广西滨海公路软土特性及其地基处理探讨

2020-03-01陆世斌雷仅富张红日

西部交通科技 2020年7期

陆世斌雷仅富张红日

摘要：文章以广西滨海公路企沙至茅岭段工程为依托，对滨海公路软土地基开展研究，并针对其特点拟采用换填法、挖沟排水法、碎石桩、CFG桩及钢渣桩等多种方法进行地基处理，为类似沿海软基处理提供参考。

滨海公路;软土;地基处理;钢渣桩

0 引言

广西滨海公路全线沿北部湾海岸建设，线路全长312.4km[1]，该公路建设对北部湾的经济发展起着重要的作用。然而沿海滩涂地区地质形成条件较特殊，在海水的作用下，形成了众多软土，由于软土地基承载力低，若处理不当，容易引发路基沉降、路面开裂、桥头跳车等诸多问题，对道路的稳定和使用有着显著的影响。由于不同区域的软土具有不同的特点[2]，软土的地基处理要结合软土的特性和项目的特点，选择合理的地基处理方法。目前关于广西滨海软土及地基处理方面的研究较少[3]，为此，本文结合广西滨海公路的软土特点，分析滨海软土特性及地基处理方式，为类似工程提供参考。

1 项目概况

广西滨海公路企沙至茅岭段位于防城港市东部，是一条缓解企沙工业区及疏港交通压力的应急通道。该公路包括主线K线和东岛联线LK线。LK线设计起点位于企沙镇斋公坡，设计起点桩号为LK0+000，设计终点位于港口区大坪坡村，设计终点桩号为LK7+110。东岛联线设计总长7.11km，路基设计宽度为33.5m。K线设计起点位于企沙镇中间村，设计起点桩号为K0+400，设计终点位于茅岭乡宋屋村，设计终点桩号为K25+799.304。K线设计总长约26.1993km，路基设计宽度为33.5m。该公路设计时速为100km/h，平均每公里造价超过6500万元，总造价超过23亿元。该项目拟建场地属华夏-新华夏构造体系。华夏-新华夏构造体系由一系列北东向的褶皱和断裂所组成，伴生有不同时期的岩浆岩。该路线区域地质较为复杂，主要地形为剥蚀侵蚀低丘地貌，路线经过众多河沟、虾塘、水田及沿海滩涂，软土多分布于这些区域，路线经过的区域主要地层岩性为志留系下統连滩组砂岩及页岩（S1ln）。

2 广西滨海公路软土工程地质特征

2.1 软土工程地质条件

滨海公路软基数量大，平均每条公路至少约1/3在软基上，广西滨海公路企沙至茅岭段工程也不例外，该项目软基路段占路线总比达45%，主要软土地基如下页表1所示。各段软基地貌主要为虾塘、河谷（沟）、水田，各段软基厚度变化较大。软土地区地下水主要为赋存于第四系土层中的上层滞水，由大气降水、河流及淤积地表水补给，以渗透的形式，向低洼地带排泄。软土地基段的地层岩性主要为低液限黏土、含砂低液限黏土及志留系下统连滩组（S1ln）泥质砂岩，局部地段分布有少量的粉质黏土、第四系素填土及耕植土。低液限黏土为灰黑色，饱和，以软塑状态为主，黏性一般，土体较软，强度低，有一定的韧性，切面光滑，含少量细砂，土体呈深灰色，含少量细小石英颗粒，粒径为1～8mm，且含少量腐木，具有腥臭味，分布不均，各软土段场地都有分布。含砂低液限黏土呈棕红、灰色，饱和，松散，黏性差，切面粗糙，磨圆较差，分选性差，成分主要为石英，粒径多为1～3mm，最大粒径约50mm，且含大量黏粒，遇水软化易散。各软土段区域内未发现断裂构造，无不良地质作用，区域地壳相对稳定。

2.2 软土特征

广西滨海公路的软土具有普通软土的特性，其天然含水量较高，孔隙比大、压缩性高、强度低，除此之外，还有其他几个方面的特性：

（1）厚度变化大

由于广西滨海公路所经过的区域总体地形面起伏较大，土层分布不均，变异性较大，软土在靠近丘坡一侧厚度逐渐变小，靠近河沟、虾塘一侧厚度大。且沿线软土分布不均，主要由淤泥质黏土和淤泥质砂土组成，厚度为1～10m不等，虾塘、水田区域软土厚度浅，河沟、沿海滩涂区域软土厚度大，且同一片区域软土厚度变化也较大，平均厚度约为5m。

（2）含盐量较高

由于广西滨海公路企沙至茅岭段靠近北海，受海水的影响，近海段的地下水含盐量高。经取样检测，广西滨海公路企沙至茅岭段软土段的地下水平均盐度约为2%。软土长期在较高含盐度的地下水中浸泡，导致土体含盐量较高，但广西滨海公路企沙至茅岭段的软土不同于内陆的盐渍土，所含盐分中主要为氯化钠，其成分与海水相似，且其含盐量<3%，较内陆盐渍土含盐量低。已有研究显示[4]，土中的氯盐含量会影响其物理力学性质，所以氯盐是影响广西滨海公路企沙至茅岭段软土的物理力学性质的因素之一。

