廣西濱海公路軟土特性及其地基處理探討

陸世斌 雷僅富 張紅日

摘要：文章以廣西濱海公路企沙至茅嶺段工程為依托，對濱海公路軟土地基開展研究，并針對其特點擬采用換填法、挖溝排水法、碎石樁、CFG樁及鋼渣樁等多種方法進行地基處理，為類似沿海軟基處理提供參考。

濱海公路;軟土;地基處理;鋼渣樁

0 引言

廣西濱海公路全線沿北部灣海岸建設，線路全長312.4km[1]，該公路建設對北部灣的經濟發展起著重要的作用。然而沿海灘涂地區地質形成條件較特殊，在海水的作用下，形成了眾多軟土，由于軟土地基承載力低，若處理不當，容易引發路基沉降、路面開裂、橋頭跳車等諸多問題，對道路的穩定和使用有著顯著的影響。由于不同區域的軟土具有不同的特點[2]，軟土的地基處理要結合軟土的特性和項目的特點，選擇合理的地基處理方法。目前關于廣西濱海軟土及地基處理方面的研究較少[3]，為此，本文結合廣西濱海公路的軟土特點，分析濱海軟土特性及地基處理方式，為類似工程提供參考。

1 項目概況

廣西濱海公路企沙至茅嶺段位于防城港市東部，是一條緩解企沙工業區及疏港交通壓力的應急通道。該公路包括主線K線和東島聯線LK線。LK線設計起點位于企沙鎮齋公坡，設計起點樁號為LK0+000，設計終點位于港口區大坪坡村，設計終點樁號為LK7+110。東島聯線設計總長7.11km，路基設計寬度為33.5m。K線設計起點位于企沙鎮中間村，設計起點樁號為K0+400，設計終點位于茅嶺鄉宋屋村，設計終點樁號為K25+799.304。K線設計總長約26.1993km，路基設計寬度為33.5m。該公路設計時速為100km/h，平均每公里造價超過6500萬元，總造價超過23億元。該項目擬建場地屬華夏-新華夏構造體系。華夏-新華夏構造體系由一系列北東向的褶皺和斷裂所組成，伴生有不同時期的巖漿巖。該路線區域地質較為復雜，主要地形為剝蝕侵蝕低丘地貌，路線經過眾多河溝、蝦塘、水田及沿海灘涂，軟土多分布于這些區域，路線經過的區域主要地層巖性為志留系下統連灘組砂巖及頁巖（S1ln）。

2 廣西濱海公路軟土工程地質特征

2.1 軟土工程地質條件

濱海公路軟基數量大，平均每條公路至少約1/3在軟基上，廣西濱海公路企沙至茅嶺段工程也不例外，該項目軟基路段占路線總比達45%，主要軟土地基如下頁表1所示。各段軟基地貌主要為蝦塘、河谷（溝）、水田，各段軟基厚度變化較大。軟土地區地下水主要為賦存于第四系土層中的上層滯水，由大氣降水、河流及淤積地表水補給，以滲透的形式，向低洼地帶排泄。軟土地基段的地層巖性主要為低液限黏土、含砂低液限黏土及志留系下統連灘組（S1ln）泥質砂巖，局部地段分布有少量的粉質黏土、第四系素填土及耕植土。低液限黏土為灰黑色，飽和，以軟塑狀態為主，黏性一般，土體較軟，強度低，有一定的韌性，切面光滑，含少量細砂，土體呈深灰色，含少量細小石英顆粒，粒徑為1～8mm，且含少量腐木，具有腥臭味，分布不均，各軟土段場地都有分布。含砂低液限黏土呈棕紅、灰色，飽和，松散，黏性差，切面粗糙，磨圓較差，分選性差，成分主要為石英，粒徑多為1～3mm，最大粒徑約50mm，且含大量黏粒，遇水軟化易散。各軟土段區域內未發現斷裂構造，無不良地質作用，區域地殼相對穩定。

2.2 軟土特征

廣西濱海公路的軟土具有普通軟土的特性，其天然含水量較高，孔隙比大、壓縮性高、強度低，除此之外，還有其他幾個方面的特性：

（1）厚度變化大

由于廣西濱海公路所經過的區域總體地形面起伏較大，土層分布不均，變異性較大，軟土在靠近丘坡一側厚度逐漸變小，靠近河溝、蝦塘一側厚度大。且沿線軟土分布不均，主要由淤泥質黏土和淤泥質砂土組成，厚度為1～10m不等，蝦塘、水田區域軟土厚度淺，河溝、沿海灘涂區域軟土厚度大，且同一片區域軟土厚度變化也較大，平均厚度約為5m。

