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)劃勘察設計院，山西 太原 030012）

1 序言

1.1 項目概況

最近，該公司先后承擔了祁臨高速公路臨汾北環(huán)段和臨汾聯(lián)絡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19.264 km，其中K8+595～K12+500段地下水位較高；臨汾聯(lián)絡線路線全長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，雖不屬嚴格意義上的軟土，但承載力明顯偏低，屬“準軟土”或“軟弱土”，故對以上段落進行了軟弱地基專項勘察。

1.2 勘察目的與任務

本次勘察為詳勘階段，目的系通過地質(zhì)調(diào)查、工程鉆探、原位測試及土工試驗等多種勘察手段，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峰值加速度，結(jié)合軟弱路基段所布設的工程類型，對項目場地及地基穩(wěn)定性作出評價，并提出相應的治理措施建議，為施工圖設計提供詳實的地質(zhì)資料。

1.3 勘察方法及工作量

本次外業(yè)勘察采用XYL-I型履帶式鉆機和薄壁原狀取土器，以標準貫入試驗為原位測試法，利用壓入法采取原狀試樣。軟弱地基段落每500 m布設1個鉆孔，臨汾北環(huán)K8+595～K12+500段軟基共完成鉆孔11個，孔深20.0～25.8 m，總進尺259.8 m，共采取原狀試樣79件；臨汾聯(lián)絡線K9+200～K11+385、K12+100～K14+800兩段軟基共完成鉆孔14個，孔深均為20.0 m，總進尺280.0 m，共采取原狀試樣89件，擾動試樣4件，所有試樣均委托山西省交通規(guī)劃勘察設計院公路工程試驗研究中心進行了相應的測試，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)，地形平坦開闊，海拔高程介于434～453 m之間，相對高差約19.0 m。微地貌有汾河河床、河漫灘及Ⅰ級、Ⅱ級階地。地表覆蓋Q4，Q3沖洪積物。臨汾聯(lián)絡線軟弱地基位于汾河東側(cè)Ⅱ級階地沖積傾斜平原區(qū)，地形平坦開闊，海拔高程介于461.76～482.97 m之間，相對高差約21.0 m。地表覆蓋Q3沖積物。

2.2 地層時代、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明：

K8+595～K10+830段位于汾河Ⅱ級階地，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、抗剪強度低等特點，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。土體整體強度較低，根據(jù)剪切試驗結(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，還是有一定強度的。但是，這種土壓縮性仍較大，在載荷作用下，地基仍會發(fā)生較大的沉降，同樣需要進行地基處理。

第三層揭示厚度8.8～14.8 m，承載力相對較高，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，砂土包括細粒土質(zhì)砂、中砂，為中密、飽和狀態(tài)，層厚1.3～2.1 m，細粒土質(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，巖性為含細粒土砂、細粒土質(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)絡線的軟弱地基

K9+200～K11+385段、K12+100～K14+800段軟弱路基位于汾河東側(cè)Ⅱ級階地，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，還是有一定強度的。但是，這種土壓縮性仍較大，在載荷作用下，地基仍會發(fā)生較大的沉降，同樣需要進行地基處理。

第三層承載力相對較高，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，波動較大，地下水經(jīng)取樣分析，對混凝土結(jié)構(gòu)及其中的鋼筋均無腐蝕性。

臨汾聯(lián)絡線軟弱路基段落，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給，屬下降泉，水量介于30～50 m3/d，水質(zhì)較清。在磨河1號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給。經(jīng)對地表水取樣分析，該水對砼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋均無腐蝕性。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，波動較大?？辈鞎r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《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，橋址區(qū)地震動峰值加速度為0.20 g，相應于地震基本烈度為Ⅷ度。

3 場地巖土分析評價

3.1 場地穩(wěn)定性

項目區(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)，其特點是強度大，頻率高，震源淺，破壞性強，也是未來強震可能發(fā)生的地方。歷史上呈發(fā)生過一系列的大地震，其中5～5.5級9次、6.5級3次，8級2次。綜合評價，橋址場地穩(wěn)定性差。

3.2 地基穩(wěn)定性

兩條項目的軟弱地基地層以軟流塑低液限黏土、含細粒土砂、細粒土質(zhì)砂，累計厚度大于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度，臨汾北環(huán)K10+830～K12+500段上部的含細粒土砂、細粒土質(zhì)砂具輕微液化。總體評價，地基穩(wěn)定性差。

3.3 場地土類型與場地類別

根據(jù)《公路橋梁抗震設計細則》，場地土的類型為軟弱土～中硬土，場地類別綜合評定為Ⅲ類。

4 結(jié)論與建議

（1）兩個項目軟基段落內(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，因此需要進行地基處理。

（2）軟弱地基區(qū)域場地穩(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，設計上應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，建議進行試樁設計，并對復合地基承載力進行檢測。

（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，《公路路基設計規(guī)范》

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

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