（3）具有一定砂砾含量

广西滨海公路企沙至茅岭段的软土具有一定的含砂量，且砂量分布不均，不同地段含砂量不同，其含量在10%～48%之间。含砂量多的软土主要分布在近海滩涂、河沟、虾塘处，如LK2+270～LK2+520、K22+040～K22+280、K21+380～K21+500、K12+560～K12+900等许多段落均有分布，砂的粒径为0.075～30mm不等，这类软土在野外被定名为含砂淤泥质土。其他地段的软土也有一定的含砂量，但砂子含量较少，其粒径也较小。研究显示[5]，含砂量对淤泥质土的物理力学特性有重要影响，此类软土相比不含砂的淤泥质土，其渗透系数较大，粘聚力较低，内摩擦角较高，因为其黏粒含量降低，液限也随之降低。

（4）软基承载力不一

广西滨海公路企沙至茅岭段各段软土地基的持力层岩性基本为泥质砂岩，局部地段为砂岩夹泥岩，但各段的软土物理力学性质有些差异，导致各软土地段的地基承载力不一。部分地段的软土渗透性相对较大，其固结条件较好，所以承载力相对较高。从对各段区域的软土地基的勘察情况来看，广西滨海公路企沙至茅岭段各段软土地基的承载力存在这样一个趋势，即：河沟地段软土地基承载力>水田地段软土地基承载力>虾塘地段软土地基承载力。

2.3 广西滨海公路软土的物理力学指标

土作为一种多孔介质，其物理性质对力学性质有着十分重要的影响[6]。从下页表1可以看出，含砂低液限黏土和低液限黏土的孔隙率分别为1.051、1.291，两者孔隙比皆大于1小于1.5，含砂低液限黏土的含水率為38.8%，大于其液限含水率（33.5%）;低液限黏土的含水率为45.3%，大于其液限含水率（38.9%）。根据2009年岩土工程勘察规范，该两类土属于软土，其土体饱和度都为100%，土体抗剪强度较低，压缩量高，压缩系数>0.5，属于高压缩性土，渗透性较差。

从下页表2中可以看出，含砂低液限黏土所含的砂及粉粒较多，2mm以上的细砾占6.6%，0.075～2mm的砂粒占39.8%，0.075mm以下的颗粒占53.6%，该软土所含的砂粒含量较高，超过30%。低液限黏土中粒径在0.075～2mm之间的砂粒含量为14.8%，粒径<0.075mm的粉粒、黏粒含量为85.2%，所含的砂粒含量较少。可见，广西滨海公路企沙至茅岭段分布的软土有一定的砂砾含量。

广西滨海公路企沙至茅岭段分布的两类软土物理力学指标差别较大，究其原因主要在于黏粒含量的不同。含砂低液限黏土的黏粒含量所占的比例较低液限黏土高，所含的砂砾粒径也相对较大。从试验结果可知，软土的砂砾含量会影响其物理力学性质，相比砂砾含量较少的低液限黏土，含砂低液限黏土的液塑限、粘聚力、压缩系数相对较低，而其内摩擦角、压缩模量、渗透系数相对较高。所以，广西滨海公路企沙至茅岭段的软土，在一定范围内砂砾含量较高的软土液塑限、粘聚力、压缩系数等指标更低，而其内摩擦角、渗透系数等指标更高。

3 广西滨海公路软土的地基处理措施

广西滨海公路企沙至茅岭段处于沿海地区，软土段地基承载力不均，在铺筑路基之前，应选择合适的方法进行地基处理，使处理后的地基达到设计要求，方可进行路基回填。选择地基处理方案时，应根据软土区域的工程地质条件、道路的使用要求、施工条件、材料的供应情况综合考虑[7]。广西滨海公路企沙至茅岭段软土厚度为1～10m不等。针对不同软土特点拟采用以下方法：

（1）换土垫层法

换土垫层法是将软弱土清除至一定深度或全部清除后分层填筑物理力学性质较好的材料，并按要求压实，形成双层地基，地基应力通过垫层扩散，使得传至下部软弱土层的应力减少，从而提高地基承载力的一种方法[8]。

沿海路基施工取土困难，弃土更困难。软基路段地势平坦，路基两侧大部分为虾塘、基本农田或者村落，少部分为土坡，由于占用虾塘的赔偿费用相当昂贵，且我国对基本农田严格保护，导致软基就近弃土相当困难。本项目弃土一般运距都超过5km，并且弃土场占地大、复垦难度大、圬工防护建设费用亦不小，同时换填取土困难亦成为本滨海公路建设的难题，一般路基填土基本运距都超过5km，并且需新增农林业用地，破坏生态。

综上所述，滨海公路软基换填在大部分路段并不合算，滨海公路换填只在软基厚度较浅，平均厚度不到3m，并且零星分布，软土地基主要为淤泥质黏土，排水条件较差，运输方量不会特别大的路段，可将厚度不大的软土全部挖除，填筑物理力学性质较好的岩土材料。

