閬中至營山高速公路LK10+310～LK10+460段軟弱地基分析與處治建議

嚴巍巍 林華章

（四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

四川盆地軟弱地基段土層厚度變化大，填土高度變化也大，所以路基不均勻沉降很普遍，很多高速公路都因路堤不均勻沉降而導致路面出現早期破壞。在高填方路堤（簡稱“高路堤”）下，常會存在一定程度的軟弱土層。雖然土的物理力學指標不屬于軟土，但在高路堤強大的附加荷載作用下，或因土的抗剪強度指標不夠而出現滑動，或因工后沉降量超過規范值需進行處治的情況，就會構成軟弱地基。本文以閬營高速LK10+310～LK10+460段軟弱地基為例，通過工程地質調繪、地質鉆探、室內試驗等勘察手段對軟弱地基進行分析評價，為類似工程提供參考及建議。

1 工程背景

1.1 工程概況

擬建LK10+310~LK10+460段路線以路基填方形式穿越谷地，設計路基寬度為25.5m，LK10+400 處設計路面高程328.88m，中心處填方高度約10.67m。谷地寬約100m，總體走向北東至近南西，谷底溪溝發育，呈臺階狀，谷地平坦，多為水稻田，溪溝于谷底左側坡腳通過，溝深1~2m，寬2~3m，常年流水，并于下游約80m處匯入一南北向溪溝后向西北流去。

1.2 工程地質條件

1.2.1 地形地貌

場地位于四川盆地中北部低山－丘陵區，屬深～淺切丘地形，隧區受構造及地層巖性的影響，多為平緩的脊狀丘陵，丘脊線呈帶狀、馬鞍狀、鼻狀的地貌景觀。場地丘陵高點海拔400.7m，凹溝低點標高約315.5m，相對高差85.2m，屬構造剝蝕中切丘陵地貌。丘坡上植被發育，斜坡呈陡緩不均的折線狀，自然斜坡坡角多在5°~45°間變化。

1.2.2 地層巖性

據地面地質調查及鉆探揭露，填方路段主要地層為新生界第四系全新統坡殘層（Q4dl+el）、坡洪積層（Q4dl+pl）及中生界侏羅系上統遂寧組（J3s）。

1.2.3 地質構造及地震

測區大地構造位置處于揚子準地臺四川臺坳之川中臺拱部位，相當于李四光厘定的新華夏系第三沉降帶四川沉降摺帶川中褶帶。區內構造線方向以北西向為主，次有北東向及南北向。構造體系分別劃歸南充－射洪區域性東西向構造帶、儀隴-巴中蓮花狀構造、新華夏系及川黔南北向構造帶，區內褶皺寬緩。

場地構造主要有營山背斜。褶皺舒緩，局部揉皺發育，巖體較破碎，巖層產狀傾角不大但變化頻繁，測得巖層產狀：242~255°∠2~6°，總體傾向南西，巖層優勢產狀：255°∠4°。地表調查區內巖體裂隙較發育，主要有以下2 組，J1：72~106°∠78~57°，間距0.2~2m，裂隙面彎曲或反傾，無充填或少量泥質充填，延伸長0.2~1.4m，張開度一般微張3mm~閉合，切割0.2~1.6m；J2：175~200°∠77~88°，間距0.2~1.8m，裂隙面彎曲、不平整，無充填或少量泥質充填，延伸長0.2~1.5m，張開度大多閉合，個別微張1~5mm，切割0.2~2m。從節理走向上看，砂巖中相比粉砂質泥巖裂隙相對不發育，其中J1是區域上主控節理，溝谷的發育及山脊的走向均與此節理相同。受構造影響，在不同位置，節理裂隙扭曲變形呈弧狀，傾向、傾角變化大，巖體在層面及裂隙切割下呈碎塊～巨塊狀。

區內經歷了各期構造運動，挽近地質時期構造運動主要表現為面狀升起。同時，具有不均衡性和間歇性的特點。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306-2015），場地的地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s，對應的地震基本烈度為Ⅵ度。