（2）含鹽量較高

由于廣西濱海公路企沙至茅嶺段靠近北海，受海水的影響，近海段的地下水含鹽量高。經取樣檢測，廣西濱海公路企沙至茅嶺段軟土段的地下水平均鹽度約為2%。軟土長期在較高含鹽度的地下水中浸泡，導致土體含鹽量較高，但廣西濱海公路企沙至茅嶺段的軟土不同于內陸的鹽漬土，所含鹽分中主要為氯化鈉，其成分與海水相似，且其含鹽量<3%，較內陸鹽漬土含鹽量低。已有研究顯示[4]，土中的氯鹽含量會影響其物理力學性質，所以氯鹽是影響廣西濱海公路企沙至茅嶺段軟土的物理力學性質的因素之一。

（3）具有一定砂礫含量

廣西濱海公路企沙至茅嶺段的軟土具有一定的含砂量，且砂量分布不均，不同地段含砂量不同，其含量在10%～48%之間。含砂量多的軟土主要分布在近海灘涂、河溝、蝦塘處，如LK2+270～LK2+520、K22+040～K22+280、K21+380～K21+500、K12+560～K12+900等許多段落均有分布，砂的粒徑為0.075～30mm不等，這類軟土在野外被定名為含砂淤泥質土。其他地段的軟土也有一定的含砂量，但砂子含量較少，其粒徑也較小。研究顯示[5]，含砂量對淤泥質土的物理力學特性有重要影響，此類軟土相比不含砂的淤泥質土，其滲透系數較大，粘聚力較低，內摩擦角較高，因為其黏粒含量降低，液限也隨之降低。

（4）軟基承載力不一

廣西濱海公路企沙至茅嶺段各段軟土地基的持力層巖性基本為泥質砂巖，局部地段為砂巖夾泥巖，但各段的軟土物理力學性質有些差異，導致各軟土地段的地基承載力不一。部分地段的軟土滲透性相對較大，其固結條件較好，所以承載力相對較高。從對各段區域的軟土地基的勘察情況來看，廣西濱海公路企沙至茅嶺段各段軟土地基的承載力存在這樣一個趨勢，即：河溝地段軟土地基承載力>水田地段軟土地基承載力>蝦塘地段軟土地基承載力。

2.3 廣西濱海公路軟土的物理力學指標

土作為一種多孔介質，其物理性質對力學性質有著十分重要的影響[6]。從下頁表1可以看出，含砂低液限黏土和低液限黏土的孔隙率分別為1.051、1.291，兩者孔隙比皆大于1小于1.5，含砂低液限黏土的含水率為38.8%，大于其液限含水率（33.5%）;低液限黏土的含水率為45.3%，大于其液限含水率（38.9%）。根據2009年巖土工程勘察規范，該兩類土屬于軟土，其土體飽和度都為100%，土體抗剪強度較低，壓縮量高，壓縮系數>0.5，屬于高壓縮性土，滲透性較差。

從下頁表2中可以看出，含砂低液限黏土所含的砂及粉粒較多，2mm以上的細礫占6.6%，0.075～2mm的砂粒占39.8%，0.075mm以下的顆粒占53.6%，該軟土所含的砂粒含量較高，超過30%。低液限黏土中粒徑在0.075～2mm之間的砂粒含量為14.8%，粒徑<0.075mm的粉粒、黏粒含量為85.2%，所含的砂粒含量較少。可見，廣西濱海公路企沙至茅嶺段分布的軟土有一定的砂礫含量。

廣西濱海公路企沙至茅嶺段分布的兩類軟土物理力學指標差別較大，究其原因主要在于黏粒含量的不同。含砂低液限黏土的黏粒含量所占的比例較低液限黏土高，所含的砂礫粒徑也相對較大。從試驗結果可知，軟土的砂礫含量會影響其物理力學性質，相比砂礫含量較少的低液限黏土，含砂低液限黏土的液塑限、粘聚力、壓縮系數相對較低，而其內摩擦角、壓縮模量、滲透系數相對較高。所以，廣西濱海公路企沙至茅嶺段的軟土，在一定范圍內砂礫含量較高的軟土液塑限、粘聚力、壓縮系數等指標更低，而其內摩擦角、滲透系數等指標更高。

3 廣西濱海公路軟土的地基處理措施

廣西濱海公路企沙至茅嶺段處于沿海地區，軟土段地基承載力不均，在鋪筑路基之前，應選擇合適的方法進行地基處理，使處理后的地基達到設計要求，方可進行路基回填。選擇地基處理方案時，應根據軟土區域的工程地質條件、道路的使用要求、施工條件、材料的供應情況綜合考慮[7]。廣西濱海公路企沙至茅嶺段軟土厚度為1～10m不等。針對不同軟土特點擬采用以下方法：

（1）換土墊層法

換土墊層法是將軟弱土清除至一定深度或全部清除后分層填筑物理力學性質較好的材料，并按要求壓實，形成雙層地基，地基應力通過墊層擴散，使得傳至下部軟弱土層的應力減少，從而提高地基承載力的一種方法[8]。

