临汾两条高速公路的软弱地基勘察

杨朝晖

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

1 序言

1.1 项目概况

最近，该公司先后承担了祁临高速公路临汾北环段和临汾联络线两条高速公路的勘察工作，祁临高速公路临汾北环段路线全长19.264 km，其中K8+595～K12+500段地下水位较高；临汾联络线路线全长16.740 km，其中K9+200～K11+385段、K12+100～K14+800段地下水位较高，以上段落地基土具较高含水量和较高压缩性，根据有关规范，虽不属严格意义上的软土，但承载力明显偏低，属“准软土”或“软弱土”，故对以上段落进行了软弱地基专项勘察。

1.2 勘察目的与任务

本次勘察为详勘阶段，目的系通过地质调查、工程钻探、原位测试及土工试验等多种勘察手段，在初勘的基础上查明沿线软弱路基的分布路段、地形地貌、成因类型、岩性特征及地下水情况，并确定各路段的地震基本烈度和地震动峰值加速度，结合软弱路基段所布设的工程类型，对项目场地及地基稳定性作出评价，并提出相应的治理措施建议，为施工图设计提供详实的地质资料。

1.3 勘察方法及工作量

本次外业勘察采用XYL-I型履带式钻机和薄壁原状取土器，以标准贯入试验为原位测试法，利用压入法采取原状试样。软弱地基段落每500 m布设1个钻孔，临汾北环K8+595～K12+500段软基共完成钻孔11个，孔深20.0～25.8 m，总进尺259.8 m，共采取原状试样79件；临汾联络线K9+200～K11+385、K12+100～K14+800两段软基共完成钻孔14个，孔深均为20.0 m，总进尺280.0 m，共采取原状试样89件，扰动试样4件，所有试样均委托山西省交通规划勘察设计院公路工程试验研究中心进行了相应的测试，取得了必要的数据。

2 工程地质条件

2.1 地形、地貌

临汾北环软弱地基位于汾河河谷区，地形平坦开阔，海拔高程介于434～453 m之间，相对高差约19.0 m。微地貌有汾河河床、河漫滩及Ⅰ级、Ⅱ级阶地。地表覆盖Q4，Q3冲洪积物。临汾联络线软弱地基位于汾河东侧Ⅱ级阶地冲积倾斜平原区，地形平坦开阔，海拔高程介于461.76～482.97 m之间，相对高差约21.0 m。地表覆盖Q3冲积物。

2.2 地层时代、成因及岩性特征

2.2.1 临汾北环的软弱地基

按地貌单元分两段说明：

K8+595～K10+830段位于汾河Ⅱ级阶地，地下水埋深一般1.6～3.0 m，最大6.2 m，地层以第四系上更新统（Q3）冲积物为主，从上到下可分为3层：

第一层厚1.5～2.5 m，为硬壳层，岩性为低液限黏土，褐黄～黄褐色，稍密结构、稍湿状态，天然含水量19.3%，承载力170 kPa。

第二层厚8.5～11.5 m，为软弱层，岩性为低液限黏土，局部夹透镜状高液限黏土。低液限黏土为褐黄～黄褐色，以软塑～流塑状态为主，局部为可塑状态。软流塑土层具较高含水量、较高压缩性、较低承载力、抗剪强度低等特点，天然含水量为27.0%～35.7%，孔隙比0.85～0.95，局部高液限黏土孔隙比大于1.0，塑性指数10.8～12.7，承载力100～144 kPa。土体整体强度较低，根据剪切试验结果，φq=8.0°～22.0°，cq=10～20 kPa，压缩系数 0.31～0.50 MPa-1，压缩模量3.5～5.7 MPa。

因软弱层大部分为低液限黏土，与高液限黏土相比，内摩擦角较大，还是有一定强度的。但是，这种土压缩性仍较大，在载荷作用下，地基仍会发生较大的沉降，同样需要进行地基处理。

第三层揭示厚度8.8～14.8 m，承载力相对较高，岩性为低液限黏土及砂土，低液限黏土为可塑、中密状态，天然含水量为20.1%～27.7%，承载力165～183kPa。局部为软塑状态，承载力140kPa，砂土包括细粒土质砂、中砂，为中密、饱和状态，层厚1.3～2.1 m，细粒土质砂承载力110 kPa，中砂承载力370 kPa。

K10+830～K12+500段位于汾河河床、漫滩、Ⅰ级阶地，地下水埋深一般1.5～4.4 m，局部5.5 m，地层由第四系全新统（Q4）、上更新统（Q3）冲洪积物组成。从上到下可分为4层：

第一层为Q4地层，厚1.0～2.9 m，为硬壳层，分布于除河床以外的段落，岩性为低液限黏土，褐黄～黄褐色，稍密结构，稍湿状态，承载力170 kPa。

第二层为Q4地层，厚3.5～6.9 m，岩性为含细粒土砂、细粒土质砂，呈松散～稍密结构，饱和状态，厚3.5～6.9 m，具轻微液化，液化影响折减系数α=2/3，承载力90～190 kPa。

第三层为Q4地层，厚3.2～9.2 m，岩性以砾卵石为主，夹软塑～可塑低液限黏土，砾卵石为中密、饱和状态，承载力450～700kPa。

第四层为Q3地层，揭示厚度4.5～10.0 m，岩性以砂土及低液限黏土为主，砂土包括含细粒土砂、中砂、砾砂，为中密、饱和状态，厚2.0～2.5 m，承载力210～430 kPa；低液限黏土为可塑、中密状态，承载力170～210 kPa，钻孔最大揭示厚度7.2 m，本套地层未钻透。