2 軟弱地基

2.1 軟弱地基分布及物理性質

場地普遍被第四系全新統坡洪積層（Q4dl+p）l黏土所覆蓋，厚度8.5~13.2m，呈流塑狀~可塑狀，為潮濕~飽和黏土，其中頂部受水體浸泡呈流塑狀~軟塑狀，一般厚度0.0~2.7m；其下呈軟塑狀，局部呈可塑狀，依據靜力觸探測試及鉆孔取芯揭示，軟土在層內分布不連續，軟土具有含水量高、壓縮性大、靈敏度高、承載力低、抗剪強度小的特性，路基填筑后易產生過大工后沉降或引起填方路堤的失穩，主要分布于溝谷或凹槽地段，地表一般為水田，是路線方案中填方路基處治的主要對象。

場地谷底以水田為主，常年蓄水，丘包間的低洼溝谷地帶堆積第四系坡洪積層，以黏土為主，鉆孔揭露黏土單層厚度8.5~13.2m。黏土多位于水田（冬水田）內，常年泡于水中，因排水不暢黏土多呈軟塑狀，地基承載力一般在0.1MPa以下，且沉降量大，固結速度慢，若路線以填方路堤通過，形成軟弱路基。根據《公路工程地質勘察規范》（JTG C20-2011）第8.5.1條判定：當天然含水率ω≥液限ωL、天然孔隙比e≥1.0、壓縮系數a0.1-0.2>0.5MPa-1、標準貫入試驗錘擊數<3 擊、靜力觸探比貫入阻力Ps≤750kPa。根據場地鉆孔內取原狀土樣測試進行統計綜合分析：天然含水率變化在30.5%～45.7%，平均值ω=35.6%，液限范圍值Ip變化在33.6~43.2，平均值ωL=36.9%；天然孔隙比e=0.856~1.268，平均值為1.011；壓縮系數a0.1-0.2在0.48~1.01MPa-1之間變化，平均值為0.74MPa-1；實測標準貫入3~7擊，平均錘擊數=4.4擊。在樁號LK10+405R30、LK10+405L30進行靜力觸探測試，深度0~11.3m測得靜力觸探比貫入阻力Ps=300~900kPa，局部段≤750kPa，個別土樣指標超過判定指標（細粒土常規試驗成果見表1所示），據此判定場地黏土層局部為軟弱土，因此，填方路段局部存在軟弱地基[1-3]。

表1 細粒土物理及力學性質試驗

2.2 軟弱土地基處理措施

場地丘包間的低洼溝谷地帶局部軟弱土天然含水量高，孔隙比大，壓縮性大，固結系數小，強度低，天然地基難以滿足路堤填土承載力要求，應進行軟弱土地基處理。軟弱土地基處理方法很多，應根據軟弱土的土性特征，結合場地條件，因地制宜地采取經濟、可靠的措施進行處理。幾種常用處治方法簡述如下。

2.2.1 淺層處治（換填）

當軟弱土層厚度<4m的填方路堤厚，分布范圍較小時，可考慮簡單的處治方法：主要進行淺層處治，軟弱土層厚度≤2.0m時，采用1.0~1.5m片石排水溝進行處理；軟弱土層厚度在2~3m 時，采取換填0.5m+1~1.5m 片石排水溝處理；軟弱土層厚度在3~4m 時，則采取換填1~1.5m+1.5m片石排水溝方式處理。

2.2.2 排水固結法

軟弱地基厚度較大（>4m），有條件促使土體固結沉降的段落，利于排水固結時，可采用塑料排水板或袋裝砂井堆載預壓法。可以有效地降低軟弱土的含水量，加速軟弱土的固結，提高其承載力，但水平向排水的砂墊層是必不可少的，同時要保證足夠的厚度，以免路基填筑時被擠斷，造成地下水排水通道不暢，影響處理效果。袋裝砂井排水效果優于塑料排水板，但前者工藝要求較高，在零星工點條件下顯得不經濟，可根據場地條件、材料供給的具體情況選用適宜的處治方法。

