阆中至营山高速公路LK10+310～LK10+460段软弱地基分析与处治建议

严巍巍 林华章

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

四川盆地软弱地基段土层厚度变化大，填土高度变化也大，所以路基不均匀沉降很普遍，很多高速公路都因路堤不均匀沉降而导致路面出现早期破坏。在高填方路堤（简称“高路堤”）下，常会存在一定程度的软弱土层。虽然土的物理力学指标不属于软土，但在高路堤强大的附加荷载作用下，或因土的抗剪强度指标不够而出现滑动，或因工后沉降量超过规范值需进行处治的情况，就会构成软弱地基。本文以阆营高速LK10+310～LK10+460段软弱地基为例，通过工程地质调绘、地质钻探、室内试验等勘察手段对软弱地基进行分析评价，为类似工程提供参考及建议。

1 工程背景

1.1 工程概况

拟建LK10+310~LK10+460段路线以路基填方形式穿越谷地，设计路基宽度为25.5m，LK10+400 处设计路面高程328.88m，中心处填方高度约10.67m。谷地宽约100m，总体走向北东至近南西，谷底溪沟发育，呈台阶状，谷地平坦，多为水稻田，溪沟于谷底左侧坡脚通过，沟深1~2m，宽2~3m，常年流水，并于下游约80m处汇入一南北向溪沟后向西北流去。

1.2 工程地质条件

1.2.1 地形地貌

场地位于四川盆地中北部低山－丘陵区，属深～浅切丘地形，隧区受构造及地层岩性的影响，多为平缓的脊状丘陵，丘脊线呈带状、马鞍状、鼻状的地貌景观。场地丘陵高点海拔400.7m，凹沟低点标高约315.5m，相对高差85.2m，属构造剥蚀中切丘陵地貌。丘坡上植被发育，斜坡呈陡缓不均的折线状，自然斜坡坡角多在5°~45°间变化。

1.2.2 地层岩性

据地面地质调查及钻探揭露，填方路段主要地层为新生界第四系全新统坡残层（Q4dl+el）、坡洪积层（Q4dl+pl）及中生界侏罗系上统遂宁组（J3s）。

1.2.3 地质构造及地震

测区大地构造位置处于扬子准地台四川台坳之川中台拱部位，相当于李四光厘定的新华夏系第三沉降带四川沉降摺带川中褶带。区内构造线方向以北西向为主，次有北东向及南北向。构造体系分别划归南充－射洪区域性东西向构造带、仪陇-巴中莲花状构造、新华夏系及川黔南北向构造带，区内褶皱宽缓。

场地构造主要有营山背斜。褶皱舒缓，局部揉皱发育，岩体较破碎，岩层产状倾角不大但变化频繁，测得岩层产状：242~255°∠2~6°，总体倾向南西，岩层优势产状：255°∠4°。地表调查区内岩体裂隙较发育，主要有以下2 组，J1：72~106°∠78~57°，间距0.2~2m，裂隙面弯曲或反倾，无充填或少量泥质充填，延伸长0.2~1.4m，张开度一般微张3mm~闭合，切割0.2~1.6m；J2：175~200°∠77~88°，间距0.2~1.8m，裂隙面弯曲、不平整，无充填或少量泥质充填，延伸长0.2~1.5m，张开度大多闭合，个别微张1~5mm，切割0.2~2m。从节理走向上看，砂岩中相比粉砂质泥岩裂隙相对不发育，其中J1是区域上主控节理，沟谷的发育及山脊的走向均与此节理相同。受构造影响，在不同位置，节理裂隙扭曲变形呈弧状，倾向、倾角变化大，岩体在层面及裂隙切割下呈碎块～巨块状。

区内经历了各期构造运动，挽近地质时期构造运动主要表现为面状升起。同时，具有不均衡性和间歇性的特点。根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015），场地的地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，对应的地震基本烈度为Ⅵ度。

