高寒阴湿区三级公路软土地基处治

摘 要：软土地基的存在是公路工程建设中常常遇到不可忽视的问题。由于不同地质形成的特殊性，使得公路沿线局部路基下可能存在较为深厚的软弱土层，若对该软弱土层处理不彻底，极有可能因为软弱土地基的均匀沉降或不均匀沉降量过大而影响公路功能的正常使用。为了保证公路建成后舒适、安全、高效的运营，软弱土地基的处治成效成为公路建设的关键。如何选择合理的软弱土地基处治方案和方法，使公路建设达到目标经济效益和社会效益，具有极为重要的实际意义。本文从软弱土地基的成因及特性分析，现场实际勘查。并经过采样试验数据分析，掌握软弱土地基的特点。结合本工程实际，采取经济有效的处理办法。

关键词：软土地基；工程危害；因素和特性；破坏机理；试验分析；处治方案；处治效果

中图分类号：TU753 文献标识码：A

礼武公路是我省实施新一轮西部大开发战略、扶贫开发战略和“一带一路”战略的工程项目。也是全面推进小康社会建设，更好地与国家公路网衔接，完善省域干线公路网布局和结构的重要组成部分。是礼县及武都区北部乡镇连接兰海高速公路和国道G212线的主要干线公路。该路线设计等级为三级公路，全长142.82km。其中K80+000至K110+000段山脊、越岭线正处于高寒阴湿区段，该区域山峦重叠，沟壑纵横，山岭海拔一般为2500m～3500m。昼夜温差大，每年6～9月份相对降水丰富，年平均气温在6℃以下，属于典型的高寒阴湿气候，热量不足，土壤天然含水量增大，极易使公路路基产生冻缩，而形成软弱土路基。

一、软弱土地基的工程危害

（一）地基抗剪强度不够出现路基的滑移、开裂、路面起伏不平，路堤侧向整体滑动，边坡外侧土体隆起等。

（二）桥涵通道等构造物两侧与路基衔接处软弱土的不均匀沉降，引起跳车颠簸等质量通病，给公路行车安全带来不同程度的危害。

（三）路堤的变形以及地下水位过高，将导致路面的破坏。

（四）构造物底部地基失稳，沉降过大或不均匀沉降，造成构造物不同程度的损坏等。

因此，路基施工时要对软土地基进行处理。改善地基土的工程性质，达到公路动载和静载对地基稳定和变形的双重要求。

二、软弱土地基产生的因素和特性

（一）产生软土地基的主要因素

1.水的影响：水是影响道路软土地基产生的最基本因素，由于路基内部地下水、地下层间水以及路表的雨水、冰雪水、地面积水渗入。当其水分过多时，水分在土颗粒间起到作用。其间距加大，周围水膜增大，导致土颗粒之间的摩阻力消失。使土壤失去原有强度，产生软土地基。

2.土质的影响：土质决定是否产生软弱土地基的根本因素。粉性土其特点是水稳性差、毛细作用大。在负温作用下水分聚流，土体强度降低，失去稳定性；黏性土透水性较小、毛细作用小，只有水源充足的情况下，才能形成软土地基；砂质粉土温差聚流作用特别严重，毛细水上升高度大，颗粒细，渗水性能差，化冻时水分不易排出，水分饱和时失去稳定性形成软土地基；粗颗粒的砂砾土土壤毛细水上升的高度小、空隙大。在冻结过程中，温差作用下水分的聚流现象极轻微。而且这种土壤有良好的透水性、排水性、和水稳定性。所以，即使路基含水量大，甚至在饱和状态下，仍然具有相当高的强度，能保持稳定，不会形成软土地基。

3.气温的变化也是形成软弱土路基的原因，体现在冻融两个方面。秋季雨水增多地表水分下渗，路基土中水位升高，含水量增大甚至达到超饱和状态，这是产生软土地基的先决条件。冬天气温降低，土体内的毛细水和薄膜水都开始冻结。如果冻结线暂时停留在某一深度处，下层未冻区内的毛细水和薄膜水会源源不断地向冻结线处聚集，并随即冻结形成一个含有大量冰晶体的聚冰层。随着冻结线的逐渐向下推移和停留，在更深处还可能形成新的聚冰层。与此同时，路基土体发生不均匀冻胀，路面出现隆起或冻胀裂缝。待春季气温回升，路基中的冰晶体自上向下开始融化。由于路面和路肩导热差异，使得路基中部比两侧化冻较快，形成一个凹槽。大量水分聚集，使公路路基失去承载能力。在行车动载作用下泥浆从路面裂缝里挤出来，发生弹簧、裂缝、鼓包等现象，形成软土路基。

除上述主要因素外，造成道路软土地基的原因还与诸多自然因素及客观条件等有关，如路基靠近坑塘、鱼池、边沟排水不畅、边沟被利用排放污水、农田排涝、灌溉、路面积水、积雪、路基高度不足、水文、地质情况复杂、交通量过大、重型车辆较多等等。

