招银疏港高速公路软土工程地质综合勘察

摘要：招银疏港高速公路位于漳州龙海境内，连接厦门―漳州招银港―沈海高速，对厦门漳州具有极其重要的战略意义。线路穿越区主要包括丘陵地貌和海积平原地貌，海积平原地区软土地层发育，软土路段约占线路1/3，软土路段上有互通式立交工程、桥梁工程、填方路基工程等。本线路软土除具有一般海积软土特征外，还具有其独特的性质，针对本线软土特点，并结合相应工程条件，对本线路软土路段采取综合工程地质勘察，评价其工程地质条件。

关键词：软土；工程地质；勘察；静力触探；

1引言

招银疏港高速公路测区位于漳州市龙海东部地区，含主线和1条支线，主线起点位于枫林互通与沈海高速相交，经浮宫镇，终点位于招银港，设海平互通接在建之厦漳跨海大桥，长约17.4Km，支线起于浦尾村附近并设港尾互通与主线相连，终于城外村，并预留与厦门东通道相连，长约5.7Km。

近年来，国内工程建设飞速发展，过快的建设速度，难免留下一些工程隐患，因软基问题而出现的公路工程问题，国内已不乏先例[1]，这些问题，轻者影响路基路面平整度，重者可造成路基滑移失稳破坏。本线路主要发育有5段海积软土，软土路段总长约6Km，软土路段之间均为丘陵地貌，软土上的构筑物以桥梁、路基为主，由于软基厚度变化大，空间分布不均，工程地质性质特殊，故需要采取综合勘察方法。

2软土的一般特征

2.1 软土基本概念和性质

根据《岩土工程勘察规范》，天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土。软土通常具有以下性质：孔隙比大，天然含水量高，压缩性高，抗剪强度低，地基承载力小，渗透性弱等特点。

2.2 本线路软土的特殊性

本线路软土除具有一般软土的特征外，还具有一些独特的性质，这与其形成的地质背景有密切关系。由于地壳的差异升降活动及古气候的冷暖交替变化，晚更新世以前，本区沉积物主要以褐黄色的中粗砂、灰白色粘土等为主，滨海地带为海陆过渡带，沉积薄层淤泥和粘土。全新世以来，由于连续的地壳下降运动和间歇性构造运动，线路所在区逐渐接受沉积，形成厚层的软弱土层，自山边向九龙江及其支流逐渐变厚。

本线路位于抗震设防7度区，软土形成年代晚，压密性差，故存在软土震陷问题。线路区生长有红树林，根据《岩土工程手册》第31.2.1条[2]，“我国广东、广西、福建、海南、台湾诸省沿海，有红树林残体的冲积层及其地下水，具强酸性，对混凝土、钢铁结构均有腐蚀性。”，因此本区软土还存在土壤腐蚀性问题。由于软土沉积年代较晚，沉积厚度大，多欠固结，因此对桥梁桩基存在负摩阻力问题，对路基存在不均匀沉降问题等。

3软土地基综合勘察

针对本线路软土的特征，并结合构筑物的工程地质评价要求，对本线路软土采取钻探、室内试验、原位测试等手段，以获取必要的岩土参数。钻探是控制地层层位的最主要直观的手段，根据《公路工程地质勘察规范》（JTJ 064-98）要求进行布置，同时在钻孔中进行取样和原位测试试验。静力触探和十字板剪切试验，根据钻探的成果，选取代表性地段地层进行测试。

3.1 钻探（含标准贯入试验）

准确划分地层层位是钻探的基础性工作，经过复杂的地质成岩作用，软土地区普遍存在互层夹层现象，淤泥与粘土、砂层反复交替，因此要求钻孔进尺控制合理、记录及时准确，不漏过对工程地质评价有意义的层位。在软土钻探中，还应按要求进行标准贯入试验，同时记录其地下水特征，为软土震陷评价提供资料。

3.2 室内试验

软土室内试验是获取软土工程地质参数指标最重要的手段，通常包括常规试验及压缩试验、固结试验、渗透性试验、各种抗剪强度试验，无侧限抗压强度试验等。以抗剪强度为例，软土抗剪强度的试验方法选择，应根据地基软土层的厚度、物质及成因类型、土的性质、土的排水条件等，可分别选用快剪、固结快剪、慢剪[3]。

1)快剪:也称不固结不排水剪(UU)，它的强度相当于土体受力而出现孔隙压力，但不产生消散时的强度，当路基施工速度很快，堆载很快时，土体透水性小，排水条件比较差时，土体在施工期间往往易于失去稳定，可采用不排水剪强度进行核算。

2)固结快剪(CU):也称固结不排水剪，它的强度相当于土体受力而在孔隙水压力消散及固结完成之后的强度。这种方法适合于土体透水性大，排水条件好，如软土上下层中有透水砂层等，路基在施工期间能充分排水固结，但完工后可能有突然增加的荷载，及地基应力变化的基础，进行强度核算。

3)慢剪:也称排水剪，它的强度相当于土体受力，孔隙水压力充分消散，完全固结，并在剪切过程中不产生孔隙水压力时的强度。这种方法适合于软土层很薄，施工期很长，预期能充分排水固结的地基进行强度核算。