（2）挖沟排水法

针对渗透性较强的含砂质滨海沉积相软土，也可采用挖沟排水的软土地基处理方法[9]。其做法是在软土地基中每隔10m开挖一定数量的横纵沟槽，并填以砂砾或碎石，在交叉处设置竖井，用水泵抽取排出水体，用压路机对排水后的地基土进行翻压处理。

软土厚度较浅，一般厚度<3m时，软土地基主要为砂质淤泥土，属于含砂低液限黏土，局部为淤泥质砂土，具有较强的渗透性以及较好的承载力（一般>80kPa），并且排水条件较好的路段，软土地基拟采用挖沟排水法。挖沟排水能够有效降低软基换填或者处理的费用，避免由于取弃土造成的环境压力，在承载力较好的地方是一种非常值得推荐的方法。

（3）碎石桩复合地基

碎石桩是采用振动沉管等机械设备，以碎石为主要填充料形成的一种密实桩体。碎石桩复合地基是由碎石桩和桩间土共同构成的复合地基[8]。

广西滨海公路企沙至茅岭段大部分软基深度基本都处于3～6m范围内，对于3～6m的软土地基拟采用碎石桩处理。

（4）CFG桩

CFG桩又称水泥粉煤灰碎石桩，是一种低强度素混凝土桩，原材料主要为碎石、石屑、粉煤灰、水泥和水，形成混凝土拌和物，在软土地基中灌注，形成CFG桩，并在上部铺设褥垫层，形成复合地基[8]。CFG桩具有挤密加固和置换作用。

广西滨海公路企沙至茅岭段部分软基>6m，对于>6m的软土地基拟采用CFG桩处理，施工机械采用长螺旋钻杆，施工过程严格控制混凝土的质量。

（5）钢渣混凝土桩复合地基

钢渣桩复合地基的桩长由软土层厚度确定，桩端应穿过软弱土层，并嵌入持力层，持力层宜取稳定的坚硬土层或风化基岩。桩身采用钢渣混凝土，采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩，进入持力层0.5～1.0m，风化基岩取小值，土层取大值[10]。其受力特点与CFG桩复合地基一样，能够有效提高地基承载力。

防城港目前有盛隆冶金公司每年废弃钢渣数十万吨，而且还在逐渐增长，另外柳钢在企沙打造的钢铁基地，已经开始投产运营，势必会增加该地区钢渣处理压力。这些项目地处企沙境内，钢渣运距较短，在满足软土路基稳定的要求下，钢渣在滨海软基处理方面的运用与CFG桩相比成本减少20%以上，经济效益极为明显，并且固废利用，生态环保，符合国家可行性发展战略。建议进行相应的强度及污染迁移试验研究，根据研究结果开展试验段，验证可行性后大力推广。

4 结语

随着我国海洋工程建设的逐步饱和，人们开始兴起了近海工程建设的热潮，调查研究近海工程地质特征是影响海岸工程设计的关键。本文以广西滨海公路企沙至茅岭段的各段软土地基为研究对象，分析了近海路段的地基软土工程地质特征，并进一步分析了各段软土地基的处理措施，主要结论如下：

（1）广西滨海公路企沙至茅岭段的软基段主要处于鱼塘、水田、河沟等环境内，分布的软土主要有两类，一种为砂砾含量较少的低液限黏土，另一类为含砂低液限黏土。

（2）广西滨海公路企沙至茅岭段分布的地基软土除了具有普通软土的特性外，还有含盐量较高、厚度分布不均匀、含有不同程度的砂砾含量等特性，其含盐量和含砂量都会影响软土的物理力学性质。另外，各段软土地基的承载力不一，河沟地段软土地基承载力>水田地段软土地基承载力>虾塘地段软土地基承载力。

（3）结合广西滨海公路企沙至茅岭段的软基特点，经初步分析，采用換土垫层法、挖沟排水法、碎石桩、CFG桩、钢渣混凝土桩对该项目的几段软土地基进行处理，并根据各自软基特性，因地制宜，因“材”施策，采用不同的方法，降低造价，废弃利用，环保生态，充分发挥软基处理的灵活性。

参考文献：

[1]周铮，刘先林，米德才.广西滨海公路滩涂软土地基复合式换填处治技术研究[J].中外公路，2015，35（2）：9-15.

[2]陶彦.大连滨海软土地基处理方法及评价[D].阜新：辽宁工程技术大学，2012.

[3]周泽昶，刘先林，韦春艳.广西滨海地区软土地基处理方法探讨[J].西部交通科技，2013（6）：43-47.

[4]赵海艳，韩文峰，张渊.滨海盐渍土的工程特性研究[J].天津城市建设学院院报，2004，10（3）：161-164.

[5]邱模[HTXH1]凊.淤泥质土-砂混合土的工程特性及其处理方法对比研究[D].赣州：江西理工大学，2015.

[6]李红中，马占武，张修杰，等.广东省软土分布特征及其对高速公路路基影响的预测研究[J].广东公路交通，2016（6）：43-50，54.