2 软弱地基

2.1 软弱地基分布及物理性质

场地普遍被第四系全新统坡洪积层（Q4dl+p）l黏土所覆盖，厚度8.5~13.2m，呈流塑状~可塑状，为潮湿~饱和黏土，其中顶部受水体浸泡呈流塑状~软塑状，一般厚度0.0~2.7m；其下呈软塑状，局部呈可塑状，依据静力触探测试及钻孔取芯揭示，软土在层内分布不连续，软土具有含水量高、压缩性大、灵敏度高、承载力低、抗剪强度小的特性，路基填筑后易产生过大工后沉降或引起填方路堤的失稳，主要分布于沟谷或凹槽地段，地表一般为水田，是路线方案中填方路基处治的主要对象。

场地谷底以水田为主，常年蓄水，丘包间的低洼沟谷地带堆积第四系坡洪积层，以黏土为主，钻孔揭露黏土单层厚度8.5~13.2m。黏土多位于水田（冬水田）内，常年泡于水中，因排水不畅黏土多呈软塑状，地基承载力一般在0.1MPa以下，且沉降量大，固结速度慢，若路线以填方路堤通过，形成软弱路基。根据《公路工程地质勘察规范》（JTG C20-2011）第8.5.1条判定：当天然含水率ω≥液限ωL、天然孔隙比e≥1.0、压缩系数a0.1-0.2>0.5MPa-1、标准贯入试验锤击数<3 击、静力触探比贯入阻力Ps≤750kPa。根据场地钻孔内取原状土样测试进行统计综合分析：天然含水率变化在30.5%～45.7%，平均值ω=35.6%，液限范围值Ip变化在33.6~43.2，平均值ωL=36.9%；天然孔隙比e=0.856~1.268，平均值为1.011；压缩系数a0.1-0.2在0.48~1.01MPa-1之间变化，平均值为0.74MPa-1；实测标准贯入3~7击，平均锤击数=4.4击。在桩号LK10+405R30、LK10+405L30进行静力触探测试，深度0~11.3m测得静力触探比贯入阻力Ps=300~900kPa，局部段≤750kPa，个别土样指标超过判定指标（细粒土常规试验成果见表1所示），据此判定场地黏土层局部为软弱土，因此，填方路段局部存在软弱地基[1-3]。

表1 细粒土物理及力学性质试验

2.2 软弱土地基处理措施

场地丘包间的低洼沟谷地带局部软弱土天然含水量高，孔隙比大，压缩性大，固结系数小，强度低，天然地基难以满足路堤填土承载力要求，应进行软弱土地基处理。软弱土地基处理方法很多，应根据软弱土的土性特征，结合场地条件，因地制宜地采取经济、可靠的措施进行处理。几种常用处治方法简述如下。

2.2.1 浅层处治（换填）

当软弱土层厚度<4m的填方路堤厚，分布范围较小时，可考虑简单的处治方法：主要进行浅层处治，软弱土层厚度≤2.0m时，采用1.0~1.5m片石排水沟进行处理；软弱土层厚度在2~3m 时，采取换填0.5m+1~1.5m 片石排水沟处理；软弱土层厚度在3~4m 时，则采取换填1~1.5m+1.5m片石排水沟方式处理。

2.2.2 排水固结法

软弱地基厚度较大（>4m），有条件促使土体固结沉降的段落，利于排水固结时，可采用塑料排水板或袋装砂井堆载预压法。可以有效地降低软弱土的含水量，加速软弱土的固结，提高其承载力，但水平向排水的砂垫层是必不可少的，同时要保证足够的厚度，以免路基填筑时被挤断，造成地下水排水通道不畅，影响处理效果。袋装砂井排水效果优于塑料排水板，但前者工艺要求较高，在零星工点条件下显得不经济，可根据场地条件、材料供给的具体情况选用适宜的处治方法。

