臨汾兩條高速公路的軟弱地基勘察

楊朝暉

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

1 序言

1.1 項(xiàng)目概況

最近，該公司先后承擔(dān)了祁臨高速公路臨汾北環(huán)段和臨汾聯(lián)絡(luò)線兩條高速公路的勘察工作，祁臨高速公路臨汾北環(huán)段路線全長(zhǎng)19.264 km，其中K8+595～K12+500段地下水位較高；臨汾聯(lián)絡(luò)線路線全長(zhǎng)16.740 km，其中K9+200～K11+385段、K12+100～K14+800段地下水位較高，以上段落地基土具較高含水量和較高壓縮性，根據(jù)有關(guān)規(guī)范，雖不屬嚴(yán)格意義上的軟土，但承載力明顯偏低，屬“準(zhǔn)軟土”或“軟弱土”，故對(duì)以上段落進(jìn)行了軟弱地基專項(xiàng)勘察。

1.2 勘察目的與任務(wù)

本次勘察為詳勘階段，目的系通過(guò)地質(zhì)調(diào)查、工程鉆探、原位測(cè)試及土工試驗(yàn)等多種勘察手段，在初勘的基礎(chǔ)上查明沿線軟弱路基的分布路段、地形地貌、成因類型、巖性特征及地下水情況，并確定各路段的地震基本烈度和地震動(dòng)峰值加速度，結(jié)合軟弱路基段所布設(shè)的工程類型，對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)地及地基穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)的治理措施建議，為施工圖設(shè)計(jì)提供詳實(shí)的地質(zhì)資料。

1.3 勘察方法及工作量

本次外業(yè)勘察采用XYL-I型履帶式鉆機(jī)和薄壁原狀取土器，以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)為原位測(cè)試法，利用壓入法采取原狀試樣。軟弱地基段落每500 m布設(shè)1個(gè)鉆孔，臨汾北環(huán)K8+595～K12+500段軟基共完成鉆孔11個(gè)，孔深20.0～25.8 m，總進(jìn)尺259.8 m，共采取原狀試樣79件；臨汾聯(lián)絡(luò)線K9+200～K11+385、K12+100～K14+800兩段軟基共完成鉆孔14個(gè)，孔深均為20.0 m，總進(jìn)尺280.0 m，共采取原狀試樣89件，擾動(dòng)試樣4件，所有試樣均委托山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院公路工程試驗(yàn)研究中心進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)試，取得了必要的數(shù)據(jù)。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形、地貌

臨汾北環(huán)軟弱地基位于汾河河谷區(qū)，地形平坦開(kāi)闊，海拔高程介于434～453 m之間，相對(duì)高差約19.0 m。微地貌有汾河河床、河漫灘及Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)階地。地表覆蓋Q4，Q3沖洪積物。臨汾聯(lián)絡(luò)線軟弱地基位于汾河?xùn)|側(cè)Ⅱ級(jí)階地沖積傾斜平原區(qū)，地形平坦開(kāi)闊，海拔高程介于461.76～482.97 m之間，相對(duì)高差約21.0 m。地表覆蓋Q3沖積物。

2.2 地層時(shí)代、成因及巖性特征

2.2.1 臨汾北環(huán)的軟弱地基

按地貌單元分兩段說(shuō)明：

K8+595～K10+830段位于汾河Ⅱ級(jí)階地，地下水埋深一般1.6～3.0 m，最大6.2 m，地層以第四系上更新統(tǒng)（Q3）沖積物為主，從上到下可分為3層：

第一層厚1.5～2.5 m，為硬殼層，巖性為低液限黏土，褐黃～黃褐色，稍密結(jié)構(gòu)、稍濕狀態(tài)，天然含水量19.3%，承載力170 kPa。

第二層厚8.5～11.5 m，為軟弱層，巖性為低液限黏土，局部夾透鏡狀高液限黏土。低液限黏土為褐黃～黃褐色，以軟塑～流塑狀態(tài)為主，局部為可塑狀態(tài)。軟流塑土層具較高含水量、較高壓縮性、較低承載力、抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn)，天然含水量為27.0%～35.7%，孔隙比0.85～0.95，局部高液限黏土孔隙比大于1.0，塑性指數(shù)10.8～12.7，承載力100～144 kPa。土體整體強(qiáng)度較低，根據(jù)剪切試驗(yàn)結(jié)果，φq=8.0°～22.0°，cq=10～20 kPa，壓縮系數(shù) 0.31～0.50 MPa-1，壓縮模量3.5～5.7 MPa。

