江苏高速公路软土路基工程地质问题研究.docx

江苏高速公路软土路基工程地质问题研究陈艺南1清2殷红岩3谈(11 东南大学岩土工程研究所 ,江苏 南京 210096 ; 21 南京建元基础设施公司 ,江苏 南京 210026 ;31 南京民用建筑设计院 ,江苏 南京 210026)摘要 : 根据江苏徐州 - 连云港高速公路软土路基工程出现的开裂 、滑移现象 ,就该地区的水文工程地质条件 、软土分布规律 、分布特点 、典型路段软土的力学指标进行了深入的分析 、探讨 。总结得 出 :我国沿海地区高速公路软土地基工程地质问题多是因为软土层厚薄分布不均 、勘测过程中现 场及室内试验提供的设计指标与实际差异过大等综合因素造成 。经综合对比我国沿海地区高速 公路软土地基地质灾害 ,提出勘测设计指标的确定应以十字板 、cp t 现场试验为准 。关 键 词 : 软土层 ; 冲海积 ; 十字板 ; cp t中图分类号 : p64212文献标识码 : a概述1连云港市位于江苏东北部 ,东临黄海 ,该区位于鲁中南丘陵与淮北平原的结合部 ,整个地势自西北向东南倾斜 ,平均海拔高度 34 m 。徐州 - 连云港高速公路连云港地区软土段部分路基在施工过程中于 2000 年 4 月 6 日至 2000 年 5 月20 日相继出现了路堤开裂 、路基滑移等问题 (表 1) 。开裂段 、滑移段主要位于大岛山一线 ,图 1 为失稳软 土层纵断面分布示意图 。表 1 徐州 - 连云港高速公路路堤开裂 、路基滑移统计ta ble 1 statistics of the roa d bank and sl ide of roa dbed on xuzhou2l ianyungang express way破坏位置概况破坏类型k14 + 67116 k14 + 713该段属 鱼 塘 路 基 , 设 计 要 求 筑 围 堰 、抽水 、清淤 ,再打搅拌桩滑移段 ,路基上有三条纵向裂缝 ,裂缝宽 230 cm ,滑移时裂缝最大宽度 7080 cma4标段k18 + 877 k19 + 022地基 采 用 砂 砾 石 垫 层 处 理 , 预 压 高 度41124133 m ,开裂时路基填高 2150 m开裂段 ,裂缝多为纵向开裂 ,宽 29 cmk19 + 565 k19 + 64115地基采用粉喷桩处理 ,桩长 10150 m ,桩距 11401160 m ,预压期 60 天开裂段 ,裂缝多为纵向开裂 ,宽 28 cma5标段k19 + 75315 k19 + 873地基采用粉喷桩处理 ,桩长 10150 m ,桩距 114 m ,预压期 60 天开裂段 ,裂缝多为纵向开裂 ,宽 28 cmk20 + 000 k20 + 170地基采用粉喷桩处理 ,桩长 11 12 m ,桩距 1140 m ,预压期 60 天开裂段 ,裂缝多为纵向开裂 ,宽 48 cm收稿日期 : 2001 - 04 - 16作者简介 : 陈艺南 ( 1964 ) ,男 ( 汉族) ,讲师 、工程师 ( 双师型) ,从事岩土工程生产 、科研 、教学 1第 3 期陈艺南等 : 江苏高速公路软土路基工程地质问题研究31图 1 失稳段软土层工程地质纵断面示意图fig11 illust rative map of vertical sectio n in geological engineering o n unstable part s of sof t2soil layers工程地质条件2该区的工程地质资料 显示 ,连云港软土为滨海相沉积的淤泥 - 淤泥质土 ,其主要特征见表 2 。各土层物理力学指标统计见表 3 。软土层淤泥 - 淤泥质粘土典型断面物理力学性质指标见表 4 。表 2 软土层分布特征ta ble 2 the distribution property of soil layers层名成因时代厚度/ m岩性及分布特征qal + m硬壳层软土层 下伏层04100516013130 12100高液限粘土 ,浅灰黄色 ,软 - 可塑 ,全段分布淤泥 ,淤泥质高液限粘土 , 流塑 ,厚度变化大 细砂混高液限粘土及砾砂 ,青灰色 ,透镜状分布4qm4qml4表 3 土层物理力学指标statistics of physical mechan ic behaviors f or soil layersta ble 3快剪固快塑限指数ip液性指数il压缩模量含水量w / %重度/ knm- 3孔隙比e液限w l / %塑限w p / %土层粘聚力 内摩擦角粘聚力 内摩擦角es/ m pa/ ()/ ()c/ k pac/ k pa硬壳层软土层 下伏层351575163012181617141819110511815611691624132418331442170151114131241101511016121542111421324122581515814十字板试验静力触探固结系数cv/ cm2s - 1砂粒含量/ %粉粒含量/ %粘粒含量/ %标贯n / 击土层不排水强度 残余强度灵敏度锥尖阻力侧磨阻力c / k pac / k paq / m paf / m pasuutcs硬壳层软土层 下伏层151491846193712371753102181104100161012601032301005641581311312414 