劉小龍

（山西交設(shè)巖土工程有限公司， 山西 太原 030006）

1 序言

1.1 概況

忻州—阜平高速公路（山西段）全長(zhǎng)124.022 6 km，地形地質(zhì)條件較為復(fù)雜。在忻定盆地內(nèi)，表現(xiàn)為軟弱地基、砂土液化等不良地質(zhì)現(xiàn)象，其中K1+500~K38+300段，地下水埋藏較淺，一般埋深1.2~4m，最大埋深4.7m，地層濕軟，土層具較高壓縮性，屬區(qū)域性軟弱地基。

軟基段落工程類型有通道17座，累計(jì)長(zhǎng)199m；小橋44座，累計(jì)長(zhǎng)547m；中橋15座，累計(jì)長(zhǎng)726m；分離式立交橋11座，累計(jì)長(zhǎng)750m；鐵路高架橋2座，累計(jì)長(zhǎng)1 080m；大橋2座，累計(jì)長(zhǎng)440m；路基長(zhǎng)33 058m。

1.2 勘察方法及工作量

外業(yè)勘察采用XYL-I型履帶式鉆機(jī)和薄壁原狀取土器，以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)為原位測(cè)試法，利用壓入法采取原狀試樣。在36.8km軟弱地基范圍內(nèi)，共完成鉆孔78個(gè)（大部分利用沿線構(gòu)造物鉆孔），孔深15~20m，總進(jìn)尺1 537m，共采取原狀試樣574件，擾動(dòng)樣品136件，所有試樣均委托本院試驗(yàn)研究中心進(jìn)行了常規(guī)試驗(yàn)及三軸壓縮試驗(yàn)等測(cè)試，取得了必要的數(shù)據(jù)。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形、地貌

軟弱地基位于忻定盆地沖積平原區(qū)，地形平坦開闊，海拔高程介于741~782m之間，相對(duì)高差約40m，地表覆蓋Q4松散沖積物。該區(qū)位于滹沱河流域，由滹沱河及其支流云中河、牧馬河河床、河漫灘及Ⅰ級(jí)階地等地貌構(gòu)成。

2.2 地表水系

勘察區(qū)地表水系屬海河水系滹沱河流域，路段所經(jīng)河流主要為云中河、牧馬河，二者均為滹沱河支流，屬常年流水性河流，但河流水量受氣侯和降水影響，枯水期與洪水期流量變化較大，在降雨集中的七八月份，水位暴漲暴落。此外，路線還跨越忻州及定襄的數(shù)條農(nóng)田灌溉水渠。

2.3 地層時(shí)代、成因及巖性特征

經(jīng)地質(zhì)調(diào)查和鉆探揭示，軟弱地基地層主要由第四系晚更新世全新統(tǒng)（Q4）河流相沖積物構(gòu)成，區(qū)內(nèi)地下水位較高，土體在地下水的長(zhǎng)期浸泡下，土質(zhì)松散濕軟。地層巖性以低液限黏土、低液限粉土、高液限黏土等黃土狀黏性土和粉砂、細(xì)砂、中砂等砂類土構(gòu)成。黏性土以軟塑狀態(tài)為主，具較高含水量、較高壓縮性、較低承載力等特點(diǎn)，砂類土呈松散、中密、飽和狀態(tài)，多具輕微液化，屬區(qū)域性軟弱地基。

根據(jù)地層結(jié)構(gòu)、巖性特征、軟弱特性，可將36.8 km軟弱地基分為4段，各段軟弱地基的巖性特征分述如下：

（1）AK1+500~AK12+500段（ZK1~ZK25），長(zhǎng) 11 000m，鉆孔控制深度17~20.5m，地面標(biāo)高768~782m，相對(duì)高差約14m，地下水埋深1.8~5.2m，在鉆探深度范圍內(nèi)，地層主要由Q4、Q3軟塑（局部夾硬塑透鏡體薄層）低液限黏土、低液限粉土及砂層透鏡體構(gòu)成，地表覆蓋1.5~4m硬殼，主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為地基濕軟。

