软土路基的工程地质勘察及评价

金 东

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

1 工程概况

该路段地貌属鄞奉海积平原地貌,地势较平坦。其中K0+700～K1+800路基段为软土路基,长约1000m。该段路基跨清水河,水位季节性变化较为明显。年平均降水量1310～1740mm,平均降水日数150～171d。路基区浅部孔隙潜水含水层出露地表,直接接受大气降水补给,也接受河网地表水及农田灌溉水补给。地下径流以垂向为主,仅在河网及民井附近出现水平径流,径流短,速度缓慢,以蒸发和植物吸收为主要排泄方式,水量小,水质较差。

2 地表水与地下水

2.1 地表水

地表水主要以大气降水形成的地表径流为主。地表水流量受季节性降雨控制,平时水量一般,雨季水量较大。

2.2 地下水

根据地下水赋存条件、含水层性质,该路基区地下水可分为第四系孔隙水和基岩裂隙水两大类。通过钻孔显示地下水埋深在0.9～2.0m。

(1)第四系孔隙水

主要分布于海积平原、冲洪积平原,含水层岩性为粉土、粉质黏土、中细砂等,地下水位埋深一般在0.2～2.5m,海积地层中出水量稍大,单井涌水量在100t/d左右,水质微咸-淡。此类水主要由大气降水补给,雨季部分由地表水补给,水质为HCO3—Ca·Mg型微矿化水,一般对混凝土无侵蚀性。

(2)基岩裂隙水

分布于平原区底部,岩性为砾岩,基岩裂隙水主要赋存于强—中风化基岩节理裂隙发育带中,含水性极不均匀,无统一地下水位。水量较贫乏,常见泉流量0.1～0.2L/s,单井涌水量≤ 50t/d。在断层带内,地下水相对富集,水量较大。基岩裂隙水主要接受大气降水及上部第四纪松散层地下水补给,水质为低矿化淡水,水化学类型以HCO3—Ca·Na型为主,对混凝土有微腐蚀性。

3 完成工作量

该段路基布置钻孔12个,静力触探7个,十字板剪切5个,剪切波速测试3个。具体勘察工作量见表1。

表1 完成勘察工作量一览表

4 地层岩性

4.1 岩体工程地质类型及分布

沉积岩:该类岩体在软土路基区内埋深40m以下。地层岩性主要为白垩纪下统方岩组(K1f)砾岩,岩质较软,易风化、软化,工程地质条件较为复杂。

4.2 土体工程地质类型及分布

区内土体主要分布于海积平原区,根据其物质组成、结构构造等特点可划分为:流塑淤泥、淤泥质土;软塑粉质黏土、黏土;可塑粉质黏土、黏土;硬塑粉质黏土、黏土;中密粉土、细砂,密实粗砂;中密—密实砾砂、圆砾。

5 工程地质评价

5.1 场地稳定性评价

钻探结果显示,场地内覆盖层主要以黏土、圆砾为主。第四系覆盖层埋深较大,地下水埋深0.9～2.0m,工程地质条件较复杂,整个场区现状稳定,整体适宜建设[1]。

5.2 场地地震效应

5.2.1场地地震

根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)附表C.11和G.1,得出如下结论:该段基本地震动峰值加速度值为0.10g(地震基本烈度Ⅶ度),基本地震动加速度反应谱特征周期值为0.35s。

该段落场地类别为Ⅲ类,根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)表1和表E.1,调整地震动参数如下:该段地震动峰值加速度值为0.125g(地震基本烈度为Ⅶ度),地震动加速度反应谱特征周期值为0.45s。

应按《公路工程抗震规范》(JTG B02—2013)及《公路桥梁抗震设计规范》(JTG/T 2231-01—2020)有关规定采取抗震措施。

5.2.2场地类别及场地土类型

钻探成果显示,上覆第四系地层最厚处50.2m,软弱土厚度大于15m,根据《公路工程抗震规范》(JTG B02—2013)判断,判定建筑场地类别为Ⅲ类,属抗震不利地段。场地土类型详见表2。

表2 场地土类型

5.3 场地水、土对建筑材料的腐蚀性

在场地附近取2组水样和1组土样,分别进行室内水、土腐蚀性试验,参照《公路工程地质勘察规范》(JTG C20-2011)附录K进行数据分析评价。

5.3.1水腐蚀性评价

5.3.2土腐蚀性评价

5.4 特殊性岩土工程地质评价

通过勘察,揭露的特殊岩土为软土和填土。软土包括淤泥质土和淤泥。根据地表调查和勘探资料显示,该段范围内软土分布较广,埋深较浅,厚度约14.2～32.7m,工程地质条件较复杂。由于软土尚未固结完全,可能产生负摩阻力,设计时需考虑负摩阻力影响。该层物理力学性质差,具有孔隙比大、压缩性高、承载能力低等特点,工程地质条件较差[2],其物理力学指标详见表3。

表3 软土试验数据一览表

根据 《岩土工程勘察规范(2009年版)》(GB 50021—2001)5.7.11条,该区抗震设防烈度为8度。根据项目9个钻孔波速测试结果,9个钻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,也无需考虑软土震陷影响。

填土结构较松散,主要成分为粘性土和回填碎石,分布于乡间土路,局部有架空现象,均一性较差,渗透性较高,富水性较好。该区范围内填土分布较广但厚度不深,约0.20～2.80m。由于填土尚未固结完全,可能产生负摩阻力,设计时需考虑此影响。

5.5 岩土设计参数

推荐工程地质层岩土设计参数详见表4。

表4 推荐工程地质层岩土设计参数表

5.6 总体评价

该路段普遍分布有第四系全新统滨海相沉积的淤泥质土。该土呈灰色,流塑,饱和,韧性及干强度低,土层中存在较多高岭石等无机质物质。一般层厚14.2～32.7m,该软土层的天然含水量一般在38%～59%,土层的液性指数一般在1.05～1.45。自然状态下,大多数会呈现半流塑状态。通过地质调绘发现,该地区软土层还具有易触变、土质不均等特征。相对而言,软土路基在载荷作用下,固结速度较慢,在自然状态下虽然能够呈现出一定的结构强度,但一经扰动,结构强度会迅速下降,并呈现出不均匀沉降现象,建议对该段路基进行地基处理。

6 工程措施

该段软土层埋深较深,范围较广,厚度不均匀。

针对工程特点,建议采用预应力混凝土管桩施工工艺。预应力管桩作为一种预制桩,与其他桩型相比,具有桩身质量可靠、强度高、穿透能力强、施工便捷等优点,对于软土的固结及性能提升效果显著。同时,预应力管桩对周围环境污染较小,效费比高。

7 结语

根据工程特点,建议该段软土路基采用管桩处理,穿透软土,以下部稳定的圆砾(角砾)、砾岩为持力层,可有效改善路基软土性能,减少不均匀沉降。