东南大学岩土工程研究所 ,徐州 - 连云港高速公路连云港 a1 a7 标段软土地基加固设计与施工评价研究报告 ,20011 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 32华 南 地 质 与 矿 产2001 年表 4 软土层淤泥 - 淤泥质粘土典型断面物理力学性质指标ta ble 4 mud in sof t2soil layer2mucky soil , typical physical mechan ic behaviors of section液性指数 压缩模量 固结系数含水量重度孔隙比液限w l / %塑限w p / %灵敏度s t断面号w / % / knm- 3cv/ cm2 s - 1iles/ m pae(1) k1 + 276 k2 + 050(2) k4 + 825 k5 + 358(3) k14 + 535 k14 + 553 (4) k15 + 913 k16 + 644 (5) k16 + 954 k16 + 982 (6) k17 + 381 k17 + 409(7) k18 + 791 k19 + 220(8) k19 + 530 k20 + 629 (9) k20 + 629 k21 + 262 (10) k23 + 114 k23 + 15468116612611466137011671571107412711267191518161015181519151916101518151815161518119211841173118711921185210021052110119068146016431745154516411550125113491348182314261325192610231321182619271329153211412419516319611517416618510514019811321169119311471151118011431190115011001120113611441107112111301130113011294109318141210152210511220168211601613177软土的基本特性3(1) 软土具有高含水量 、高液限 、低密度 、低强度 、高压缩性 、低透水性 ,高灵敏度的特点 。即 : w =45 %85 % , w l = 4011 % 6511 % , = 110 2156 , ip = 16 3718 , av = 015 110 m pa ,固结系数 cv =10 - 310 - 4 cm2 / s , s t = 48 ,因此该类土压缩沉降量大 ,排水固结缓慢 ,地基稳定性差1 。(2) 土体结构未被破坏时具固态特征 ,但一经扰动 ,即转变为稀释流动状态 ,其表现为力学特性与应力 水平密切有关 ,应力水平较低时 ,土体呈现较好的力学特性 ,应力水平超过某临界值后 ,土的结构被破坏 , 力学性质明显恶化 ,短期内很难恢复 。(3) 软土层上多分布有硬壳层 ,力学指标见表 3 。 该高速公路软土与我国几条典型软土段高速公路的主要物理力学指标2 对比见表 5 。表 5 我国几条典型软土段高速公路的主要物理力学指标对比ta ble 5 comparision in ma in physical mechan ical behaviors a mong several typical sof t2soil parts on express ways in china重度/ knm - 3压缩模量es/ m pa液限w l / %塑限指数ip固结系数cv/ cm2s- 1含水量w / %粘聚力c/ k pa内摩擦角/ ()地点土层沪宁高速公路 硬壳层1910171918161713018511041160191106111453511354339454046141412191519182727昆山段淤泥质土 4060硬壳层 261538淤泥质土 40601150130163194111515813101314157815沪嘉高速公路杭甬高速公路昆山段连云港市区淤泥质土 406516121815113117364612240144171618915淤泥质土 4575硬壳层 3418淤泥质土 46158510151517151811151417151102103110162116043555040116511203020161037180120517111161871261211135171214徐连高速公路路基失稳工程地质问题分析4表 4 为以钻探为主结合静探划分的 10 个断面的物理力学指标统计表 ,结合软土层路基纵断面分布图(图 1) 可知 : 东南大学岩土工程研究所 ,徐州 - 连云港高速公路连云港 a1 a7 标段软土地基加固设计与施工评价研究报告 ,20011 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第 3 期陈艺南等 : 江苏高速公路软土路基工程地质问题研究33(1) 从地形地貌上看 ,开裂区段软土层较厚 ,为 8100 10150 m ,硬壳层厚度多在 1 m ( 多有 0130 0160 m松散表层土 、耕植土) ,属软土层较厚 、硬壳层薄的地段 ,且地表多有水塘 。 