閬中至營(yíng)山高速公路LK10+310～LK10+460段軟弱地基分析與處治建議

嚴(yán)巍巍 林華章

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

四川盆地軟弱地基段土層厚度變化大，填土高度變化也大，所以路基不均勻沉降很普遍，很多高速公路都因路堤不均勻沉降而導(dǎo)致路面出現(xiàn)早期破壞。在高填方路堤（簡(jiǎn)稱“高路堤”）下，常會(huì)存在一定程度的軟弱土層。雖然土的物理力學(xué)指標(biāo)不屬于軟土，但在高路堤強(qiáng)大的附加荷載作用下，或因土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)不夠而出現(xiàn)滑動(dòng)，或因工后沉降量超過規(guī)范值需進(jìn)行處治的情況，就會(huì)構(gòu)成軟弱地基。本文以閬營(yíng)高速LK10+310～LK10+460段軟弱地基為例，通過工程地質(zhì)調(diào)繪、地質(zhì)鉆探、室內(nèi)試驗(yàn)等勘察手段對(duì)軟弱地基進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，為類似工程提供參考及建議。

1 工程背景

1.1 工程概況

擬建LK10+310~LK10+460段路線以路基填方形式穿越谷地，設(shè)計(jì)路基寬度為25.5m，LK10+400 處設(shè)計(jì)路面高程328.88m，中心處填方高度約10.67m。谷地寬約100m，總體走向北東至近南西，谷底溪溝發(fā)育，呈臺(tái)階狀，谷地平坦，多為水稻田，溪溝于谷底左側(cè)坡腳通過，溝深1~2m，寬2~3m，常年流水，并于下游約80m處匯入一南北向溪溝后向西北流去。

1.2 工程地質(zhì)條件

1.2.1 地形地貌

場(chǎng)地位于四川盆地中北部低山－丘陵區(qū)，屬深～淺切丘地形，隧區(qū)受構(gòu)造及地層巖性的影響，多為平緩的脊?fàn)钋鹆辏鸺咕€呈帶狀、馬鞍狀、鼻狀的地貌景觀。場(chǎng)地丘陵高點(diǎn)海拔400.7m，凹溝低點(diǎn)標(biāo)高約315.5m，相對(duì)高差85.2m，屬構(gòu)造剝蝕中切丘陵地貌。丘坡上植被發(fā)育，斜坡呈陡緩不均的折線狀，自然斜坡坡角多在5°~45°間變化。

1.2.2 地層巖性

據(jù)地面地質(zhì)調(diào)查及鉆探揭露，填方路段主要地層為新生界第四系全新統(tǒng)坡殘層（Q4dl+el）、坡洪積層（Q4dl+pl）及中生界侏羅系上統(tǒng)遂寧組（J3s）。

1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

測(cè)區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)四川臺(tái)坳之川中臺(tái)拱部位，相當(dāng)于李四光厘定的新華夏系第三沉降帶四川沉降摺帶川中褶帶。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線方向以北西向?yàn)橹?，次有北東向及南北向。構(gòu)造體系分別劃歸南充－射洪區(qū)域性東西向構(gòu)造帶、儀隴-巴中蓮花狀構(gòu)造、新華夏系及川黔南北向構(gòu)造帶，區(qū)內(nèi)褶皺寬緩。

場(chǎng)地構(gòu)造主要有營(yíng)山背斜。褶皺舒緩，局部揉皺發(fā)育，巖體較破碎，巖層產(chǎn)狀傾角不大但變化頻繁，測(cè)得巖層產(chǎn)狀：242~255°∠2~6°，總體傾向南西，巖層優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀：255°∠4°。地表調(diào)查區(qū)內(nèi)巖體裂隙較發(fā)育，主要有以下2 組，J1：72~106°∠78~57°，間距0.2~2m，裂隙面彎曲或反傾，無充填或少量泥質(zhì)充填，延伸長(zhǎng)0.2~1.4m，張開度一般微張3mm~閉合，切割0.2~1.6m；J2：175~200°∠77~88°，間距0.2~1.8m，裂隙面彎曲、不平整，無充填或少量泥質(zhì)充填，延伸長(zhǎng)0.2~1.5m，張開度大多閉合，個(gè)別微張1~5mm，切割0.2~2m。從節(jié)理走向上看，砂巖中相比粉砂質(zhì)泥巖裂隙相對(duì)不發(fā)育，其中J1是區(qū)域上主控節(jié)理，溝谷的發(fā)育及山脊的走向均與此節(jié)理相同。受構(gòu)造影響，在不同位置，節(jié)理裂隙扭曲變形呈弧狀，傾向、傾角變化大，巖體在層面及裂隙切割下呈碎塊～巨塊狀。

區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了各期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，挽近地質(zhì)時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為面狀升起。同時(shí)，具有不均衡性和間歇性的特點(diǎn)。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015），場(chǎng)地的地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。

2 軟弱地基

2.1 軟弱地基分布及物理性質(zhì)

