吉延高速沿線地段分布草炭土的特性分析及對策

[摘要]本文主要以吉林至延吉高速公路地段分布的草炭土為研究對象。通過野外現場勘察、取樣和大量的試驗，系統地研究分析了草炭土的物理特性、化學特性以及力學特性，總結了草炭土的特殊地質狀況。研究表明草炭土具有高天然孔隙比、高含水率、高壓縮性和低抗剪強度等性質。能夠根據草炭土特性，進行合理設計及施工，避免草炭土地區公路產生病害。

[關鍵詞]草炭土；分解度；抗剪強度；工程特性；特殊土；物理特性；化學特性；力學特性

[中圖分類號]P642[文獻標識碼]A[文章編號]1005-6432（2013）22-0089-02

草炭土是指地面低洼、降水補給充足、地下水位高及喜水植物生長茂密，表層以下有在缺氧條件下死亡了的不能充分腐爛的植物，含有復雜的纖維和木質殘余物以及分解度低且有一定厚度的泥炭層一類的泥沼。草炭土的顯著特點是有機質含量高，工程地質特性極差，給草炭土地區的公路建設造成了不良影響。隨著國民經濟的發展，大量的道路橋梁工程的興建，需要搞清草炭土的工程特性，為工程建設服務。

1概述

吉延高速公路位于我國溫帶的最北部，接近亞寒帶。吉延高速公路是通往吉林省著名旅游勝地長白山的快捷通道，同時公路沿線又分布著大量景色宜人的旅游景點。研究區域屬第三紀末期的斷塊山地，公路沿線所經地區溝谷發育，路段地基下有大量的草炭土和淤泥質土，有充足的河水補給。根據野外觀測和鉆孔資料，研究路段軟土地層主要為沼澤草炭土、淤泥質土、低液限黏土，下面多為砂、砂礫等硬層，透水性較好，屬于典型的沖積相地層。該區草炭土，主要分布于低洼濕地環境中，顏色呈黑色或暗褐色，略有臭味；飽水，大孔隙，孔隙之間連通性好。

2沿線分布地段草炭土的物質組成及物理、化學、力學基本性質2.1物質組成

草炭土主要由有機質和礦物成分組成。草炭土有機成分的原始物質是死后的水生、濕生草本植物的根、莖、葉、果實和種子等，它們由碳水化合物、木質素、蛋白質、脂類化合物等4類有機物組成。延邊地區草炭土地層主要為草炭土、淤泥質粘土和砂礫土組成的沖擊相地層。

2.2物理性質及化學性質

2.2.1土粒密度與比重

土層天然比重和土粒比重均隨深度增大而增大，草炭土自上而下所含未腐爛的植物纖維逐漸減少，有機質分解度增大，土顆粒逐漸變細。

2.2.2含水量

自上而下隨著有機質分解度增大而降低，上部分解程度低，未完全分解的植物殘體含量高，容易形成大孔隙，為孔隙水的貯存提供了良好條件。同理，下部分解程度高于上部，含水量相應降低。

2.2.3有機質含量及酸堿度測定

草炭土中含有大量有機質，有機質是由未完全分解的植物殘體和腐殖質組成。本文采用燒失量試驗和化學方法測定剖面不同層的有機質及揮發性物質含量。由測定結果可以看出草炭土呈弱酸性，并隨著深度的加深pH值降低，這是由于底部草炭分解程度高，腐殖酸含量高并能良好的儲存，而表層的腐殖酸含量低且易于揮發。

2.3力學性質

為了全面了解草炭土力學特性，主要從以下幾個方面進行分析：

2.3.1草炭土的抗剪強度

為了評定草炭土的抗剪強度，試驗中采用了直接剪切試驗和三軸試驗兩種方法，直剪試驗中的快剪方法對應三軸試驗中的不固結不排水法，固結快剪方法對應三軸試驗中的固結不排水法，具體得到黏聚力（C）、內摩擦角（）以及有效黏聚力（C′）和有效內摩擦角（′）等指標。草炭土的黏聚力在3～70kPa范圍內，比較離散，內摩擦角一般在5°～30°。但是考慮到三軸儀能夠控制排水，不僅能準確測定總抗剪強度參數C、值，還能測得孔隙水的壓力系數、有效抗剪強度參數，所以建議采用此方法以及測定參數。