2.2.3 复合地基

当软弱土层较厚，填筑路堤较高，土性不利于排水或工期限制堆载预压时，可采用复合地基进行处治。

3 软基工程地质评价

3.1 场地稳定性评价

测区大地构造位置处于扬子准地台四川台坳之川中台拱部位，场区内无断裂通过，由西北向宽缓背、向斜构造构成，场区内地层平缓，由遂宁组（J3s）构成的地基稳定性较好，覆盖层厚度不大，无液化失稳、失效的土层。根据《公路工程抗震规范》（JTG B02-2013），工程场地类别为处于扬子准地台四川台坳之川中台拱部位，场地的地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，对应的地震基本烈度为Ⅵ度。区内新构造运动不强烈，其总的表现是以缓慢的抬升为主的差异运动。河（沟）水流以下切加深河谷为主，侧蚀作用微弱。工程地质条件较简单，属稳定场地，对软弱地基进行处治后可修筑路堤。

3.2 岩土体工程性质评价

参照《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）规定，针对该段边坡岩土体的工程地质特征进行评价。

（1）土体。工程区斜坡上覆第四系坡洪积黏土层，呈棕红色~灰褐色，软塑~可塑状。干强度、韧性中等，刀切面光滑，无摇震反应。根据土工试验结果报告，场地黏土自由膨胀率变化在21%~36%，平均值29%，根据《公路工程地质勘察规范》（JTG C20-2011）8.3.3 判定，填方路段黏土不具膨胀性。路基段上覆第四系坡洪积黏土，厚8.5~13.2m，由于在地表水长期浸泡下形成过湿土，呈流塑~软塑状。据钻孔所取土样试验成果，含水量30.5%~45.7%，液性指数0.80~1.14，孔隙比0.856~1.268，压缩系数0.48~1.01MPa-1，属中~高压缩性土。根据试验资料，结合地区经验，软塑状黏土基本容许值[fa0]值为100kPa，可塑状黏土基本容许值[fa0]值为150kPa。

（2）岩体。工程区分布的基岩为粉砂质泥岩夹砂岩。据地面调查及钻孔揭露，强风化带粉砂质泥岩，岩体网状裂隙发育，岩体呈碎块状结构，岩体不完整。据钻孔揭露，粉砂质泥岩中风化带岩体呈薄层～中厚层状构造，裂隙不发育，岩体总体较完整，但在与砂岩交界的位置岩体较破碎，岩体网状裂隙发育，岩体不完整，岩体呈碎块状结构；砂岩岩体完整，岩体呈中厚～厚层状构造，岩体裂隙较发育，在与泥岩交界位置，岩体较破碎呈碎块状，岩体完整程度一般。

3.3 路基稳定性评价

LK10+310~LK10+460 段以填方形式通过（路基地质横剖面图如图1 所示），公路按设计标高整平后，最大填方高度为11.98m，填方段位于沟谷下段，沟谷走向近东西向，坡角整体小于5°。由于此段大部分为平缓地带，黏土层厚度大，根据土工试验结果报告，局部为软弱地基，如果不做处理，加载后将会引起超限沉降，填筑速度过快，易引起路基剪滑失稳。

图1 路基地质横剖面图

建议路基应设置完善的排水系统，确保地表水排泄畅通。施工前放掉地表积水，清除表层过湿土，下部土体采用固结排水（如插板、碎石桩等），并进行分级堆载预压，提高地基承载力。

4 结束语

（1）根据《公路工程抗震规范》（JTG B02-2013），工程场地类别为Ⅱ类，根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015），场地的地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，对应的地震基本烈度为Ⅵ度。区内新构造运动不强烈，其总的表现是以缓慢抬升为主的差异运动。场地工程地质条件较简单，属稳定场地，在对软弱地基处治后，可修筑路基。

（2）路线以填方路堤形式通过坳沟地带，坳沟内上覆坡洪积层黏土，多呈软塑状，其天然含水量较高，孔隙比较大，为软弱地基土。其天然地基承载力低，不能满足公路设计要求，应对软弱地基进行工程处治，达到地基承载力要求后方可作为地基基础持力层。

（3）软弱地基处理方法通常有浅层处治（换填）、排水固结法、复合地基法等，应根据软弱土的土性特征，结合场地条件，因地制宜地采取经济、可靠的措施进行处理。