場(chǎng)地普遍被第四系全新統(tǒng)坡洪積層（Q4dl+p）l黏土所覆蓋，厚度8.5~13.2m，呈流塑狀~可塑狀，為潮濕~飽和黏土，其中頂部受水體浸泡呈流塑狀~軟塑狀，一般厚度0.0~2.7m；其下呈軟塑狀，局部呈可塑狀，依據(jù)靜力觸探測(cè)試及鉆孔取芯揭示，軟土在層內(nèi)分布不連續(xù)，軟土具有含水量高、壓縮性大、靈敏度高、承載力低、抗剪強(qiáng)度小的特性，路基填筑后易產(chǎn)生過大工后沉降或引起填方路堤的失穩(wěn)，主要分布于溝谷或凹槽地段，地表一般為水田，是路線方案中填方路基處治的主要對(duì)象。

場(chǎng)地谷底以水田為主，常年蓄水，丘包間的低洼溝谷地帶堆積第四系坡洪積層，以黏土為主，鉆孔揭露黏土單層厚度8.5~13.2m。黏土多位于水田（冬水田）內(nèi)，常年泡于水中，因排水不暢黏土多呈軟塑狀，地基承載力一般在0.1MPa以下，且沉降量大，固結(jié)速度慢，若路線以填方路堤通過，形成軟弱路基。根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20-2011）第8.5.1條判定：當(dāng)天然含水率ω≥液限ωL、天然孔隙比e≥1.0、壓縮系數(shù)a0.1-0.2>0.5MPa-1、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)<3 擊、靜力觸探比貫入阻力Ps≤750kPa。根據(jù)場(chǎng)地鉆孔內(nèi)取原狀土樣測(cè)試進(jìn)行統(tǒng)計(jì)綜合分析：天然含水率變化在30.5%～45.7%，平均值ω=35.6%，液限范圍值Ip變化在33.6~43.2，平均值ωL=36.9%；天然孔隙比e=0.856~1.268，平均值為1.011；壓縮系數(shù)a0.1-0.2在0.48~1.01MPa-1之間變化，平均值為0.74MPa-1；實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入3~7擊，平均錘擊數(shù)=4.4擊。在樁號(hào)LK10+405R30、LK10+405L30進(jìn)行靜力觸探測(cè)試，深度0~11.3m測(cè)得靜力觸探比貫入阻力Ps=300~900kPa，局部段≤750kPa，個(gè)別土樣指標(biāo)超過判定指標(biāo)（細(xì)粒土常規(guī)試驗(yàn)成果見表1所示），據(jù)此判定場(chǎng)地黏土層局部為軟弱土，因此，填方路段局部存在軟弱地基[1-3]。

表1 細(xì)粒土物理及力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)

2.2 軟弱土地基處理措施

場(chǎng)地丘包間的低洼溝谷地帶局部軟弱土天然含水量高，孔隙比大，壓縮性大，固結(jié)系數(shù)小，強(qiáng)度低，天然地基難以滿足路堤填土承載力要求，應(yīng)進(jìn)行軟弱土地基處理。軟弱土地基處理方法很多，應(yīng)根據(jù)軟弱土的土性特征，結(jié)合場(chǎng)地條件，因地制宜地采取經(jīng)濟(jì)、可靠的措施進(jìn)行處理。幾種常用處治方法簡(jiǎn)述如下。

2.2.1 淺層處治（換填）

當(dāng)軟弱土層厚度<4m的填方路堤厚，分布范圍較小時(shí)，可考慮簡(jiǎn)單的處治方法：主要進(jìn)行淺層處治，軟弱土層厚度≤2.0m時(shí)，采用1.0~1.5m片石排水溝進(jìn)行處理；軟弱土層厚度在2~3m 時(shí)，采取換填0.5m+1~1.5m 片石排水溝處理；軟弱土層厚度在3~4m 時(shí)，則采取換填1~1.5m+1.5m片石排水溝方式處理。

2.2.2 排水固結(jié)法

軟弱地基厚度較大（>4m），有條件促使土體固結(jié)沉降的段落，利于排水固結(jié)時(shí)，可采用塑料排水板或袋裝砂井堆載預(yù)壓法?？梢杂行У亟档蛙浫跬恋暮?，加速軟弱土的固結(jié)，提高其承載力，但水平向排水的砂墊層是必不可少的，同時(shí)要保證足夠的厚度，以免路基填筑時(shí)被擠斷，造成地下水排水通道不暢，影響處理效果。袋裝砂井排水效果優(yōu)于塑料排水板，但前者工藝要求較高，在零星工點(diǎn)條件下顯得不經(jīng)濟(jì)，可根據(jù)場(chǎng)地條件、材料供給的具體情況選用適宜的處治方法。