因軟弱層大部分為低液限黏土，與高液限黏土相比，內(nèi)摩擦角較大，還是有一定強(qiáng)度的。但是，這種土壓縮性仍較大，在載荷作用下，地基仍會(huì)發(fā)生較大的沉降，同樣需要進(jìn)行地基處理。

第三層揭示厚度8.8～14.8 m，承載力相對(duì)較高，巖性為低液限黏土及砂土，低液限黏土為可塑、中密狀態(tài)，天然含水量為20.1%～27.7%，承載力165～183kPa。局部為軟塑狀態(tài)，承載力140kPa，砂土包括細(xì)粒土質(zhì)砂、中砂，為中密、飽和狀態(tài)，層厚1.3～2.1 m，細(xì)粒土質(zhì)砂承載力110 kPa，中砂承載力370 kPa。

K10+830～K12+500段位于汾河河床、漫灘、Ⅰ級(jí)階地，地下水埋深一般1.5～4.4 m，局部5.5 m，地層由第四系全新統(tǒng)（Q4）、上更新統(tǒng)（Q3）沖洪積物組成。從上到下可分為4層：

第一層為Q4地層，厚1.0～2.9 m，為硬殼層，分布于除河床以外的段落，巖性為低液限黏土，褐黃～黃褐色，稍密結(jié)構(gòu)，稍濕狀態(tài)，承載力170 kPa。

第二層為Q4地層，厚3.5～6.9 m，巖性為含細(xì)粒土砂、細(xì)粒土質(zhì)砂，呈松散～稍密結(jié)構(gòu)，飽和狀態(tài)，厚3.5～6.9 m，具輕微液化，液化影響折減系數(shù)α=2/3，承載力90～190 kPa。

第三層為Q4地層，厚3.2～9.2 m，巖性以礫卵石為主，夾軟塑～可塑低液限黏土，礫卵石為中密、飽和狀態(tài)，承載力450～700kPa。

第四層為Q3地層，揭示厚度4.5～10.0 m，巖性以砂土及低液限黏土為主，砂土包括含細(xì)粒土砂、中砂、礫砂，為中密、飽和狀態(tài)，厚2.0～2.5 m，承載力210～430 kPa；低液限黏土為可塑、中密狀態(tài)，承載力170～210 kPa，鉆孔最大揭示厚度7.2 m，本套地層未鉆透。

2.2.2 臨汾聯(lián)絡(luò)線的軟弱地基

K9+200～K11+385段、K12+100～K14+800段軟弱路基位于汾河?xùn)|側(cè)Ⅱ級(jí)階地，地下水埋深一般在2.0～5.0 m之間，最大埋深7.0 m，地層由第四系上更新統(tǒng)（Q3）沖積物及中更新統(tǒng)（Q2）沖洪積物構(gòu)成，從上至下可分為3層：

第一層為硬殼層。層厚0.5～4.8 m，由第四系上更新統(tǒng)（Q3）沖積物構(gòu)成，巖性為低液限黏土（粉土、粉質(zhì)黏土）。低液限黏土（粉土）褐黃色，中密結(jié)構(gòu)，稍濕狀態(tài)，僅在2號(hào)孔揭示，含水量17.6%，承載力基本允許值180 kPa；低液限黏土（粉質(zhì)黏土）。褐黃色，可塑狀態(tài)，含水量21.8%～26.2%，承載力基本允許值150～180 kPa。

第二層為軟弱層。層厚3.4～15.0 m，由第四系上更新統(tǒng)（Q3）沖積物構(gòu)成，巖性為低液限黏土（粉土、粉質(zhì)黏土），局部夾透鏡狀粗砂、中砂。低液限黏土（粉土），褐黃色，中密結(jié)構(gòu)，濕，天然含水量24.4%～25.3%，承載力允許值130～140 kPa；低液限黏土（粉質(zhì)黏土），褐黃色，可塑狀態(tài)，天然含水量24.6.2%～28.8%，承載力允許值135～160 kPa。因軟弱層大部分為低液限黏土，與高液限黏土相比，內(nèi)摩擦角較大，還是有一定強(qiáng)度的。但是，這種土壓縮性仍較大，在載荷作用下，地基仍會(huì)發(fā)生較大的沉降，同樣需要進(jìn)行地基處理。

第三層承載力相對(duì)較高，揭示厚度1.6～8.5 m，由第四系中更新統(tǒng)（Q2）沖洪積物構(gòu)成，巖性為低液限黏土（粉質(zhì)黏土）及高液限粘土（粘土），局部夾透鏡狀粉砂薄層。低液限黏土（粉質(zhì)黏土）淺褐紅、褐黃色，可塑狀態(tài)，含水量23.6%～25.0%，承載力允許值230～270 kPa。高液限黏土（黏土），黃褐色，硬塑狀態(tài)，含水量26.3%，承載力允許值280 kPa。

