水后的地基土進(jìn)行翻壓處理。

軟土厚度較淺，一般厚度<3m時(shí)，軟土地基主要為砂質(zhì)淤泥土，屬于含砂低液限黏土，局部為淤泥質(zhì)砂土，具有較強(qiáng)的滲透性以及較好的承載力（一般>80kPa），并且排水條件較好的路段，軟土地基擬采用挖溝排水法。挖溝排水能夠有效降低軟基換填或者處理的費(fèi)用，避免由于取棄土造成的環(huán)境壓力，在承載力較好的地方是一種非常值得推薦的方法。

（3）碎石樁復(fù)合地基

碎石樁是采用振動(dòng)沉管等機(jī)械設(shè)備，以碎石為主要填充料形成的一種密實(shí)樁體。碎石樁復(fù)合地基是由碎石樁和樁間土共同構(gòu)成的復(fù)合地基[8]。

廣西濱海公路企沙至茅嶺段大部分軟基深度基本都處于3～6m范圍內(nèi)，對(duì)于3～6m的軟土地基擬采用碎石樁處理。

（4）CFG樁

CFG樁又稱水泥粉煤灰碎石樁，是一種低強(qiáng)度素混凝土樁，原材料主要為碎石、石屑、粉煤灰、水泥和水，形成混凝土拌和物，在軟土地基中灌注，形成CFG樁，并在上部鋪設(shè)褥墊層，形成復(fù)合地基[8]。CFG樁具有擠密加固和置換作用。

廣西濱海公路企沙至茅嶺段部分軟基>6m，對(duì)于>6m的軟土地基擬采用CFG樁處理，施工機(jī)械采用長(zhǎng)螺旋鉆桿，施工過程嚴(yán)格控制混凝土的質(zhì)量。

（5）鋼渣混凝土樁復(fù)合地基

鋼渣樁復(fù)合地基的樁長(zhǎng)由軟土層厚度確定，樁端應(yīng)穿過軟弱土層，并嵌入持力層，持力層宜取穩(wěn)定的堅(jiān)硬土層或風(fēng)化基巖。樁身采用鋼渣混凝土，采用長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁，進(jìn)入持力層0.5～1.0m，風(fēng)化基巖取小值，土層取大值[10]。其受力特點(diǎn)與CFG樁復(fù)合地基一樣，能夠有效提高地基承載力。

防城港目前有盛隆冶金公司每年廢棄鋼渣數(shù)十萬噸，而且還在逐漸增長(zhǎng)，另外柳鋼在企沙打造的鋼鐵基地，已經(jīng)開始投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，勢(shì)必會(huì)增加該地區(qū)鋼渣處理壓力。這些項(xiàng)目地處企沙境內(nèi)，鋼渣運(yùn)距較短，在滿足軟土路基穩(wěn)定的要求下，鋼渣在濱海軟基處理方面的運(yùn)用與CFG樁相比成本減少20%以上，經(jīng)濟(jì)效益極為明顯，并且固廢利用，生態(tài)環(huán)保，符合國(guó)家可行性發(fā)展戰(zhàn)略。建議進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度及污染遷移試驗(yàn)研究，根據(jù)研究結(jié)果開展試驗(yàn)段，驗(yàn)證可行性后大力推廣。

4 結(jié)語

隨著我國(guó)海洋工程建設(shè)的逐步飽和，人們開始興起了近海工程建設(shè)的熱潮，調(diào)查研究近海工程地質(zhì)特征是影響海岸工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文以廣西濱海公路企沙至茅嶺段的各段軟土地基為研究對(duì)象，分析了近海路段的地基軟土工程地質(zhì)特征，并進(jìn)一步分析了各段軟土地基的處理措施，主要結(jié)論如下：

（1）廣西濱海公路企沙至茅嶺段的軟基段主要處于魚塘、水田、河溝等環(huán)境內(nèi)，分布的軟土主要有兩類，一種為砂礫含量較少的低液限黏土，另一類為含砂低液限黏土。

（2）廣西濱海公路企沙至茅嶺段分布的地基軟土除了具有普通軟土的特性外，還有含鹽量較高、厚度分布不均勻、含有不同程度的砂礫含量等特性，其含鹽量和含砂量都會(huì)影響軟土的物理力學(xué)性質(zhì)。另外，各段軟土地基的承載力不一，河溝地段軟土地基承載力>水田地段軟土地基承載力>蝦塘地段軟土地基承載力。

（3）結(jié)合廣西濱海公路企沙至茅嶺段的軟基特點(diǎn)，經(jīng)初步分析，采用換土墊層法、挖溝排水法、碎石樁、CFG樁、鋼渣混凝土樁對(duì)該項(xiàng)目的幾段軟土地基進(jìn)行處理，并根據(jù)各自軟基特性，因地制宜，因“材”施策，采用不同的方法，降低造價(jià)，廢棄利用，環(huán)保生態(tài)，充分發(fā)揮軟基處理的靈活性。

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