吉延高速沿线地段分布草炭土的特性分析及对策

[摘要]本文主要以吉林至延吉高速公路地段分布的草炭土为研究对象。通过野外现场勘察、取样和大量的试验，系统地研究分析了草炭土的物理特性、化学特性以及力学特性，总结了草炭土的特殊地质状况。研究表明草炭土具有高天然孔隙比、高含水率、高压缩性和低抗剪强度等性质。能够根据草炭土特性，进行合理设计及施工，避免草炭土地区公路产生病害。

[关键词]草炭土；分解度；抗剪强度；工程特性；特殊土；物理特性；化学特性；力学特性

[中图分类号]P642[文献标识码]A[文章编号]1005-6432（2013）22-0089-02

草炭土是指地面低洼、降水补给充足、地下水位高及喜水植物生长茂密，表层以下有在缺氧条件下死亡了的不能充分腐烂的植物，含有复杂的纤维和木质残余物以及分解度低且有一定厚度的泥炭层一类的泥沼。草炭土的显著特点是有机质含量高，工程地质特性极差，给草炭土地区的公路建设造成了不良影响。随着国民经济的发展，大量的道路桥梁工程的兴建，需要搞清草炭土的工程特性，为工程建设服务。

1概述

吉延高速公路位于我国温带的最北部，接近亚寒带。吉延高速公路是通往吉林省著名旅游胜地长白山的快捷通道，同时公路沿线又分布着大量景色宜人的旅游景点。研究区域属第三纪末期的断块山地，公路沿线所经地区沟谷发育，路段地基下有大量的草炭土和淤泥质土，有充足的河水补给。根据野外观测和钻孔资料，研究路段软土地层主要为沼泽草炭土、淤泥质土、低液限黏土，下面多为砂、砂砾等硬层，透水性较好，属于典型的冲积相地层。该区草炭土，主要分布于低洼湿地环境中，颜色呈黑色或暗褐色，略有臭味；饱水，大孔隙，孔隙之间连通性好。

2沿线分布地段草炭土的物质组成及物理、化学、力学基本性质2.1物质组成

草炭土主要由有机质和矿物成分组成。草炭土有机成分的原始物质是死后的水生、湿生草本植物的根、茎、叶、果实和种子等，它们由碳水化合物、木质素、蛋白质、脂类化合物等4类有机物组成。延边地区草炭土地层主要为草炭土、淤泥质粘土和砂砾土组成的冲击相地层。

2.2物理性质及化学性质

2.2.1土粒密度与比重

土层天然比重和土粒比重均随深度增大而增大，草炭土自上而下所含未腐烂的植物纤维逐渐减少，有机质分解度增大，土颗粒逐渐变细。

2.2.2含水量

自上而下随着有机质分解度增大而降低，上部分解程度低，未完全分解的植物残体含量高，容易形成大孔隙，为孔隙水的贮存提供了良好条件。同理，下部分解程度高于上部，含水量相应降低。

2.2.3有机质含量及酸碱度测定

草炭土中含有大量有机质，有机质是由未完全分解的植物残体和腐殖质组成。本文采用烧失量试验和化学方法测定剖面不同层的有机质及挥发性物质含量。由测定结果可以看出草炭土呈弱酸性，并随着深度的加深pH值降低，这是由于底部草炭分解程度高，腐殖酸含量高并能良好的储存，而表层的腐殖酸含量低且易于挥发。

2.3力学性质

为了全面了解草炭土力学特性，主要从以下几个方面进行分析：

2.3.1草炭土的抗剪强度

为了评定草炭土的抗剪强度，试验中采用了直接剪切试验和三轴试验两种方法，直剪试验中的快剪方法对应三轴试验中的不固结不排水法，固结快剪方法对应三轴试验中的固结不排水法，具体得到黏聚力（C）、内摩擦角（）以及有效黏聚力（C′）和有效内摩擦角（′）等指标。草炭土的黏聚力在3～70kPa范围内，比较离散，内摩擦角一般在5°～30°。但是考虑到三轴仪能够控制排水，不仅能准确测定总抗剪强度参数C、值，还能测得孔隙水的压力系数、有效抗剪强度参数，所以建议采用此方法以及测定参数。