3.3 土壤腐蚀性试验

高速公路建设中，钢筋和混凝土大量使用，土壤的腐蚀性将对建筑材料造成影响，降低其强度，缩短其使用寿命。我国主要土壤类型可分为中碱性土壤、酸性土壤、内陆盐土和滨海盐土四大类，有试验证明，在酸性土壤中进行永久性建筑时，对地下部分混凝土结构，要配制高强高性能混凝土和必要的外防护措施。据调查，招银高速沿线早期曾生长有红树林，钻探过程中也曾在钻孔岩芯中发现红树林叶子残体，因此，其土壤可能呈强酸性，对混凝土具腐蚀性，故需要采取软土样品，进行腐蚀性试验。

3.4 静力触探试验

静力触探试验是软土地区勘察中应用较广的一种原位测试技术，其探头分单桥探头和双桥探头，目前该技术的使用已经十分成熟。静力触探的基本原理就是借助机械用准静力将一个内部装有传感器的圆锥型探头按一定速率压入土中，通过电子量测仪器测定探头受到的灌入阻力，以获得原始状态的物理力学性质。

静力触探使用微机收集地层数据，并进行存储分析等。结合钻孔信息，在现场即能取得土层剖面的变化信息，并提供土的工程地质参数，如天然地基承载力、桩基承载力、地基土层的贯入阻力等进行评价。

由于静力触探也可以模拟桩的静压施工，在桥梁桩基工程勘察中，也得到普遍应用。本项目采用双桥静力触探，双桥静力触探所测的参数是锥尖阻力qc和侧壁阻力fs。

3.5 十字板剪切试验

十字板剪切试验的本质是饱和软粘土的原位剪切试验。由于软土多是高灵敏的结构性土，原状样品的采集多不易保存运输，且其结构易受破坏，因此采用十字板剪切试验可以获得较为准确的抗剪强度。并根据其原状和扰动状态下的抗剪强度，求得其灵敏度。

4软土地基勘察成果

经综合工程地质勘察，取得了主要成果如下，表1为室内试验获得的基本指标和土壤腐蚀性指标，表2为部分抗剪强度指标成果，表3为原位测试成果表：

表1软土物理力学参数成果表

项目 试验成果值

淤泥 淤泥质土

天然含水量w(%) 61.8 53.5

天然容重γ(g/cm3) 1.60 1.69

比重Gs 2.68 2.65

孔隙比e 1.68 1.436

饱和度Sr(%) 97.5 98.7

液限Wl(%) 38.4 52.1

塑限Wp(%) 21.4 27.1

塑性指数IP 17 25

液性指数Il 2.4 1.06

压缩模量Es(Mpa) 1.7 2.25

压缩系数a1-2(MPa-1) 1.576 1.082

垂直固结系数Cv(10-3cm2/s) 0.61 0.77

水平固结系数Ch(10-3cm2/s) 0.54 0.8

土壤PH值 3.19-7.07 3.67-7.19

表2抗剪强度指标成果表

项目 试验成果值

淤泥 淤泥质土

快剪 内聚力C(kPa) 12.9 7.3

内摩擦角φ（°） 1.8 4.9

固结快剪 内聚力C(kPa) 6.6 3

内摩擦角φ（°） 16.6 10

无侧限抗压强度 原状土(kPa) 24.0 33.1

重塑土(kPa) 7.3 8.8

表3 原位测试成果表

项目 试验成果值

淤泥 淤泥质土

静力触探试验 锥头阻力qc(MPa) 0.4 7.3

侧壁摩阻力fs（kPa） 1.02 25.2

标准贯入试验 修正击数C(kPa) 0.8―2.4 1.2―3.5

十字板剪切试验 原状土(kPa) 13.1 17.1

扰动土(kPa) 3.4 4.9

经过大量的外业勘察、内业分析工作，本项目取得了丰富的勘察成果。以上为招银疏港公路软土地基勘察的部分成果，从表1-3可以看出，本项目软土除具有一般滨海软土特征外，如高含水量、高孔隙比、高压缩性，还具有其独特的特征，如其土壤PH值最小可达3.19，达到强酸标准，对Ⅱ及Ⅲ类环境中的混凝土、钢筋具强腐蚀性。本项目地处7度抗震设防区，软土压密性差，且标准贯入试验指标均较差，因此局部存在软土震陷问题。另外，由于地质沉积过程复杂，沉积时间短，本段软土层中互层夹层极为普遍，因此钻探工作量的布置应该满足规范要求，同时适当加密，并综合静力触探等方法，以进一步查清地层分布及参数。勘察成果为进一步工程地质评价，设计计算提供依据。

5结语

1. 软土地基勘察应综合采取多种勘察手段，以钻探为主，结合静力触探、十字板剪切试验等原位测试方法。

2. 由于软土沉积环境的复杂性，沉积迅速，压密性差，软土地基勘察应注意沉积环境的特殊性，本项目软土受红树林残体腐烂影响，软土多见弱-强酸性，因此土壤腐蚀性评价不可少。

3. 抗剪强度指标是工程设计计算的依据，抗剪强度试验应结合可能工况选用。

4. 本项目软土主要位于闽南地区九龙江南岸、九龙江支流南溪两侧，本项目的软土地基勘察，可作为类似项目的参考。