沿海路基施工取土困難，棄土更困難。軟基路段地勢平坦，路基兩側大部分為蝦塘、基本農田或者村落，少部分為土坡，由于占用蝦塘的賠償費用相當昂貴，且我國對基本農田嚴格保護，導致軟基就近棄土相當困難。本項目棄土一般運距都超過5km，并且棄土場占地大、復墾難度大、圬工防護建設費用亦不小，同時換填取土困難亦成為本濱海公路建設的難題，一般路基填土基本運距都超過5km，并且需新增農林業用地，破壞生態。

綜上所述，濱海公路軟基換填在大部分路段并不合算，濱海公路換填只在軟基厚度較淺，平均厚度不到3m，并且零星分布，軟土地基主要為淤泥質黏土，排水條件較差，運輸方量不會特別大的路段，可將厚度不大的軟土全部挖除，填筑物理力學性質較好的巖土材料。

（2）挖溝排水法

針對滲透性較強的含砂質濱海沉積相軟土，也可采用挖溝排水的軟土地基處理方法[9]。其做法是在軟土地基中每隔10m開挖一定數量的橫縱溝槽，并填以砂礫或碎石，在交叉處設置豎井，用水泵抽取排出水體，用壓路機對排水后的地基土進行翻壓處理。

軟土厚度較淺，一般厚度<3m時，軟土地基主要為砂質淤泥土，屬于含砂低液限黏土，局部為淤泥質砂土，具有較強的滲透性以及較好的承載力（一般>80kPa），并且排水條件較好的路段，軟土地基擬采用挖溝排水法。挖溝排水能夠有效降低軟基換填或者處理的費用，避免由于取棄土造成的環境壓力，在承載力較好的地方是一種非常值得推薦的方法。

（3）碎石樁復合地基

碎石樁是采用振動沉管等機械設備，以碎石為主要填充料形成的一種密實樁體。碎石樁復合地基是由碎石樁和樁間土共同構成的復合地基[8]。

廣西濱海公路企沙至茅嶺段大部分軟基深度基本都處于3～6m范圍內，對于3～6m的軟土地基擬采用碎石樁處理。

（4）CFG樁

CFG樁又稱水泥粉煤灰碎石樁，是一種低強度素混凝土樁，原材料主要為碎石、石屑、粉煤灰、水泥和水，形成混凝土拌和物，在軟土地基中灌注，形成CFG樁，并在上部鋪設褥墊層，形成復合地基[8]。CFG樁具有擠密加固和置換作用。

廣西濱海公路企沙至茅嶺段部分軟基>6m，對于>6m的軟土地基擬采用CFG樁處理，施工機械采用長螺旋鉆桿，施工過程嚴格控制混凝土的質量。

（5）鋼渣混凝土樁復合地基

鋼渣樁復合地基的樁長由軟土層厚度確定，樁端應穿過軟弱土層，并嵌入持力層，持力層宜取穩定的堅硬土層或風化基巖。樁身采用鋼渣混凝土，采用長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁，進入持力層0.5～1.0m，風化基巖取小值，土層取大值[10]。其受力特點與CFG樁復合地基一樣，能夠有效提高地基承載力。

防城港目前有盛隆冶金公司每年廢棄鋼渣數十萬噸，而且還在逐漸增長，另外柳鋼在企沙打造的鋼鐵基地，已經開始投產運營，勢必會增加該地區鋼渣處理壓力。這些項目地處企沙境內，鋼渣運距較短，在滿足軟土路基穩定的要求下，鋼渣在濱海軟基處理方面的運用與CFG樁相比成本減少20%以上，經濟效益極為明顯，并且固廢利用，生態環保，符合國家可行性發展戰略。建議進行相應的強度及污染遷移試驗研究，根據研究結果開展試驗段，驗證可行性后大力推廣。

4 結語

隨著我國海洋工程建設的逐步飽和，人們開始興起了近海工程建設的熱潮，調查研究近海工程地質特征是影響海岸工程設計的關鍵。本文以廣西濱海公路企沙至茅嶺段的各段軟土地基為研究對象，分析了近海路段的地基軟土工程地質特征，并進一步分析了各段軟土地基的處理措施，主要結論如下：

（1）廣西濱海公路企沙至茅嶺段的軟基段主要處于魚塘、水田、河溝等環境內，分布的軟土主要有兩類，一種為砂礫含量較少的低液限黏土，另一類為含砂低液限黏土。

（2）廣西濱海公路企沙至茅嶺段分布的地基軟土除了具有普通軟土的特性外，還有含鹽量較高、厚度分布不均勻、含有不同程度的砂礫含量等特性，其含鹽量和含砂量都會影響軟土的物理力學性質。另外，各段軟土地基的承載力不一，河溝地段軟土地基承載力>水田地段軟土地基承載力>蝦塘地段軟土地基承載力。

（3）結合廣西濱海公路企沙至茅嶺段的軟基特點，經初步分析，采用換土墊層法、挖溝排水法、碎石樁、CFG樁、鋼渣混凝土樁對該項目的幾段軟土地基進行處理，并根據各自軟基特性，因地制宜，因“材”施策，采用不同的方法，降低造價，廢棄利用，環保生態，充分發揮軟基處理的靈活性。

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