分段评价区域性软弱地基工程地质特征在忻州至阜平高速公路勘察中的应用

刘小龙

（山西交设岩土工程有限公司， 山西 太原 030006）

1 序言

1.1 概况

忻州—阜平高速公路（山西段）全长124.022 6 km，地形地质条件较为复杂。在忻定盆地内，表现为软弱地基、砂土液化等不良地质现象，其中K1+500~K38+300段，地下水埋藏较浅，一般埋深1.2~4m，最大埋深4.7m，地层湿软，土层具较高压缩性，属区域性软弱地基。

软基段落工程类型有通道17座，累计长199m；小桥44座，累计长547m；中桥15座，累计长726m；分离式立交桥11座，累计长750m；铁路高架桥2座，累计长1 080m；大桥2座，累计长440m；路基长33 058m。

1.2 勘察方法及工作量

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。在36.8km软弱地基范围内，共完成钻孔78个（大部分利用沿线构造物钻孔），孔深15~20m，总进尺1 537m，共采取原状试样574件，扰动样品136件，所有试样均委托本院试验研究中心进行了常规试验及三轴压缩试验等测试，取得了必要的数据。

2 工程地质条件

2.1 地形、地貌

软弱地基位于忻定盆地冲积平原区，地形平坦开阔，海拔高程介于741~782m之间，相对高差约40m，地表覆盖Q4松散冲积物。该区位于滹沱河流域，由滹沱河及其支流云中河、牧马河河床、河漫滩及Ⅰ级阶地等地貌构成。

2.2 地表水系

勘察区地表水系属海河水系滹沱河流域，路段所经河流主要为云中河、牧马河，二者均为滹沱河支流，属常年流水性河流，但河流水量受气侯和降水影响，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。此外，路线还跨越忻州及定襄的数条农田灌溉水渠。

2.3 地层时代、成因及岩性特征

经地质调查和钻探揭示，软弱地基地层主要由第四系晚更新世全新统（Q4）河流相冲积物构成，区内地下水位较高，土体在地下水的长期浸泡下，土质松散湿软。地层岩性以低液限黏土、低液限粉土、高液限黏土等黄土状黏性土和粉砂、细砂、中砂等砂类土构成。黏性土以软塑状态为主，具较高含水量、较高压缩性、较低承载力等特点，砂类土呈松散、中密、饱和状态，多具轻微液化，属区域性软弱地基。

根据地层结构、岩性特征、软弱特性，可将36.8 km软弱地基分为4段，各段软弱地基的岩性特征分述如下：

（1）AK1+500~AK12+500段（ZK1~ZK25），长 11 000m，钻孔控制深度17~20.5m，地面标高768~782m，相对高差约14m，地下水埋深1.8~5.2m，在钻探深度范围内，地层主要由Q4、Q3软塑（局部夹硬塑透镜体薄层）低液限黏土、低液限粉土及砂层透镜体构成，地表覆盖1.5~4m硬壳，主要不良地质现象为地基湿软。

地层中黏性土含水量一般为18.8%~33.5%，压缩系数0.3~0.58MPa-1，压缩模量3.5~5.7MPa；砂层透镜体处于中密、饱和状态。

（2）AK12+500~AK16+100 段（ZK26~ZK32），长 3 500m，钻孔控制深度18.5~20m，地面标高759~764m，相对高差约5m，地下水埋深2.7~4.2m，在钻探深度范围内，地层结构为砂土与低液限黏性土互层，主要不良地质现象为砂土液化和地基湿软，从上往下分别为：①Q4低液限黏土，厚度一般为1~4.2m，处于硬塑状态，局部为低液限粉土，含水量为18%~24.2%，液性指数为0.05~0.41。②Q4粉砂、细砂、中砂，局部为砾砂，该层砂类土分布比较稳定，厚度一般为2.3~6.7m，处于松散状态，含水饱和，标贯实测击数为7.0~8.0击，经颗分试验与计算分析，判定该层具轻微液化，液化折减系数为2/3，液化指数为2.8~4.5。③Q4、Q3低液限黏土、低液限粉土，已揭示厚度为7.8~14.3m，未钻透，处于软塑状态，含水量为19%~30.6%，压缩系数0.28~0.55MPa-1，压缩模量3~5.7MPa。