滑移段位于水塘与丘岗坡地之间 ,地形起伏大 ,无硬壳层 ,软土层厚 11403180 m ,下伏土层顶面倾向水塘且坡度相对较大 。(2) 从软土层岩土组成看 ,几乎所有钻孔描述均说明软土层分布有 012015 m 的粉砂 、粉土薄层 ,而 全面复查的静探资料反映出的粉砂 、粉土薄层力学性质接近淤泥 - 淤泥质土 ,说明该薄层粉砂 、粉土力学 性质差 ,其标贯 ( sp t) n = 0181 击 ,判断为液化土 ,钻孔资料说明该层砂在水平和竖直方向上分布不 均 ,在对该类土施工 (施工振动 、粉喷桩振动成桩) 时 ,极有可能形成局部软土层的整体失稳 ,出现开裂滑 移 。(3) 从力学指标看 ,开裂段 、滑移段软土与其他未开裂段软土相比 ,无明显特别差异 ,但静力触探资料 在两段失稳处 qc 、f s 、p s 较小 ,即 qc = 01190124 m pa ,该区段未滑移段的 qc 均大于 013 m pa ,说明危险 断多发生于 qc = 01190124 m pa 。表 6 为 qc = 01190124 m pa 的里程区段 ,该区段基本处于滑移段 、开 裂段位置 。我国现行工程地质手册及岩土工程勘察规范中 ,对 p s 013 m pa 的高灵敏度软土的有关力学 指标的确定还处于研究发展阶段 ,特别是现场原位测试手段方面 。目前较成熟的一种新型原位测试技术 是孔压静力触探 ( cp tu) ,该试验采用实测曲线与理论曲线拟合的方法推求固结系数 ,较好地反映了土体固结情况 ,为变形沉降提供较符合实际的变形参数 。表 6 qc = 01190124 mpa 的里程区段qc = 01190124 mpata ble 6the mileage phase of软土层里程孔号锥尖阻力 qc/ m pa侧磨阻力 f s/ m pa比贯入阻力 ps/ m pak14 + 500k14 + 550k19 + 000k19 + 050k19 + 100k19 + 510k19 + 700fj31fj32 fj95 fj96 fj97j k16jf 107011901230122012401220120012401004501007301006401007010064010030100570120012001190123011701230117 k19 + 950 fj110 0123 010058 0117 (4) 由软土层 10 个断面 (两个失稳段和八个未破坏段) 的物理力学指标 (表 4) 对比可看出 ,土工试验测得的物理力学指 标因多家单位提供 ,试验方法有所不同 ,失稳段和破坏段没有 明显区别 ,但据静力触探判断 ,滑移 、破坏段多发生于 qc =01190124 mpa 的区段 ,因而 ,用静力触探确定的 qc 0125mpa 软土工程特性研究成果在该地区有待进一步研究 。(5) 由该区高速公路 ( k16 + 950 k20 + 620) 软土层十 字板剪切试验统计图 ( 图 2) 可知 ,软土中 cu 随深度的增加 而增加 ( cu = ( 5150 + 11571 h) / k pa) 。图 3 为连云港地区地层土工力学参数随深度的分布规律3 图 。(6) 由徐州 - 连云港高速公路填方路堤填方前后软土层 压缩指标 (表 7) 可知 ,滑移段桩号 k14 + 690 、k14 + 750 填方前后孔隙比发生明显变化 , 孔隙比填方后比填方前分图 2fig12软土十字板剪切试验统计图statistics of cut experiment s for sof t2soil cross2board 东南大学岩土工程研究所 ,徐州 - 连云港高速公路连云港 a1 a7 标段软土地基加固设计与施工评价研究报告 ,20011 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 34华 南 地 质 与 矿 产2001 年图 3 地层土工力学参数随深度的分布规律图fig13 dist ributio n regularit y and it s relatio nship as t he dep t h of soil layers change(a) e , w , s t 分布图 ; ( b) 综合强度分布图表 7 徐州 - 连云港高速公路路堤填方前后钻探软土层压缩指标statistics of condensed targets in drill ing sof t2soil layers bef ore and af ter f ill ingta ble 7填方前填方后填方前后变化率/ %软土厚度/ m里程压缩模es/ m pa压缩模量es/ m pa压缩模量es/ m pa孔隙比e孔隙比e孔隙比ek14 + 600k14 + 690k14 + 750k19 + 840k19 + 880k23 + 600k23 + 700k27 + 000k30 + 600k47 + 000k14 + 600 k47 + 0003180218011451110081205150510021708100111601155121056118162124011943115211168311671116711160511651129112611451149115911691125116311459140- 2011- 61073013311890- 191445618013140361801171211266118001951140251123521093119371185671172115913011690118381120- 11132114511160118501141511810114721164124别增加了 2011 % 、6107 % , 说明土体 结 构 已 明显破坏 ,该两桩号处的软土体设计采用原勘察 提供的指标明显偏大 。