高寒陰濕區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中常常遇到不可忽視的問題。由于不同地質形成的特殊性，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，極有可能因為軟弱土地基的均勻沉降或不均勻沉降量過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、高效的運營，軟弱土地基的處治成效成為公路建設的關鍵。如何選擇合理的軟弱土地基處治方案和方法，使公路建設達到目標經濟效益和社會效益，具有極為重要的實際意義。本文從軟弱土地基的成因及特性分析，現場實際勘查。并經過采樣試驗數據分析，掌握軟弱土地基的特點。結合本工程實際，采取經濟有效的處理辦法。

軟土地基；工程危害；因素和特性；破壞機理；試驗分析；處治方案；處治效果

禮武公路是我省實施新一輪西部大開發戰略、扶貧開發戰略和“一帶一路”戰略的工程項目。也是全面推進小康社會建設，更好地與國家公路網銜接，完善省域干線公路網布局和結構的重要組成部分。是禮縣及武都區北部鄉鎮連接蘭海高速公路和國道G212線的主要干線公路。該路線設計等級為三級公路，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段，該區域山巒重疊，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）地基抗剪強度不夠出現路基的滑移、開裂、路面起伏不平，路堤側向整體滑動，邊坡外側土體隆起等。

（二）橋涵通道等構造物兩側與路基銜接處軟弱土的不均勻沉降，引起跳車顛簸等質量通病，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，將導致路面的破壞。

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

因此，路基施工時要對軟土地基進行處理。改善地基土的工程性質，達到公路動載和靜載對地基穩定和變形的雙重要求。

二、軟弱土地基產生的因素和特性

（一）產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生的最基本因素，由于路基內部地下水、地下層間水以及路表的雨水、冰雪水、地面積水滲入。當其水分過多時，水分在土顆粒間起到潤滑作用。其間距加大，周圍水膜增大，導致土顆粒之間的摩阻力消失。使土壤失去原有強度，產生軟土地基。

2.土質的影響：土質決定是否產生軟弱土地基的根本因素。粉性土其特點是水穩性差、毛細作用大。在負溫作用下水分聚流，土體強度降低，失去穩定性；黏性土透水性較小、毛細作用小，只有水源充足的情況下，才能形成軟土地基；砂質粉土溫差聚流作用特別嚴重，毛細水上升高度大，顆粒細，滲水性能差，化凍時水分不易排出，水分飽和時失去穩定性形成軟土地基；粗顆粒的砂礫土土壤毛細水上升的高度小、空隙大。在凍結過程中，溫差作用下水分的聚流現象極輕微。而且這種土壤有良好的透水性、排水性、和水穩定性。所以，即使路基含水量大，甚至在飽和狀態下，仍然具有相當高的強度，能保持穩定，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，體現在凍融兩個方面。秋季雨水增多地表水分下滲，路基土中水位升高，含水量增大甚至達到超飽和狀態，這是產生軟土地基的先決條件。冬天氣溫降低，土體內的毛細水和薄膜水都開始凍結。如果凍結線暫時停留在某一深度處，下層未凍區內的毛細水和薄膜水會源源不斷地向凍結線處聚集，并隨即凍結形成一個含有大量冰晶體的聚冰層。隨著凍結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，路基土體發生不均勻凍脹，路面出現隆起或凍脹裂縫。待春季氣溫回升，路基中的冰晶體自上向下開始融化。由于路面和路肩導熱差異，使得路基中部比兩側化凍較快，形成一個凹槽。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，發生彈簧、裂縫、鼓包等現象，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，如路基靠近坑塘、魚池、邊溝排水不暢、邊溝被利用排放污水、農田排澇、灌溉、路面積水、積雪、路基高度不足、水文、地質情況復雜、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，并含有少量的有機質。構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，呈薄片狀，表面帶負電荷，它與周圍介質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。在不同的地質環境下沉積形成各種絮狀結構。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相互作用的性質，同時也反映軟土的抗剪強度和壓縮性的大小。含水量愈大，土的抗剪強度愈小，壓縮性愈大。反之，強度愈大，壓縮性愈小。軟土同時具滲透性小、觸變性和流變性等特性。在靜荷和動荷的作用下，軟土承受剪應力的作用產生剪切變形，導致抗剪強度的衰減，有可能繼續產生明顯的二次固結沉降。

三、軟弱土地基的破壞形式和機理

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

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

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

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

四、現場踏勘與試驗結果分析

通過對該工程軟土地基區K98+600、K108+280、K108+980三處路段現場踏勘，挖5m深探槽查看，并進行了現場取樣，得出以下3組土樣室內試驗結果。

（一）K98+600處該場地為殘積淤泥類土，它是一種區域性特殊類型土。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，強度低，固結緩慢，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；顏色呈灰、灰綠、灰蘭、青灰、灰褐色，結構不均。由室內試驗測定得出：塑限為11.9%，液限為29.9%，塑性指數為18，大于17，屬于淤泥質黏土。

（二）K108+280處該場地為淤泥質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，結構不均。由室內試驗測定紅色土樣得出：塑限為11.5%，液限為35.0%，塑性指數為23.5，大于17，屬于淤泥質黏土。

（三）K108+980處該場地分布為粘性土，含水量接近于飽和狀態，顏色為黃色，結構較均勻。由室內試驗測定得出：塑限為11.2%，液限為34.3%，塑性指數為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

根據工程地質條件和地基加固原理，因地制宜合理選用處治方法。結合本工程三級公路特點和該軟土地基路段地質條件以及就地取材的原則，對比選擇了經濟有效的方案對其進行處治。

（一）K98+600和K108+280為殘積淤泥質黏土選用拋石擠淤，其方法是在路基底從中部向兩側拋投一定數量的塊石，將淤泥擠出路基范圍，以提高路基強度。所用塊石宜采用不易風化，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型振動壓路機壓實。

（二）K108+980路段為黏性土選擇砂礫土或碎石土換填，方法是挖去基礎地面以下2.0m范圍內的軟弱土層，分層換填質地堅硬、強度較高、性能穩定、具有抗侵蝕性的砂礫土或碎石土材料，選用YZ20型振動壓路機分層碾壓使之達到要求的密實度。

六、軟土地基處理效果檢驗

該工程在開工建設初期就選擇了兩段軟土路基K99+220-340和K108+980-K109+100作為試驗段，對其分別應用了拋石擠淤和碎石土換填的軟土地基加固法進行處治。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場靜載荷試驗。得出的P-S曲線圖無明顯拐點，軟基加固后物理力學參數承載力Ro達到300kPa～400kPa，變形模量Eo達到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。

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

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