地層中黏性土含水量一般為18.8%~33.5%，壓縮系數(shù)0.3~0.58MPa-1，壓縮模量3.5~5.7MPa；砂層透鏡體處于中密、飽和狀態(tài)。

（2）AK12+500~AK16+100 段（ZK26~ZK32），長(zhǎng) 3 500m，鉆孔控制深度18.5~20m，地面標(biāo)高759~764m，相對(duì)高差約5m，地下水埋深2.7~4.2m，在鉆探深度范圍內(nèi)，地層結(jié)構(gòu)為砂土與低液限黏性土互層，主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為砂土液化和地基濕軟，從上往下分別為：①Q(mào)4低液限黏土，厚度一般為1~4.2m，處于硬塑狀態(tài)，局部為低液限粉土，含水量為18%~24.2%，液性指數(shù)為0.05~0.41。②Q4粉砂、細(xì)砂、中砂，局部為礫砂，該層砂類土分布比較穩(wěn)定，厚度一般為2.3~6.7m，處于松散狀態(tài)，含水飽和，標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)為7.0~8.0擊，經(jīng)顆分試驗(yàn)與計(jì)算分析，判定該層具輕微液化，液化折減系數(shù)為2/3，液化指數(shù)為2.8~4.5。③Q4、Q3低液限黏土、低液限粉土，已揭示厚度為7.8~14.3m，未鉆透，處于軟塑狀態(tài)，含水量為19%~30.6%，壓縮系數(shù)0.28~0.55MPa-1，壓縮模量3~5.7MPa。

（3）AK16+100~AK17+300 段（ZK33~ZK35），長(zhǎng) 1 200m，鉆孔控制深度18~20m，地下水埋深2.4~5.4m，地面標(biāo)高757~759，相對(duì)高差2m，在鉆探深度范圍內(nèi)，地層主要由Q4、Q3軟塑低液限黏土、低液限粉土構(gòu)成，局部夾高液限黏土透鏡體，地表硬殼層厚0.7~3.5m，主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為地基濕軟。

地層中黏性土含水量一般為17.3%~29%，壓縮系數(shù)0.33~0.4MPa-1，壓縮模量 4.5~5MPa。

（4）K17+300~K38+300段（ZK36~ZK78），長(zhǎng) 21 000m，鉆孔控制深度15~20m，地下水埋深1.2~7.2m，地面標(biāo)高741~757m，相對(duì)高差16m，在鉆探深度范圍內(nèi)，地層結(jié)構(gòu)為砂類土與黏性土互層，主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為砂土液化和地基濕軟，從上往下分別為：①Q(mào)4低液限黏土，厚度一般為1~5.6，為硬塑~堅(jiān)硬狀態(tài)，部分路段缺失。硬塑土含水量為17.6%~25%，液性指數(shù)為0.09~0.45；堅(jiān)硬土含水量為12.3%~16.7%，液性指數(shù)小于0。②Q4低液限黏土、低液限粉土，與砂類土呈互層結(jié)構(gòu)，以軟塑狀態(tài)為主，局部夾薄層流塑、硬塑透鏡體，已揭示厚度為1.3~14.4m，個(gè)別部位缺失，含水量為19%~37.6%，壓縮系數(shù)0.28~0.61Mpa-1，壓縮模量3.2~5.8MPa。③Q4粉砂、細(xì)砂、中砂、粗砂，厚度一般大于2.2 m，部分路段未鉆透，其中AK17+970~AK22+580段、AK31+160~AK36+110段9.0~12.5m以上砂層處于松散飽和狀態(tài)，標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)為6~9擊，經(jīng)顆分試驗(yàn)與計(jì)算分析，具輕微液化，液化折減系數(shù)為2/3，液化指數(shù)為3.5~5.2；以下砂層處于中密飽和狀態(tài)，經(jīng)顆分試驗(yàn)與計(jì)算分析，不具液化。AK22+580~AK31+160段的砂類土均處于中密飽和狀態(tài)，經(jīng)顆分試驗(yàn)與計(jì)算分析，不具液化。④Q3低液限黏土、低液限粉土、高液限黏土，未鉆透，部分路段未揭露，已揭示厚度為1.7~7.5m，多為軟塑狀態(tài)。