2.2.2 临汾联络线的软弱地基

K9+200～K11+385段、K12+100～K14+800段软弱路基位于汾河东侧Ⅱ级阶地，地下水埋深一般在2.0～5.0 m之间，最大埋深7.0 m，地层由第四系上更新统（Q3）冲积物及中更新统（Q2）冲洪积物构成，从上至下可分为3层：

第一层为硬壳层。层厚0.5～4.8 m，由第四系上更新统（Q3）冲积物构成，岩性为低液限黏土（粉土、粉质黏土）。低液限黏土（粉土）褐黄色，中密结构，稍湿状态，仅在2号孔揭示，含水量17.6%，承载力基本允许值180 kPa；低液限黏土（粉质黏土）。褐黄色，可塑状态，含水量21.8%～26.2%，承载力基本允许值150～180 kPa。

第二层为软弱层。层厚3.4～15.0 m，由第四系上更新统（Q3）冲积物构成，岩性为低液限黏土（粉土、粉质黏土），局部夹透镜状粗砂、中砂。低液限黏土（粉土），褐黄色，中密结构，湿，天然含水量24.4%～25.3%，承载力允许值130～140 kPa；低液限黏土（粉质黏土），褐黄色，可塑状态，天然含水量24.6.2%～28.8%，承载力允许值135～160 kPa。因软弱层大部分为低液限黏土，与高液限黏土相比，内摩擦角较大，还是有一定强度的。但是，这种土压缩性仍较大，在载荷作用下，地基仍会发生较大的沉降，同样需要进行地基处理。

第三层承载力相对较高，揭示厚度1.6～8.5 m，由第四系中更新统（Q2）冲洪积物构成，岩性为低液限黏土（粉质黏土）及高液限粘土（粘土），局部夹透镜状粉砂薄层。低液限黏土（粉质黏土）浅褐红、褐黄色，可塑状态，含水量23.6%～25.0%，承载力允许值230～270 kPa。高液限黏土（黏土），黄褐色，硬塑状态，含水量26.3%，承载力允许值280 kPa。

2.3 水文地质条件

两段软弱地基地表水系属黄河水系汾河流域，汾河属常年流水性河流，但河流水量受气候和降水影响，枯水期与洪水期流量变化较大，在降雨集中的七八月份，水位暴涨暴落。

临汾北环段软弱地基地下水位普遍较高，埋深介于1.5～4.2 m之间，水位高程介于433.01～447.18 m之间，属潜水类型，由地表水和大气降水共同补给，地下水埋深与降雨量及冻融密切相关，水位受季节性影响，波动较大，地下水经取样分析，对混凝土结构及其中的钢筋均无腐蚀性。

临汾联络线软弱路基段落，地质调查发现，在K9+800左100m、K10+200左200 m出露两处泉水，由潜水和上层滞水补给，属下降泉，水量介于30～50 m3/d，水质较清。在磨河1号大桥跨越的磨河为常年流水性河流，地表水宽3.0～5.0 m，深0.3～0.5 m，由广胜寺泉水及大气降水补给。经对地表水取样分析，该水对砼结构及钢筋混凝土结构中钢筋均无腐蚀性。受以上两处泉水和磨河地表水共同影响，软弱地基段落地下水位普遍较高，埋深在2.0～6.0 m之间，水位高程介于460.79～472.40之间，属潜水类型。地下水埋深与降雨量及冻融密切相关，水位受季节性影响，波动较大。勘察时正值枯水期，如雨季施工，地下水位有可能升高。

2.4 地震烈度

根据GB18306—2001《中国地震动参数区划图》，桥址区地震动峰值加速度为0.20 g，相应于地震基本烈度为Ⅷ度。

3 场地岩土分析评价

3.1 场地稳定性

项目区位于临汾新裂陷盆地洪洞凹陷中，属典型的板内构造地震区，其特点是强度大，频率高，震源浅，破坏性强，也是未来强震可能发生的地方。历史上呈发生过一系列的大地震，其中5～5.5级9次、6.5级3次，8级2次。综合评价，桥址场地稳定性差。

3.2 地基稳定性

两条项目的软弱地基地层以软流塑低液限黏土、含细粒土砂、细粒土质砂，累计厚度大于20 m，容许承载力多介于90～170kPa之间，黏性土具较高含水量、较高压缩性和较低强度，临汾北环K10+830～K12+500段上部的含细粒土砂、细粒土质砂具轻微液化。总体评价，地基稳定性差。

3.3 场地土类型与场地类别

根据《公路桥梁抗震设计细则》，场地土的类型为软弱土～中硬土，场地类别综合评定为Ⅲ类。

4 结论与建议

（1）两个项目软基段落内的地层大部分为低液限黏土，土的压缩性相对较大，在载荷作用下，地基可能发生较大的沉降，因此需要进行地基处理。

（2）软弱地基区域场地稳定性和地基稳定性均差。

（3）软弱地基段内的路基为填方工程，设计上应尽量利用地表硬壳层，并控制路堤高度，采用加筋路堤、轻质路堤为宜，地基处理可采用粉喷桩等处理方式，建议进行试桩设计，并对复合地基承载力进行检测。

（4）软弱地基段的涵洞等小型构造物，其地基处理宜采用深处理。

（5）软弱地基段的大、中型构造物宜采用钻孔灌注桩基础。

[1]JTJ064—98，《公路工程地质勘察规范》

[2]JTG D30—2004，《公路路基设计规范》

[3]JTJ017—96，《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》

[4]张留俊，王福胜，李刚编著.公路地基处理设计施工实用技术，北京：人民交通出版社，2004