（3）AK16+100~AK17+300 段（ZK33~ZK35），长 1 200m，钻孔控制深度18~20m，地下水埋深2.4~5.4m，地面标高757~759，相对高差2m，在钻探深度范围内，地层主要由Q4、Q3软塑低液限黏土、低液限粉土构成，局部夹高液限黏土透镜体，地表硬壳层厚0.7~3.5m，主要不良地质现象为地基湿软。

地层中黏性土含水量一般为17.3%~29%，压缩系数0.33~0.4MPa-1，压缩模量 4.5~5MPa。

（4）K17+300~K38+300段（ZK36~ZK78），长 21 000m，钻孔控制深度15~20m，地下水埋深1.2~7.2m，地面标高741~757m，相对高差16m，在钻探深度范围内，地层结构为砂类土与黏性土互层，主要不良地质现象为砂土液化和地基湿软，从上往下分别为：①Q4低液限黏土，厚度一般为1~5.6，为硬塑~坚硬状态，部分路段缺失。硬塑土含水量为17.6%~25%，液性指数为0.09~0.45；坚硬土含水量为12.3%~16.7%，液性指数小于0。②Q4低液限黏土、低液限粉土，与砂类土呈互层结构，以软塑状态为主，局部夹薄层流塑、硬塑透镜体，已揭示厚度为1.3~14.4m，个别部位缺失，含水量为19%~37.6%，压缩系数0.28~0.61Mpa-1，压缩模量3.2~5.8MPa。③Q4粉砂、细砂、中砂、粗砂，厚度一般大于2.2 m，部分路段未钻透，其中AK17+970~AK22+580段、AK31+160~AK36+110段9.0~12.5m以上砂层处于松散饱和状态，标贯实测击数为6~9击，经颗分试验与计算分析，具轻微液化，液化折减系数为2/3，液化指数为3.5~5.2；以下砂层处于中密饱和状态，经颗分试验与计算分析，不具液化。AK22+580~AK31+160段的砂类土均处于中密饱和状态，经颗分试验与计算分析，不具液化。④Q3低液限黏土、低液限粉土、高液限黏土，未钻透，部分路段未揭露，已揭示厚度为1.7~7.5m，多为软塑状态。

2.4 水文地质条件

软弱地基属滹沱河流域，滹沱河及其支流云中河、牧马河均为常年流水性河流。经钻探揭示，软弱地基地下水位普遍较高，埋深介于1.2~5.4m之间，局部较深，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，施工时的水位可能与之不符。勘察期间正值寒冬，因此地下水位偏低。其中地下水位小于4m路段，受春融、浇地的影响，水位会有所上升，加剧地基的软化；水位大于4m路段，由于路基填方一般2~4m，对路基稳定性影响较小。在判定砂土液化时，以最不利条件考虑，水位一般采用1~1.5m。地下水经取样分析对混凝土结构有弱侵蚀性。具体地下水位分段见表1。

2.5 地震烈度

根据GB18306—2001《中国地震动参数区划图》，勘察区地震动峰值加速度为0.2 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

勘察区位于汾渭地震带北段的忻定断陷盆地东南部，是历史上强震多发地区，也是未来强震可能发生的地方。有史料记载至1998年，区内共记载发生在忻定盆地的原平、代县、忻州、定襄一带M≥5.25级地震共8次，其中7.0~7.5级3次，5.25~5.75级5次，各次地震的危害程度均较大。从区内总体烈度和构造情况分析，勘察区场地稳定性差。

表1 软基路段水位一览表

3.2 地基稳定性

沿线软弱地基地层以软流塑低液限黏土和松散饱和的砂类土为主，累计厚度大于20m，黏性土具较高含水量、较高压缩性和较低强度，松散砂类土具轻微液化，容许承载力为100~170 kPa之间，总体地基稳定性差。区内路基一般填高2~4m，局部因构造物关系抬升可达6~10m，地下水位小于4m的路段，路基稳定性差，需进行地基处理。水位大于4m路段，路基稳定性较差，根据具体路段填土高度，可不处理，充分利用地表硬壳层或进行地基处理；小型构造物采用浅基础，亦需进行地基处理；大、中构造物需采用桩基础。

3.3 场地土类别

根据<89>《公路工程抗震设计规范》，场地土的类别综合评定为Ⅳ类。

4 结论与建议

（1）软弱地基区域场地稳定性和地基稳定性均差。

（2）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。

（3）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，在液化路段可采用振动碎石桩处理，可消除液化，强化地基。

（4）软弱地基段的大、中型构造物宜采用钻孔灌注桩基础。