廣東省平興高速公路山區軟土物理力學特性及相關性分析研究

徐光波

摘要：通過分析大量室內土工試驗結果，分析了平興高速山區軟土的物理力學特點及與珠三角平原軟土的區別，并在此基礎上，分析歸納了平興高速山區軟土多項物理力學指標之間相互關系的經驗公式，有助于提高對山區軟土的認識及對其物理力學指標的掌握，從而促進勘察設計工作質量。

Abstract： By sorting a large number of indoor soil test results， this paper analyzed the physical and mechanical characteristics of mountain soft soil in PingXing highway and the differences between the Pearl River Delta plain soft soil. On this basis， this paper analyzed and summarized the empirical relationship between the several physical and mechanical indexes of the mountain soft soil in PingXing highway， to help improve understanding of the mountain soft soil and master their physical and mechanical properties， thereby contributing to the quality of survey and design work.

關鍵詞： 山區軟土；平興高速；物理力學性質

Key words： mountain soft soil；PingXing highway；physical and mechanical properties

中圖分類號：TU447 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）23-0126-03

0 引言

目前廣東省已建的高速公路大部分位于珠江三角洲地區，沿線多為軟土地基路段，經過多年的工程實踐和理論研究，工程界對這類地區軟土的工程特性與加固技術已了解較深。而隨著經濟的迅猛發展，廣東省山區高速公路越來越多，業界對于分布于山間谷地的山區軟土了解甚少。

山區軟土因形成環境、組成成份、成因多樣化，其物理力學性質與認知度較高的平原軟土性質差異較大，為實現山區軟土處理設計與施工的可靠性、經濟性和安全性，必須準確掌握山區軟土的工程特性。本文旨在通過分析平興高速山區軟土特性及其相關性，以求進一步提高對山區軟弱土的認識。

1 工程概況

濟南至廣州國家高速公路平遠（贛粵界）至興寧段是項目全長99.544km，全線設計速度100km/h，路基寬度26m，路橋比為0.75：0.25，最大路基填高31m，全線路基填高20m以上的路段多達47處 [1]。沿線軟土主要分布于沖積平原區、河流谷地及山間洼地，主要由第四系沼澤相淤泥質粉質粘土及淤泥組成，其中平原區軟土呈片狀分布，山間洼地（或魚塘塘底）軟土呈點狀或帶狀隨機分布。全線主線軟土分布共144路段，累計長度為16.6km。軟土的厚度一般為0.4～5.95m，局部達到7.2～8.10m，上層覆蓋層一般為耕植土、素填土及粉質粘土，厚度為0～9.40m[2]。軟土主要物理力學性質如表1所示。施工圖設計針對軟土分布厚度、埋深、路基高度的具體情況，綜合采用了清淤換填、直接預壓、袋裝砂井堆載預壓、水泥攪拌樁、CFG樁和管樁復合地基等方法進行軟基處理。

2 山區軟土形成機理

廣東區域山區軟土基本處于亞熱帶季風型氣候，是南亞熱帶和中亞熱帶氣候區的過渡地帶，受海洋季風的影響明顯，氣候溫和潮濕，雨量充沛，雨季長，夏季濕熱，多臺風暴風雨。平興高速公路軟土的形成，主要是由于當地的泥灰巖、頁巖、泥巖的風化產物和有機物質，受到雨水的影響，經水流搬運沉積于原始地形低洼處（如沖溝、谷地、河流階地等洼地），長期泡水軟化的結果，其成因以坡洪積、湖積、沖積三種為主。

3 平興高速公路軟土物理力學特性

平興高速沿線孔隙比e≥1.0、液性指數IL≥1.0的軟土物理力學統計如表1所示。據表1可見，平興山區軟土含水量、孔隙比、壓縮模量、直接快剪黏聚力與內摩擦角平均值分別為54.1%、1.5、2.6MPa、10.0kPa、7.4°，滲透系數平均值為2.48E-06cm/s，具有高含水量、高壓縮性、低強度、低滲透性的特點。