2.2.3 復合地基

當軟弱土層較厚，填筑路堤較高，土性不利于排水或工期限制堆載預壓時，可采用復合地基進行處治。

3 軟基工程地質評價

3.1 場地穩定性評價

測區大地構造位置處于揚子準地臺四川臺坳之川中臺拱部位，場區內無斷裂通過，由西北向寬緩背、向斜構造構成，場區內地層平緩，由遂寧組（J3s）構成的地基穩定性較好，覆蓋層厚度不大，無液化失穩、失效的土層。根據《公路工程抗震規范》（JTG B02-2013），工程場地類別為處于揚子準地臺四川臺坳之川中臺拱部位，場地的地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s，對應的地震基本烈度為Ⅵ度。區內新構造運動不強烈，其總的表現是以緩慢的抬升為主的差異運動。河（溝）水流以下切加深河谷為主，側蝕作用微弱。工程地質條件較簡單，屬穩定場地，對軟弱地基進行處治后可修筑路堤。

3.2 巖土體工程性質評價

參照《公路路基設計規范》（JTG D30-2015）規定，針對該段邊坡巖土體的工程地質特征進行評價。

（1）土體。工程區斜坡上覆第四系坡洪積黏土層，呈棕紅色~灰褐色，軟塑~可塑狀。干強度、韌性中等，刀切面光滑，無搖震反應。根據土工試驗結果報告，場地黏土自由膨脹率變化在21%~36%，平均值29%，根據《公路工程地質勘察規范》（JTG C20-2011）8.3.3 判定，填方路段黏土不具膨脹性。路基段上覆第四系坡洪積黏土，厚8.5~13.2m，由于在地表水長期浸泡下形成過濕土，呈流塑~軟塑狀。據鉆孔所取土樣試驗成果，含水量30.5%~45.7%，液性指數0.80~1.14，孔隙比0.856~1.268，壓縮系數0.48~1.01MPa-1，屬中~高壓縮性土。根據試驗資料，結合地區經驗，軟塑狀黏土基本容許值[fa0]值為100kPa，可塑狀黏土基本容許值[fa0]值為150kPa。

（2）巖體。工程區分布的基巖為粉砂質泥巖夾砂巖。據地面調查及鉆孔揭露，強風化帶粉砂質泥巖，巖體網狀裂隙發育，巖體呈碎塊狀結構，巖體不完整。據鉆孔揭露，粉砂質泥巖中風化帶巖體呈薄層～中厚層狀構造，裂隙不發育，巖體總體較完整，但在與砂巖交界的位置巖體較破碎，巖體網狀裂隙發育，巖體不完整，巖體呈碎塊狀結構；砂巖巖體完整，巖體呈中厚～厚層狀構造，巖體裂隙較發育，在與泥巖交界位置，巖體較破碎呈碎塊狀，巖體完整程度一般。

3.3 路基穩定性評價

LK10+310~LK10+460 段以填方形式通過（路基地質橫剖面圖如圖1 所示），公路按設計標高整平后，最大填方高度為11.98m，填方段位于溝谷下段，溝谷走向近東西向，坡角整體小于5°。由于此段大部分為平緩地帶，黏土層厚度大，根據土工試驗結果報告，局部為軟弱地基，如果不做處理，加載后將會引起超限沉降，填筑速度過快，易引起路基剪滑失穩。

圖1 路基地質橫剖面圖

建議路基應設置完善的排水系統，確保地表水排泄暢通。施工前放掉地表積水，清除表層過濕土，下部土體采用固結排水（如插板、碎石樁等），并進行分級堆載預壓，提高地基承載力。

4 結束語

（1）根據《公路工程抗震規范》（JTG B02-2013），工程場地類別為Ⅱ類，根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306-2015），場地的地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s，對應的地震基本烈度為Ⅵ度。區內新構造運動不強烈，其總的表現是以緩慢抬升為主的差異運動。場地工程地質條件較簡單，屬穩定場地，在對軟弱地基處治后，可修筑路基。

（2）路線以填方路堤形式通過坳溝地帶，坳溝內上覆坡洪積層黏土，多呈軟塑狀，其天然含水量較高，孔隙比較大，為軟弱地基土。其天然地基承載力低，不能滿足公路設計要求，應對軟弱地基進行工程處治，達到地基承載力要求后方可作為地基基礎持力層。

（3）軟弱地基處理方法通常有淺層處治（換填）、排水固結法、復合地基法等，應根據軟弱土的土性特征，結合場地條件，因地制宜地采取經濟、可靠的措施進行處理。