軟土路基的工程地質勘察及評價

金 東

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

1 工程概況

該路段地貌屬鄞奉海積平原地貌,地勢較平坦。其中K0+700～K1+800路基段為軟土路基,長約1000m。該段路基跨清水河,水位季節性變化較為明顯。年平均降水量1310～1740mm,平均降水日數150～171d。路基區淺部孔隙潛水含水層出露地表,直接接受大氣降水補給,也接受河網地表水及農田灌溉水補給。地下徑流以垂向為主,僅在河網及民井附近出現水平徑流,徑流短,速度緩慢,以蒸發和植物吸收為主要排泄方式,水量小,水質較差。

2 地表水與地下水

2.1 地表水

地表水主要以大氣降水形成的地表徑流為主。地表水流量受季節性降雨控制,平時水量一般,雨季水量較大。

2.2 地下水

根據地下水賦存條件、含水層性質,該路基區地下水可分為第四系孔隙水和基巖裂隙水兩大類。通過鉆孔顯示地下水埋深在0.9～2.0m。

(1)第四系孔隙水

主要分布于海積平原、沖洪積平原,含水層巖性為粉土、粉質黏土、中細砂等,地下水位埋深一般在0.2～2.5m,海積地層中出水量稍大,單井涌水量在100t/d左右,水質微咸-淡。此類水主要由大氣降水補給,雨季部分由地表水補給,水質為HCO3—Ca·Mg型微礦化水,一般對混凝土無侵蝕性。

(2)基巖裂隙水

分布于平原區底部,巖性為礫巖,基巖裂隙水主要賦存于強—中風化基巖節理裂隙發育帶中,含水性極不均勻,無統一地下水位。水量較貧乏,常見泉流量0.1～0.2L/s,單井涌水量≤ 50t/d。在斷層帶內,地下水相對富集,水量較大?；鶐r裂隙水主要接受大氣降水及上部第四紀松散層地下水補給,水質為低礦化淡水,水化學類型以HCO3—Ca·Na型為主,對混凝土有微腐蝕性。

3 完成工作量

該段路基布置鉆孔12個,靜力觸探7個,十字板剪切5個,剪切波速測試3個。具體勘察工作量見表1。

表1 完成勘察工作量一覽表

4 地層巖性

4.1 巖體工程地質類型及分布

沉積巖:該類巖體在軟土路基區內埋深40m以下。地層巖性主要為白堊紀下統方巖組(K1f)礫巖,巖質較軟,易風化、軟化,工程地質條件較為復雜。

4.2 土體工程地質類型及分布

區內土體主要分布于海積平原區,根據其物質組成、結構構造等特點可劃分為:流塑淤泥、淤泥質土;軟塑粉質黏土、黏土;可塑粉質黏土、黏土;硬塑粉質黏土、黏土;中密粉土、細砂,密實粗砂;中密—密實礫砂、圓礫。

5 工程地質評價

5.1 場地穩定性評價

鉆探結果顯示,場地內覆蓋層主要以黏土、圓礫為主。第四系覆蓋層埋深較大,地下水埋深0.9～2.0m,工程地質條件較復雜,整個場區現狀穩定,整體適宜建設[1]。

5.2 場地地震效應

5.2.1場地地震

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2015)附表C.11和G.1,得出如下結論:該段基本地震動峰值加速度值為0.10g(地震基本烈度Ⅶ度),基本地震動加速度反應譜特征周期值為0.35s。

該段落場地類別為Ⅲ類,根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306-2015)表1和表E.1,調整地震動參數如下:該段地震動峰值加速度值為0.125g(地震基本烈度為Ⅶ度),地震動加速度反應譜特征周期值為0.45s。

應按《公路工程抗震規范》(JTG B02—2013)及《公路橋梁抗震設計規范》(JTG/T 2231-01—2020)有關規定采取抗震措施。

5.2.2場地類別及場地土類型

鉆探成果顯示,上覆第四系地層最厚處50.2m,軟弱土厚度大于15m,根據《公路工程抗震規范》(JTG B02—2013)判斷,判定建筑場地類別為Ⅲ類,屬抗震不利地段。場地土類型詳見表2。

表2 場地土類型

5.3 場地水、土對建筑材料的腐蝕性

在場地附近取2組水樣和1組土樣,分別進行室內水、土腐蝕性試驗,參照《公路工程地質勘察規范》(JTG C20-2011)附錄K進行數據分析評價。

5.3.1水腐蝕性評價

5.3.2土腐蝕性評價

5.4 特殊性巖土工程地質評價

通過勘察,揭露的特殊巖土為軟土和填土。軟土包括淤泥質土和淤泥。根據地表調查和勘探資料顯示,該段范圍內軟土分布較廣,埋深較淺,厚度約14.2～32.7m,工程地質條件較復雜。由于軟土尚未固結完全,可能產生負摩阻力,設計時需考慮負摩阻力影響。該層物理力學性質差,具有孔隙比大、壓縮性高、承載能力低等特點,工程地質條件較差[2],其物理力學指標詳見表3。

表3 軟土試驗數據一覽表

根據 《巖土工程勘察規范(2009年版)》(GB 50021—2001)5.7.11條,該區抗震設防烈度為8度。根據項目9個鉆孔波速測試結果,9個鉆孔的等效剪切波速均大于140m/s。因此,即使遭遇Ⅶ度烈度的地震作用,也無需考慮軟土震陷影響。

填土結構較松散,主要成分為粘性土和回填碎石,分布于鄉間土路,局部有架空現象,均一性較差,滲透性較高,富水性較好。該區范圍內填土分布較廣但厚度不深,約0.20～2.80m。由于填土尚未固結完全,可能產生負摩阻力,設計時需考慮此影響。

5.5 巖土設計參數

推薦工程地質層巖土設計參數詳見表4。

表4 推薦工程地質層巖土設計參數表

5.6 總體評價

該路段普遍分布有第四系全新統濱海相沉積的淤泥質土。該土呈灰色,流塑,飽和,韌性及干強度低,土層中存在較多高嶺石等無機質物質。一般層厚14.2～32.7m,該軟土層的天然含水量一般在38%～59%,土層的液性指數一般在1.05～1.45。自然狀態下,大多數會呈現半流塑狀態。通過地質調繪發現,該地區軟土層還具有易觸變、土質不均等特征。相對而言,軟土路基在載荷作用下,固結速度較慢,在自然狀態下雖然能夠呈現出一定的結構強度,但一經擾動,結構強度會迅速下降,并呈現出不均勻沉降現象,建議對該段路基進行地基處理。

6 工程措施

該段軟土層埋深較深,范圍較廣,厚度不均勻。

針對工程特點,建議采用預應力混凝土管樁施工工藝。預應力管樁作為一種預制樁,與其他樁型相比,具有樁身質量可靠、強度高、穿透能力強、施工便捷等優點,對于軟土的固結及性能提升效果顯著。同時,預應力管樁對周圍環境污染較小,效費比高。

7 結語

根據工程特點,建議該段軟土路基采用管樁處理,穿透軟土,以下部穩定的圓礫(角礫)、礫巖為持力層,可有效改善路基軟土性能,減少不均勻沉降。