2.2.3 復(fù)合地基

當(dāng)軟弱土層較厚，填筑路堤較高，土性不利于排水或工期限制堆載預(yù)壓時(shí)，可采用復(fù)合地基進(jìn)行處治。

3 軟基工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

3.1 場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

測(cè)區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)四川臺(tái)坳之川中臺(tái)拱部位，場(chǎng)區(qū)內(nèi)無斷裂通過，由西北向?qū)捑彵?、向斜?gòu)造構(gòu)成，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層平緩，由遂寧組（J3s）構(gòu)成的地基穩(wěn)定性較好，覆蓋層厚度不大，無液化失穩(wěn)、失效的土層。根據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02-2013），工程場(chǎng)地類別為處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)四川臺(tái)坳之川中臺(tái)拱部位，場(chǎng)地的地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)烈，其總的表現(xiàn)是以緩慢的抬升為主的差異運(yùn)動(dòng)。河（溝）水流以下切加深河谷為主，側(cè)蝕作用微弱。工程地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，屬穩(wěn)定場(chǎng)地，對(duì)軟弱地基進(jìn)行處治后可修筑路堤。

3.2 巖土體工程性質(zhì)評(píng)價(jià)

參照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2015）規(guī)定，針對(duì)該段邊坡巖土體的工程地質(zhì)特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）土體。工程區(qū)斜坡上覆第四系坡洪積黏土層，呈棕紅色~灰褐色，軟塑~可塑狀。干強(qiáng)度、韌性中等，刀切面光滑，無搖震反應(yīng)。根據(jù)土工試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告，場(chǎng)地黏土自由膨脹率變化在21%~36%，平均值29%，根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20-2011）8.3.3 判定，填方路段黏土不具膨脹性。路基段上覆第四系坡洪積黏土，厚8.5~13.2m，由于在地表水長(zhǎng)期浸泡下形成過濕土，呈流塑~軟塑狀。據(jù)鉆孔所取土樣試驗(yàn)成果，含水量30.5%~45.7%，液性指數(shù)0.80~1.14，孔隙比0.856~1.268，壓縮系數(shù)0.48~1.01MPa-1，屬中~高壓縮性土。根據(jù)試驗(yàn)資料，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，軟塑狀黏土基本容許值[fa0]值為100kPa，可塑狀黏土基本容許值[fa0]值為150kPa。

（2）巖體。工程區(qū)分布的基巖為粉砂質(zhì)泥巖夾砂巖。據(jù)地面調(diào)查及鉆孔揭露，強(qiáng)風(fēng)化帶粉砂質(zhì)泥巖，巖體網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，巖體呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，巖體不完整。據(jù)鉆孔揭露，粉砂質(zhì)泥巖中風(fēng)化帶巖體呈薄層～中厚層狀構(gòu)造，裂隙不發(fā)育，巖體總體較完整，但在與砂巖交界的位置巖體較破碎，巖體網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，巖體不完整，巖體呈碎塊狀結(jié)構(gòu)；砂巖巖體完整，巖體呈中厚～厚層狀構(gòu)造，巖體裂隙較發(fā)育，在與泥巖交界位置，巖體較破碎呈碎塊狀，巖體完整程度一般。

3.3 路基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

LK10+310~LK10+460 段以填方形式通過（路基地質(zhì)橫剖面圖如圖1 所示），公路按設(shè)計(jì)標(biāo)高整平后，最大填方高度為11.98m，填方段位于溝谷下段，溝谷走向近東西向，坡角整體小于5°。由于此段大部分為平緩地帶，黏土層厚度大，根據(jù)土工試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告，局部為軟弱地基，如果不做處理，加載后將會(huì)引起超限沉降，填筑速度過快，易引起路基剪滑失穩(wěn)。

圖1 路基地質(zhì)橫剖面圖

建議路基應(yīng)設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，確保地表水排泄暢通。施工前放掉地表積水，清除表層過濕土，下部土體采用固結(jié)排水（如插板、碎石樁等），并進(jìn)行分級(jí)堆載預(yù)壓，提高地基承載力。

4 結(jié)束語

（1）根據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02-2013），工程場(chǎng)地類別為Ⅱ類，根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015），場(chǎng)地的地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)烈，其總的表現(xiàn)是以緩慢抬升為主的差異運(yùn)動(dòng)。場(chǎng)地工程地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，屬穩(wěn)定場(chǎng)地，在對(duì)軟弱地基處治后，可修筑路基。

（2）路線以填方路堤形式通過坳溝地帶，坳溝內(nèi)上覆坡洪積層黏土，多呈軟塑狀，其天然含水量較高，孔隙比較大，為軟弱地基土。其天然地基承載力低，不能滿足公路設(shè)計(jì)要求，應(yīng)對(duì)軟弱地基進(jìn)行工程處治，達(dá)到地基承載力要求后方可作為地基基礎(chǔ)持力層。

（3）軟弱地基處理方法通常有淺層處治（換填）、排水固結(jié)法、復(fù)合地基法等，應(yīng)根據(jù)軟弱土的土性特征，結(jié)合場(chǎng)地條件，因地制宜地采取經(jīng)濟(jì)、可靠的措施進(jìn)行處理。