（二）软土地基的特性

软土成分主要由黏土粒组和粉土粒组组成，并含有少量的有机质。构成黏粒的主要矿物成份为蒙脱石、高岭石和伊利石。这些矿物晶粒很细，呈薄片状，表面带负电荷，它与周围介质的水和阳离子相互作用，形成偶极水分子，并吸附于表面形成水膜。在不同的地质环境下沉积形成各种絮状结构。因此，软土的天然含水量（一般为35%～80%）和天然孔隙比（e>1）都比较高。软土的高含水量和大孔隙比不仅反映土中的矿物成份与介质相互作用的性质，同时也反映软土的抗剪强度和压缩性的大小。含水量愈大，土的抗剪强度愈小，压缩性愈大。反之，强度愈大，压缩性愈小。软土同时具渗透性小、触变性和流变性等特性。在静荷和动荷的作用下，软土承受剪应力的作用产生剪切变形，导致抗剪强度的衰减，有可能继续产生明显的二次固结沉降。

三、软弱土地基的破坏形式和机理

由于软弱土固有的不良工程力学特性，会对工程造成极大的危害性。综合分析主要表现为以下几种形式：

（一）由于地基土不足以承受其上的车辆动载和附属构筑物的静载产生的作用力而造成的剪切破坏，表现为迫使邻近地基产生隆起。

（二）由于软弱土地基的高压缩性，而发生的地基不均匀沉降。使附属构筑物的基础应力过于集中出现裂缝，构筑物最终遭到破坏，失去其使用功能；当附属构筑物具有足够刚度时，其抗拉强度和抗剪强度足以抵抗地基不均匀沉降而产生拉剪应力时，建筑物就会发生倾斜。

（三）由于软土地基的高孔隙比和高含水率，在使用中发生排水固结，产生均匀沉降，造成附属构筑物下沉量过高，影响正常使用功能。但在工程应用实际中，由于公路路基是承受静荷和动荷双向荷载作用，其受力情况较为复杂，因此，公路工程中软土地基发生均匀沉降的可能性极小。

四、现场踏勘与试验结果分析

通过对该工程软土地基区K98+600、K108+280、K108+980三处路段现场踏勘，挖5m深探槽查看，并进行了现场取样，得出以下3组土样室内试验结果。

（一）K98+600处该场地为残积淤泥类土，它是一种区域性特殊类型土。该类土天然含水量高，孔隙比大，透水性低，中压缩性，高灵敏性，强度低，固结缓慢，还具有一定触变、流变特性。此类土含水量较大，接近于饱和状态；颜色呈灰、灰绿、灰兰、青灰、灰褐色，结构不均。由室内试验测定得出：塑限为11.9%，液限为29.9%，塑性指数为18，大于17，属于淤泥质黏土。

（二）K108+280处该场地为淤泥质土与红黏土夹杂分布，土样含水量较大，颜色为青灰色与红色互相夹杂在一起，结构不均。由室内试验测定红色土样得出：塑限为11.5%，液限为35.0%，塑性指数为23.5，大于17，属于淤泥质黏土。

（三）K108+980处该场地分布为粘性土，含水量接近于饱和状态，颜色为黄色，结构较均匀。由室内试验测定得出：塑限为11.2%，液限为34.3%，塑性指数为23.1，大于17，属于黏性土。

五、合理选择软土地基加固处治方案和方法

根据工程地质条件和地基加固原理，因地制宜合理选用处治方法。结合本工程三级公路特点和该软土地基路段地质条件以及就地取材的原则，对比选择了经济有效的方案对其进行处治。

（一）K98+600和K108+280为残积淤泥质黏土选用抛石挤淤，其方法是在路基底从中部向两侧抛投一定数量的块石，将淤泥挤出路基范围，以提高路基强度。所用块石宜采用不易风化，尺寸一般不小于0.3m，换填厚度2m，上层用粒径较小的片石和碎石土填平，选用YZ20型振动压路机压实。

（二）K108+980路段为黏性土选择砂砾土或碎石土换填，方法是挖去基础地面以下2.0m范围内的软弱土层，分层换填质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂砾土或碎石土材料，选用YZ20型振动压路机分层碾压使之达到要求的密实度。

六、软土地基处理效果检验

该工程在开工建设初期就选择了两段软土路基K99+220-340和K108+980- K109+100作为试验段，对其分别应用了抛石挤淤和碎石土换填的软土地基加固法进行处治。并采用直径76cm的圆形刚性承载板，30t油压千斤顶手动加压的现场静载荷试验。得出的P-S曲线图无明显拐点，软基加固后物理力学参数承载力Ro达到300kPa～400kPa，变形模量Eo达到25MPa以上。处理效果明显，也为大面积软土地基处治选定合理的处理形式提供了依据。

参考文献

[1]张晓亮.利用隧道弃碴处理高寒阴湿地区公路软基施工[J].科技与企业，2015（9）：115-116.