公路軟土路基勘察關鍵技術研究進展分析

許和平

（新疆立弓交通勘察設計研究院有限公司，新疆 烏魯木齊 831400）

引言

特殊性巖土軟土類在我國公路工程中極為常見[1]，因其諸多工程不良特性而倍受重視。髙速公路快速發(fā)展階段因為土地資源和地理條件的約束，路線選擇很難避開軟土地區(qū)。凹凸變形、伸縮縫、路面整體沉降等病害在很多軟土地區(qū)高速公路中廣泛存在，是因為軟土多具有髙靈敏度，而且遭受完全擾動后強度會降低。

1 軟土及成因分類

1.1 軟土定義

軟弱黏性土也稱軟黏土簡稱軟土，在靜水或緩流環(huán)境中沉積并經(jīng)生物化學作用而形成，是從軟塑到流塑狀態(tài)的黏性土系。軟土長期處于飽和狀態(tài)且孔隙中充滿著水分，其種類主要包括游泥質(zhì)土、有機土、腐殖土和泥炭[1]。

1.2 成因分類

軟土分布廣泛，且形成環(huán)境復雜。綜合現(xiàn)有研究成果及在新疆地區(qū)開展的項目實踐，軟土沉積環(huán)境下的四個類型：（1）沼澤型軟土。這種地帶水分蒸發(fā)量不足以干化淹水地面，滋生大量喜水植物，經(jīng)過長時間淤積形成以泥炭為主，且下部分布有淤泥層或底部與泥炭互層的沉積物，該沉積物常出露于地表。（2）平原型軟土。平原型游積多發(fā)生在山區(qū)內(nèi)陸以及河流湖相等盆地。在河流發(fā)展過程中，軟土常以局部淤泥透鏡體形式，在河流漫灘二元結構的沉積物中存在，廢河道牛軛湖相沉積的軟土多屬于河道淤塞沉積的淤泥。（3）山地型軟土。厚度變化大、分布面積不大，游積經(jīng)過地表的有機物質(zhì)和風化產(chǎn)物相互作用而形成，多發(fā)生在沖溝、谷地、河流階地和池地環(huán)境。（4）濱海型軟土。濱海相環(huán)境受波浪和潮汐作用，砂土沉積導致軟土在沿岸與垂直岸方向有較大變化。三角洲相厚層的軟土或軟土夾薄砂層，常被表層褐黃色的黏性土所覆蓋，在河流與海洋相互作用下沉積了交錯的薄砂層和軟土層，此類游積多位于陸海相邊界處。

2 物理力學特征

雖然軟土種類很多，形成環(huán)境復雜，但具有一些共同的物理學特性，如孔隙比大、含水量髙、壓縮性高、滲透系數(shù)低、靈敏度高、顯著流變性、抗剪強度低、厚度不均、可塑性大、有限結構性、存在硬殼層等物理力學特征。

3 主要勘察技術

由于軟土的特殊性而受限，常規(guī)鉆探取樣方法因為容易對土樣產(chǎn)生擾動、破壞土體的本構模型并導致試驗數(shù)據(jù)失真。這種情況下，在軟土勘察中就特別需要靜力觸探試驗（CPT）、孔壓靜力觸探試驗（CPTU），以及地基原位固結系數(shù)和滲透系數(shù)測試系統(tǒng)（BAT）等技術，在線形分布、范圍寬廣的工程中具有速度快、經(jīng)濟等優(yōu)點[6]。

3.1 常規(guī)勘察技術

軟土路基勘察最常見的方法就是鉆探取樣和土工試驗相結合，利用鉆機對軟土進行鉆探，用薄壁取土器取樣。在有特殊要求時可以進行獲得滲透系數(shù)、靈敏度、燒灼失重、固結系數(shù)、前期固結壓力等指標的專門試驗。

3.2 CPT技術

CPT技術是原位測試技術中最主要的靜力觸探技術，有速度快、干擾小、費用低、采集數(shù)據(jù)量大、不需取樣等優(yōu)點。隨著科學進步，CPT技術已經(jīng)逐漸發(fā)展為CPTU，也就是向多功能和數(shù)字化方向發(fā)展的孔壓靜力觸探技術[7]。但是目前國內(nèi)外CPT還存在一定的區(qū)別和差距，主要表現(xiàn)在：（1）探頭規(guī)格與國際不統(tǒng)一，我國主要使用的是單橋探頭和雙橋探頭；（2）我國主要采用CPT獲取qc、fs、ps三個指標，而國際上已經(jīng)采用CPTU技術獲取Bq、Rf；（3）我國采用的單橋和雙橋探頭功能單一，國外已經(jīng)有了技術功能多樣的地震波探頭、電阻率探頭等新型傳感器。

3.3 BAT技術

BAT系統(tǒng)由瑞典工程師開發(fā)，專門用于測試地基原位孔隙水壓力、固結系數(shù)和滲透系數(shù)。主要有電子壓力傳感器、控制系統(tǒng)、玻璃容器、濾頭和套管等構成部分，通過測試過程中玻璃容器內(nèi)的壓力，計算固結土體的原位滲透系數(shù)?，F(xiàn)場操作BAT系統(tǒng)時可根據(jù)地下水壓力不同選擇抽水試驗或壓水試驗兩種測試方法：（1）壓水試驗是當玻璃容器內(nèi)壓力大于地下水壓力時水從玻璃容器內(nèi)向外流；（2）抽水試驗是當?shù)叵滤畨毫Υ笥诓Ａ萜鲀?nèi)壓力時將向濾頭滲流。

通過測量濾頭貫入所引起的超靜孔隙水壓力消散過程，也就是采用圓柱型空腔擴張及軸對稱一維固結理論模擬分析并最終得出水平固結系數(shù)[8]。

4 結語

軟土具有一系列的工程不良特性，阻礙交通基礎工程快速發(fā)展，而且在高等級公路的路線中又難以避免。由于軟土路基勘察的重要性，在“鉆探取樣與土工試驗相結合”這一常用方法的基礎上，研發(fā)并推廣了CPT（或CPTU）技術和BAT技術。隨著技術研發(fā)的深入，未來公路軟土路基的勘察勢必向著輕便、簡單、操作容易及數(shù)字化方向發(fā)展，并建立成套的多角度關鍵勘察技術、數(shù)據(jù)獲取技術、傳輸技術和評價技術。