2.3.2草炭土的渗透性

草炭土的渗透性在同样荷载分级压力作用下是有方向的，并且沿深度层位发生变化。如在0～100cm的范围内，在0～150kPa压力的分级荷载作用下，竖向渗透系数明显下降，下降幅度为80%～99.5%，然后固定在10-6～7×10-7cm/s；而横向渗透系数在0～50cm范围内相对下降较小，幅度为18%～35%，然后受增加荷载影响很小，固定在4×10-4～7×10-5cm/s。当超过100cm的深度草炭土层厚度时，在0～250KPa压力的分级荷载作用下，竖向渗透系数下降幅度为65%～90%，然后固定在6.5×10-5～1.5×10-5cm/s；而横向渗透系数在0～160kPa压力的分级荷载作用下，下降幅度明显为80%～90%，然后固定在4.5×10-6～1.8×10-5cm/s，这一定量结论对于处治方案的选择确定以及对于草炭土湿地保护的认识有指导意义。

2.3.3草炭土的压缩特性

压缩系数是各种土压缩性高低的常用指标，对土的压缩性高低进行了分类，分为低压缩性、中等压缩性和高压缩性三类。草炭土沿深度方向压缩性存在差异，如在0～100cm的范围内压缩系数为1.5～10 MPa-1 ，而在100～300cm范围内压缩系数为0.2～2 MPa-1 ，从这些数值上充分说明了首先草炭土呈现高压缩性，并逐渐过渡到中等压缩性。试验成果表明吉延高速公路沿线草炭土属高压缩性土，压缩系数大，从而决定了草炭土分布地区软基问题的严重性和工程处理艰巨性。因此研究草炭土的压缩特性具有明显意义。

3草炭土的特性在吉延高速公路使用上的分析及对策草炭土的物理特性指标表明了沿地层深度变化是不同的，如浅层的含水量非常高，但深层的对应指标明显下降，而天然密度等指标则明显提高。说明草炭土浅层持水量较大，所以要求公路路基建设中采取有效排水措施，并通过加载降低孔隙，以减少水害、冻害，加快固结。

草炭土的有机质含量、烧失量等主要化学特性指标沿地层深度变化，即浅层含量高，深层逐渐下降，但是均呈酸性。说明草炭土形成稳定酸性环境，不利于植物残体的分解，并且由于上部地基层大量的植物根系的长期存在，是良好的天然加筋层。

草炭土浅层呈高压缩性，并沿深度逐渐过渡到中等压缩性；草炭土浅层固结系数较大、均匀，但深层不够均匀，变化幅度较大；草炭土的内聚力、摩擦角变化幅度较大；草炭土的渗透性在分级荷载的作用下随深度变化有明显的方向性，在浅层竖向渗透系数下降明显，而横向渗透系数下降幅度相对较小，随后稳定在粉质黏土水平，但深度较厚时横向渗透系数则下降明显。总之，较高的压缩性说明在荷载的作用下将产生较大的变形沉降量，较低的抗剪能力以及通过固结加载能提高有效强度，说明存在控制路基填筑高度、填筑时间，以保证路基稳定问题。上部地层在荷载的作用下，横向渗透系数下降幅度相对较小，说明草炭土浅层渗透补给在路基荷载的作用下的影响不大，即对草炭土湿地环境影响不大。但是通过试验研究表明，草炭土的物理、化学及力学性质指标在平面分布（横向和纵向）、沿地层深度方向上均存在明显差异，表明草炭土工程特性的明显差异性，即路基填筑若没有采取必要的工程措施必将产生不均匀沉降，从而影响路基的稳定和长期使用效果。

4结论

通过对吉延高速公路沿线地段分布草炭土的物理、化学及力学特性试验研究，使我们对草炭土高含水量、高有机质含量、大孔隙比、高压缩性、低抗剪强度以及不均匀的工程特性有了基本把握，能够为季冻区草炭土地区公路路基建设提供扎实、可靠的指标及参数依据。在理论上和实用上都具有一定的应用价值。

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