公路軟土路基勘察關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展分析

許和平

（新疆立弓交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，新疆 烏魯木齊 831400）

引言

特殊性巖土軟土類在我國(guó)公路工程中極為常見[1]，因其諸多工程不良特性而倍受重視。髙速公路快速發(fā)展階段因?yàn)橥恋刭Y源和地理?xiàng)l件的約束，路線選擇很難避開軟土地區(qū)。凹凸變形、伸縮縫、路面整體沉降等病害在很多軟土地區(qū)高速公路中廣泛存在，是因?yàn)檐浲炼嗑哂畜{靈敏度，而且遭受完全擾動(dòng)后強(qiáng)度會(huì)降低。

1 軟土及成因分類

1.1 軟土定義

軟弱黏性土也稱軟黏土簡(jiǎn)稱軟土，在靜水或緩流環(huán)境中沉積并經(jīng)生物化學(xué)作用而形成，是從軟塑到流塑狀態(tài)的黏性土系。軟土長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)且孔隙中充滿著水分，其種類主要包括游泥質(zhì)土、有機(jī)土、腐殖土和泥炭[1]。

1.2 成因分類

軟土分布廣泛，且形成環(huán)境復(fù)雜。綜合現(xiàn)有研究成果及在新疆地區(qū)開展的項(xiàng)目實(shí)踐，軟土沉積環(huán)境下的四個(gè)類型：（1）沼澤型軟土。這種地帶水分蒸發(fā)量不足以干化淹水地面，滋生大量喜水植物，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間淤積形成以泥炭為主，且下部分布有淤泥層或底部與泥炭互層的沉積物，該沉積物常出露于地表。（2）平原型軟土。平原型游積多發(fā)生在山區(qū)內(nèi)陸以及河流湖相等盆地。在河流發(fā)展過(guò)程中，軟土常以局部淤泥透鏡體形式，在河流漫灘二元結(jié)構(gòu)的沉積物中存在，廢河道牛軛湖相沉積的軟土多屬于河道淤塞沉積的淤泥。（3）山地型軟土。厚度變化大、分布面積不大，游積經(jīng)過(guò)地表的有機(jī)物質(zhì)和風(fēng)化產(chǎn)物相互作用而形成，多發(fā)生在沖溝、谷地、河流階地和池地環(huán)境。（4）濱海型軟土。濱海相環(huán)境受波浪和潮汐作用，砂土沉積導(dǎo)致軟土在沿岸與垂直岸方向有較大變化。三角洲相厚層的軟土或軟土夾薄砂層，常被表層褐黃色的黏性土所覆蓋，在河流與海洋相互作用下沉積了交錯(cuò)的薄砂層和軟土層，此類游積多位于陸海相邊界處。

2 物理力學(xué)特征

雖然軟土種類很多，形成環(huán)境復(fù)雜，但具有一些共同的物理學(xué)特性，如孔隙比大、含水量髙、壓縮性高、滲透系數(shù)低、靈敏度高、顯著流變性、抗剪強(qiáng)度低、厚度不均、可塑性大、有限結(jié)構(gòu)性、存在硬殼層等物理力學(xué)特征。

3 主要勘察技術(shù)

由于軟土的特殊性而受限，常規(guī)鉆探取樣方法因?yàn)槿菀讓?duì)土樣產(chǎn)生擾動(dòng)、破壞土體的本構(gòu)模型并導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真。這種情況下，在軟土勘察中就特別需要靜力觸探試驗(yàn)（CPT）、孔壓靜力觸探試驗(yàn)（CPTU），以及地基原位固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)（BAT）等技術(shù)，在線形分布、范圍寬廣的工程中具有速度快、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)[6]。

3.1 常規(guī)勘察技術(shù)

軟土路基勘察最常見的方法就是鉆探取樣和土工試驗(yàn)相結(jié)合，利用鉆機(jī)對(duì)軟土進(jìn)行鉆探，用薄壁取土器取樣。在有特殊要求時(shí)可以進(jìn)行獲得滲透系數(shù)、靈敏度、燒灼失重、固結(jié)系數(shù)、前期固結(jié)壓力等指標(biāo)的專門試驗(yàn)。

3.2 CPT技術(shù)

CPT技術(shù)是原位測(cè)試技術(shù)中最主要的靜力觸探技術(shù)，有速度快、干擾小、費(fèi)用低、采集數(shù)據(jù)量大、不需取樣等優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)進(jìn)步，CPT技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展為CPTU，也就是向多功能和數(shù)字化方向發(fā)展的孔壓靜力觸探技術(shù)[7]。但是目前國(guó)內(nèi)外CPT還存在一定的區(qū)別和差距，主要表現(xiàn)在：（1）探頭規(guī)格與國(guó)際不統(tǒng)一，我國(guó)主要使用的是單橋探頭和雙橋探頭；（2）我國(guó)主要采用CPT獲取qc、fs、ps三個(gè)指標(biāo)，而國(guó)際上已經(jīng)采用CPTU技術(shù)獲取Bq、Rf；（3）我國(guó)采用的單橋和雙橋探頭功能單一，國(guó)外已經(jīng)有了技術(shù)功能多樣的地震波探頭、電阻率探頭等新型傳感器。

3.3 BAT技術(shù)

BAT系統(tǒng)由瑞典工程師開發(fā)，專門用于測(cè)試地基原位孔隙水壓力、固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)。主要有電子壓力傳感器、控制系統(tǒng)、玻璃容器、濾頭和套管等構(gòu)成部分，通過(guò)測(cè)試過(guò)程中玻璃容器內(nèi)的壓力，計(jì)算固結(jié)土體的原位滲透系數(shù)。現(xiàn)場(chǎng)操作BAT系統(tǒng)時(shí)可根據(jù)地下水壓力不同選擇抽水試驗(yàn)或壓水試驗(yàn)兩種測(cè)試方法：（1）壓水試驗(yàn)是當(dāng)玻璃容器內(nèi)壓力大于地下水壓力時(shí)水從玻璃容器內(nèi)向外流；（2）抽水試驗(yàn)是當(dāng)?shù)叵滤畨毫Υ笥诓Ａ萜鲀?nèi)壓力時(shí)將向?yàn)V頭滲流。

通過(guò)測(cè)量濾頭貫入所引起的超靜孔隙水壓力消散過(guò)程，也就是采用圓柱型空腔擴(kuò)張及軸對(duì)稱一維固結(jié)理論模擬分析并最終得出水平固結(jié)系數(shù)[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

軟土具有一系列的工程不良特性，阻礙交通基礎(chǔ)工程快速發(fā)展，而且在高等級(jí)公路的路線中又難以避免。由于軟土路基勘察的重要性，在“鉆探取樣與土工試驗(yàn)相結(jié)合”這一常用方法的基礎(chǔ)上，研發(fā)并推廣了CPT（或CPTU）技術(shù)和BAT技術(shù)。隨著技術(shù)研發(fā)的深入，未來(lái)公路軟土路基的勘察勢(shì)必向著輕便、簡(jiǎn)單、操作容易及數(shù)字化方向發(fā)展，并建立成套的多角度關(guān)鍵勘察技術(shù)、數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、傳輸技術(shù)和評(píng)價(jià)技術(shù)。