2.3 水文地質(zhì)條件

兩段軟弱地基地表水系屬黃河水系汾河流域，汾河屬常年流水性河流，但河流水量受氣候和降水影響，枯水期與洪水期流量變化較大，在降雨集中的七八月份，水位暴漲暴落。

臨汾北環(huán)段軟弱地基地下水位普遍較高，埋深介于1.5～4.2 m之間，水位高程介于433.01～447.18 m之間，屬潛水類型，由地表水和大氣降水共同補(bǔ)給，地下水埋深與降雨量及凍融密切相關(guān)，水位受季節(jié)性影響，波動(dòng)較大，地下水經(jīng)取樣分析，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及其中的鋼筋均無(wú)腐蝕性。

臨汾聯(lián)絡(luò)線軟弱路基段落，地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在K9+800左100m、K10+200左200 m出露兩處泉水，由潛水和上層滯水補(bǔ)給，屬下降泉，水量介于30～50 m3/d，水質(zhì)較清。在磨河1號(hào)大橋跨越的磨河為常年流水性河流，地表水寬3.0～5.0 m，深0.3～0.5 m，由廣勝寺泉水及大氣降水補(bǔ)給。經(jīng)對(duì)地表水取樣分析，該水對(duì)砼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋均無(wú)腐蝕性。受以上兩處泉水和磨河地表水共同影響，軟弱地基段落地下水位普遍較高，埋深在2.0～6.0 m之間，水位高程介于460.79～472.40之間，屬潛水類型。地下水埋深與降雨量及凍融密切相關(guān)，水位受季節(jié)性影響，波動(dòng)較大。勘察時(shí)正值枯水期，如雨季施工，地下水位有可能升高。

2.4 地震烈度

根據(jù)GB18306—2001《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，橋址區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g，相應(yīng)于地震基本烈度為Ⅷ度。

3 場(chǎng)地巖土分析評(píng)價(jià)

3.1 場(chǎng)地穩(wěn)定性

項(xiàng)目區(qū)位于臨汾新裂陷盆地洪洞凹陷中，屬典型的板內(nèi)構(gòu)造地震區(qū)，其特點(diǎn)是強(qiáng)度大，頻率高，震源淺，破壞性強(qiáng)，也是未來(lái)強(qiáng)震可能發(fā)生的地方。歷史上呈發(fā)生過(guò)一系列的大地震，其中5～5.5級(jí)9次、6.5級(jí)3次，8級(jí)2次。綜合評(píng)價(jià)，橋址場(chǎng)地穩(wěn)定性差。

3.2 地基穩(wěn)定性

兩條項(xiàng)目的軟弱地基地層以軟流塑低液限黏土、含細(xì)粒土砂、細(xì)粒土質(zhì)砂，累計(jì)厚度大于20 m，容許承載力多介于90～170kPa之間，黏性土具較高含水量、較高壓縮性和較低強(qiáng)度，臨汾北環(huán)K10+830～K12+500段上部的含細(xì)粒土砂、細(xì)粒土質(zhì)砂具輕微液化。總體評(píng)價(jià)，地基穩(wěn)定性差。

3.3 場(chǎng)地土類型與場(chǎng)地類別

根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》，場(chǎng)地土的類型為軟弱土～中硬土，場(chǎng)地類別綜合評(píng)定為Ⅲ類。

4 結(jié)論與建議

（1）兩個(gè)項(xiàng)目軟基段落內(nèi)的地層大部分為低液限黏土，土的壓縮性相對(duì)較大，在載荷作用下，地基可能發(fā)生較大的沉降，因此需要進(jìn)行地基處理。

（2）軟弱地基區(qū)域場(chǎng)地穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性均差。

（3）軟弱地基段內(nèi)的路基為填方工程，設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量利用地表硬殼層，并控制路堤高度，采用加筋路堤、輕質(zhì)路堤為宜，地基處理可采用粉噴樁等處理方式，建議進(jìn)行試樁設(shè)計(jì)，并對(duì)復(fù)合地基承載力進(jìn)行檢測(cè)。

（4）軟弱地基段的涵洞等小型構(gòu)造物，其地基處理宜采用深處理。

（5）軟弱地基段的大、中型構(gòu)造物宜采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

[1]JTJ064—98，《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》

[2]JTG D30—2004，《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》

[3]JTJ017—96，《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》

[4]張留俊，王福勝，李剛編著.公路地基處理設(shè)計(jì)施工實(shí)用技術(shù)，北京：人民交通出版社，2004