2.4 水文地質(zhì)條件

軟弱地基屬滹沱河流域，滹沱河及其支流云中河、牧馬河均為常年流水性河流。經(jīng)鉆探揭示，軟弱地基地下水位普遍較高，埋深介于1.2~5.4m之間，局部較深，屬潛水類型，由地表水和大氣降水共同補(bǔ)給，地下水埋深與降雨量及凍融密切相關(guān)，水位受季節(jié)性影響，波動(dòng)較大，施工時(shí)的水位可能與之不符?？辈炱陂g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、澆地的影響，水位會(huì)有所上升，加劇地基的軟化；水位大于4m路段，由于路基填方一般2~4m，對(duì)路基穩(wěn)定性影響較小。在判定砂土液化時(shí)，以最不利條件考慮，水位一般采用1~1.5m。地下水經(jīng)取樣分析對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有弱侵蝕性。具體地下水位分段見表1。

2.5 地震烈度

根據(jù)GB18306—2001《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，勘察區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.2 g，相應(yīng)于地震基本烈度為Ⅷ度。

3 場(chǎng)地巖土分析評(píng)價(jià)

3.1 場(chǎng)地穩(wěn)定性

勘察區(qū)位于汾渭地震帶北段的忻定斷陷盆地東南部，是歷史上強(qiáng)震多發(fā)地區(qū)，也是未來強(qiáng)震可能發(fā)生的地方。有史料記載至1998年，區(qū)內(nèi)共記載發(fā)生在忻定盆地的原平、代縣、忻州、定襄一帶M≥5.25級(jí)地震共8次，其中7.0~7.5級(jí)3次，5.25~5.75級(jí)5次，各次地震的危害程度均較大。從區(qū)內(nèi)總體烈度和構(gòu)造情況分析，勘察區(qū)場(chǎng)地穩(wěn)定性差。

表1 軟基路段水位一覽表

3.2 地基穩(wěn)定性

沿線軟弱地基地層以軟流塑低液限黏土和松散飽和的砂類土為主，累計(jì)厚度大于20m，黏性土具較高含水量、較高壓縮性和較低強(qiáng)度，松散砂類土具輕微液化，容許承載力為100~170 kPa之間，總體地基穩(wěn)定性差。區(qū)內(nèi)路基一般填高2~4m，局部因構(gòu)造物關(guān)系抬升可達(dá)6~10m，地下水位小于4m的路段，路基穩(wěn)定性差，需進(jìn)行地基處理。水位大于4m路段，路基穩(wěn)定性較差，根據(jù)具體路段填土高度，可不處理，充分利用地表硬殼層或進(jìn)行地基處理；小型構(gòu)造物采用淺基礎(chǔ)，亦需進(jìn)行地基處理；大、中構(gòu)造物需采用樁基礎(chǔ)。

3.3 場(chǎng)地土類別

根據(jù)<89>《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，場(chǎng)地土的類別綜合評(píng)定為Ⅳ類。

4 結(jié)論與建議

（1）軟弱地基區(qū)域場(chǎng)地穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性均差。

（2）軟弱地基段內(nèi)的路基為填方工程，設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量利用地表硬殼層，并控制路堤高度，采用加筋路堤、輕質(zhì)路堤為宜，地基處理可采用粉噴樁等處理方式，建議進(jìn)行試樁設(shè)計(jì)，并對(duì)復(fù)合地基承載力進(jìn)行檢測(cè)。

（3）軟弱地基段的涵洞等小型構(gòu)造物，其地基處理宜采用深處理，在液化路段可采用振動(dòng)碎石樁處理，可消除液化，強(qiáng)化地基。

（4）軟弱地基段的大、中型構(gòu)造物宜采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。