2.3.2草炭土的滲透性

草炭土的滲透性在同樣荷載分級壓力作用下是有方向的，并且沿深度層位發生變化。如在0～100cm的范圍內，在0～150kPa壓力的分級荷載作用下，豎向滲透系數明顯下降，下降幅度為80%～99.5%，然后固定在10-6～7×10-7cm/s；而橫向滲透系數在0～50cm范圍內相對下降較小，幅度為18%～35%，然后受增加荷載影響很小，固定在4×10-4～7×10-5cm/s。當超過100cm的深度草炭土層厚度時，在0～250KPa壓力的分級荷載作用下，豎向滲透系數下降幅度為65%～90%，然后固定在6.5×10-5～1.5×10-5cm/s；而橫向滲透系數在0～160kPa壓力的分級荷載作用下，下降幅度明顯為80%～90%，然后固定在4.5×10-6～1.8×10-5cm/s，這一定量結論對于處治方案的選擇確定以及對于草炭土濕地保護的認識有指導意義。

2.3.3草炭土的壓縮特性

壓縮系數是各種土壓縮性高低的常用指標，對土的壓縮性高低進行了分類，分為低壓縮性、中等壓縮性和高壓縮性三類。草炭土沿深度方向壓縮性存在差異，如在0～100cm的范圍內壓縮系數為1.5～10 MPa-1 ，而在100～300cm范圍內壓縮系數為0.2～2 MPa-1 ，從這些數值上充分說明了首先草炭土呈現高壓縮性，并逐漸過渡到中等壓縮性。試驗成果表明吉延高速公路沿線草炭土屬高壓縮性土，壓縮系數大，從而決定了草炭土分布地區軟基問題的嚴重性和工程處理艱巨性。因此研究草炭土的壓縮特性具有明顯意義。

3草炭土的特性在吉延高速公路使用上的分析及對策草炭土的物理特性指標表明了沿地層深度變化是不同的，如淺層的含水量非常高，但深層的對應指標明顯下降，而天然密度等指標則明顯提高。說明草炭土淺層持水量較大，所以要求公路路基建設中采取有效排水措施，并通過加載降低孔隙，以減少水害、凍害，加快固結。

草炭土的有機質含量、燒失量等主要化學特性指標沿地層深度變化，即淺層含量高，深層逐漸下降，但是均呈酸性。說明草炭土形成穩定酸性環境，不利于植物殘體的分解，并且由于上部地基層大量的植物根系的長期存在，是良好的天然加筋層。

草炭土淺層呈高壓縮性，并沿深度逐漸過渡到中等壓縮性；草炭土淺層固結系數較大、均勻，但深層不夠均勻，變化幅度較大；草炭土的內聚力、摩擦角變化幅度較大；草炭土的滲透性在分級荷載的作用下隨深度變化有明顯的方向性，在淺層豎向滲透系數下降明顯，而橫向滲透系數下降幅度相對較小，隨后穩定在粉質黏土水平，但深度較厚時橫向滲透系數則下降明顯?？傊?，較高的壓縮性說明在荷載的作用下將產生較大的變形沉降量，較低的抗剪能力以及通過固結加載能提高有效強度，說明存在控制路基填筑高度、填筑時間，以保證路基穩定問題。上部地層在荷載的作用下，橫向滲透系數下降幅度相對較小，說明草炭土淺層滲透補給在路基荷載的作用下的影響不大，即對草炭土濕地環境影響不大。但是通過試驗研究表明，草炭土的物理、化學及力學性質指標在平面分布（橫向和縱向）、沿地層深度方向上均存在明顯差異，表明草炭土工程特性的明顯差異性，即路基填筑若沒有采取必要的工程措施必將產生不均勻沉降，從而影響路基的穩定和長期使用效果。

4結論

通過對吉延高速公路沿線地段分布草炭土的物理、化學及力學特性試驗研究，使我們對草炭土高含水量、高有機質含量、大孔隙比、高壓縮性、低抗剪強度以及不均勻的工程特性有了基本把握，能夠為季凍區草炭土地區公路路基建設提供扎實、可靠的指標及參數依據。在理論上和實用上都具有一定的應用價值。

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