為進一步了解平興山區軟土的特點，將其與廣東省平原軟土進行對比分析，如表2、表3所示，其中廣東省平原軟土物理力學特性指標引用《廣東省公路軟土地基設計、施工地方規定研究》課題研究總結報告[3]。據表可知：①相對平原軟土，平興山區軟土的物理力學指標的變異系數普遍較大，說明山區軟弱土的性質變化較大。②平興山區軟土的天然狀態指標與平原軟土非常接近；壓縮模量Es1-2為平原軟土1.42倍；直接快剪的黏聚力與內摩擦角分別為平原軟土1.43倍、2.47倍；滲透系數為平原軟土的24.3倍。

4 軟土物理指標相關性分析

巖土的物理力學指標并非相互獨立，各指標之間存在著一定的關聯性[4]。通過分析大量的勘察數據，可建立各物理力學指標間的地區經驗公式，對實際的工程建設具有指導性的作用。尤其是在山區軟基路段勘察條件較差這種情況下，軟基加固設計中各項重要軟土指標更難直接獲取，通過較易獲得的物理力學指標來估算其它指標更具有重要意義。

采用平興高速孔隙比e≥1.0的409個軟土樣本的物理力學指標進行相關性分析，通過回歸分析，物理性指標之間相關系數≥0.5的結果如圖1～圖5和表4所示。

由上述圖表可知：①含水率與孔隙比呈線性遞增關系，相關系數為0.8109，有良好的相關性；②含水率與液性指數總體呈線性遞增關系，相關系數為0.5952，有一定的相關性；③孔隙比與天然密度總體上呈線性遞減關系，相關系數為0.6047，有一定的相關性；④液限與塑限呈線性遞增關系，相關系數為0.6872，有較好的相關性；⑤液限與塑性指數呈線性遞增關系，相關系數為0.6602，有較好的相關性。

5 軟土力學指標相關性分析

壓縮系數和壓縮模量分別是評價地基土的壓縮性和剛度的重要指標，平興高速軟土上述兩個指標之間的關系如圖6所示，壓縮系數與壓縮模量存在良好的冪數關系，其相關系數為0.9411，具顯著的相關性。由于直接快剪凝聚力與摩擦角這兩個力學指標離散性很大，與其它力學指標之間均無明顯相關性。

6 物理與力學指標相關性分析

壓縮系數是表征土體壓縮性的重要指標之一，是軟土加固設計時的一個非常重要指標，該指標的獲得一般是通過室內壓縮試驗。因室內壓縮試驗結果受影響因素較多，試驗結果往往離散性較大，因此，建立壓縮系數與其它物理指標間的相關關系具有重要的工程實踐意義。與壓縮系數有一定相關性的回歸分析結果見圖7～圖9和表5，據圖表可知：①壓縮系數與含水率總體呈線性遞增關系，但相關性不明顯，相關系數僅為0.3690；②壓縮系數與天然密度總體呈線性遞減關系，關系系數為0.4981，有一定的相關性；③壓縮系數與孔隙比總體呈線性遞增關系，相關系數為0.5392，有一定的相關性。

7 結語

①相對平原軟土，平興山區軟土的物理力學指標的變異系數普遍較大，說明山區軟弱土的性質變化較大。②平興山區軟土的天然狀態指標與平原軟土非常接近；壓縮模量Es1-2為平原軟土1.42倍；直接快剪的黏聚力與內摩擦角分別為平原軟土1.43倍、2.47倍；滲透系數為平原軟土的24.3倍。③平興山區軟土的物理指標參數中，含水率與孔隙比、含水率與液性指數、天然密度與孔隙比、液限與塑限、液限與塑性指數具有一定的相關性，其余物理指標之間并無明顯的相關性。④平興山區軟土的力學性質指標中，壓縮系數與壓縮模量存在良好的冪數關系，其相關系數為0.9411，其它力學性質指標之間無明顯的相關性。⑤平興高速公路軟土的物理與力學性質指標之間，壓縮系數與天然密度、壓縮系數與孔隙比具有一定的相關性，其它物理指標與力學指標之間并未有明顯的相關性。

參考文獻：

[1]濟南至廣州國家高速公路平遠（贛粵界）至興寧段施工圖設計[Z].

[2]濟南至廣州國家高速公路平遠（贛粵界）至興寧段詳細工程地質勘查報告[R].

[3]《廣東省公路軟基地基設計、施工地方規范研究》總結報告[R].

[4]劉吉福，高玉峰.廣東軟粘土物理力學指標相關性分析[J].路基工程，2013（02）：47-52.