开裂段桩号 k19 + 840 、k30 + 600 填方后压缩模量比压缩前分别下降了 19144 % 、11132 % , 说 明 该 两 桩 号 处 的 预 压 固结未达到设计效果 。(7) 图 4 为徐连高速公路软土层补勘横断面剖面图 ,由软土层厚度的厚钻孔资料和补勘 资料 可 知 , 包 含 滑 移 段 的 k14 + 120 k17 +450 路肩处的软土层分别比对应路中心处软土 层厚 1110 6120 m ; 包 含 开 裂 段 的 k19 +图 4 公路横断面软土层分布示意图fig14 dist ributio n of sof t2soil in cross sectio n 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第 3 期陈艺南等 : 江苏高速公路软土路基工程地质问题研究35580 k20 + 120 路肩处的软土分别比对应路中心处软土层厚 11103130 m 。另从静探全面复查资料也说明同样问题 。由该软土层纵断面图对比全面静探复查资料及补勘的徐连软土层纵断面图可知 ,徐连滑移段 、开裂段 在横断面上路中心线处软土厚度比路肩软土厚度小 11106120 m ,由于在相同预压荷载条件下 ,路肩带 软土层固结变形大于相应路中心处 ,即在横断面上形成向路肩方向软土带的较大差异沉降和向路肩方向 的较大的侧向变形 ,从而导致路基的开裂 、滑移 。结论5(1) 徐连高速公路软土层具有高含水量 、高液限 、低密度 、低强度 、高压缩性 、低透水性 ,高灵敏度的特点 。该类土压缩沉降量大 ,排水固结缓慢 ,地基稳定性差 。(2) 连云港地区软土力学性质随深度变化较明显 。物理力学指标随深度逐渐增加 。(3) 路基开裂 、滑移段多发生在山前软土地段和厚软土地段 。路肩处软土厚度大于相应路中心软土厚 度 2 m 以上的位置易导致路基失稳 。(4) 失稳段和破坏段软土层没有明显区别 ,但据静力触探判断 ,滑移 、破坏段多发生于 qc = 01190124mpa 的区段 ,因此用静力触探确定的 qc 0125 mpa 的软土工程特性研究成果在地区有待进一步探讨 。(5) 总结出了软土层不利断面的具体位置和物理力学性质指标 。(6) 路基填筑后 ,通过预压 、固结作用 ,软土物理力学性质得到改善 。(7) 十字板剪切试验 、静力触探 ( cp t) 指标是软土路基稳定设计最重要的试验指标 ,以两者为依据进 行勘测设计对减少软土路基工程地质问题有重要意义 。参考文献 :1 中华人民共和国国家标准 1 岩土工程勘察规范 ( gb50021 - 94) 12 蒋振雄 ,刘松玉 ,方磊 1 论我国高等级公路建设的主要岩土工程问题 1 东南大学学报 ,2000 , (6) 13 赵九斋 1 连云港软土路基沉降研究 1 岩土工程学报 ,2000 , (6) 1a nalysis of geolo gical haza rds res ul ted fromsoft2soil fo und atio n of certai n exp ressway co nstructio n i n j ia ngs u p ro vi ncech en yi2nan1 , tan qin2 , yin g ho ng2yan3( 1 . i nst i t ute of geo2tech nical en gi neeri n g , s out heast u ni versi t y , n anji n g 210096 ; 2 . com pany of n anji n g j i any u an b ases const r uct ion , n anji n g 210004 ; 3 . n anji ng i nst i t ute of ci v il b uil di n g desi g n , n anji n g 210016)abstract : to t he questio n of crazing of road bank and slide of roadbed o n t he xuzho u2lianyungang sof t2soilfo undatio n exp ressway in j iangsu p rovince , t his paper p rovides a p rofo und analysis o n t he geological co nditio n of hydrology engineering in t he area , sof t2soil dist ributing regularit y , p ropert y of it s dist ributio n and