新老路基下地基工程性质的变化

11.5.2　新老路基下地基工程性质的变化

软土地基上高速公路扩建工程，由于原有公路地基在路堤荷载和车辆荷载的作用下，沉降已基本处于稳定状态，地基土的工程性质也发生了相应的变化，新老地基的工程性质不可避免的存在差异。因此，高速公路路基拓宽改建设计前，应搜集原有公路的地基及路基勘察设计、竣工图和养护等方面的资料，查明原有公路的地基及路基的处治措施；调查拟拓宽改建公路目前路基的稳定情况，并对原有路基和拓宽场地进行工程地质和水文地质调查、勘探和测试，查明原有路基的填料性质、含水量、密度、压实度、强度和稠度状态，查明原有路堑边坡地质情况、现有防护排水措施及边坡稳定状态，查明拟拓宽场地的水文地质、工程地质条件，分析评价新拼接路基或增建路基对原有路基沉降变形和边坡稳定的影响程度，确定原有路基的利用程度与拓宽改建方案，为路基拓宽设计提供可靠依据。

根据对原有路基及地基的调查和勘探测试结果，就可以对软土地区原有路堤的工程性质进行分析评价，内容包括：

（1）分析评价原有路基下各种地基处理路段的软土地基固结度、固结系数、压缩变形发展规律和抗剪强度增长规律，确定原有路基下各种地基处理路段的软土地基固结度和剩余沉降值。

（2）分析评价原有软土地基处理方法的效果及其改进措施。

（3）分析评价拓宽改建路基与原有路基之间的稳定性和差异沉降、对原有路基沉降和稳定影响程度，确定新拼接或增建路基软土地基处理措施。

为此在南京绕城公路扩建工程中，选取典型断面，将勘探孔与原老路基的勘探孔布置在同一横断面上，对新老地基进行了勘探和试验，并与12年前的数据进行了对比分析。

南京绕城公路大致跨越了堆积阶地、漫滩冲积平原和基岩构造剥蚀低山残丘等三个不同的地貌单元，沿线的不良地质路段主要为软土及砂土液化，主要分布在长江河漫滩和秦淮河漫滩区。南京绕城公路所经过的长江河漫滩和秦淮河漫滩区，间断沉积，表现了河谷阶地发育区的沉积特征，其沉积厚度一般在15～40m。秦淮河漫滩平原区主要由灰黄、灰黑色亚黏土、淤泥质亚黏土夹亚黏土、粉砂所组成，结构松软饱水，在横向剖面上明显呈古河道沉积特征。根据南京绕城高速公路拓宽工程设计工程地质勘察资料，沿线不良地质路段总长16.5km，具体段落如下：

（1）K0＋700～K7＋410路段，本路段为长江漫滩平原。表层为硬壳层厚2m左右，其下为双层软土夹砂层，上层软土厚度2～7m，淤泥质亚黏土，流塑～软塑状态，天然含水量在37%左右，属高压缩性土；下层软土厚度较大，稳定厚度在10m以上。其中K5＋100～K7＋410路段表层硬壳层较薄，其下为淤泥，层位较稳定，厚度小于20m，一般在13～18m之间，天然含水量32%～46%，属高压缩性土，下伏亚砂土、砂层及砂砾层。

（2）K17＋200～K21＋560，秦淮河路段：主要分布在秦淮河、运粮河平原区，该路段特点是表层硬壳层厚4m左右，其下为单层淤泥质亚黏土，天然含水量30%～43%，属高压缩性土，软土厚度在5～15m，埋深一般小于15m，其下为黏土及亚黏土，下伏基岩。

（3）其他零星分布路段，主要为岗间冲、洪积成因的软土，软土厚度一般小于15m，物理力学性质指标和上述路段差别不大。

为了分析新老地基的工程性质，了解原软土地基的处理效果，选择了具有代表性的K1＋960（塑料排水板，处理深度15m）、K3＋420（袋装砂井，处理深度22m）和K19＋860（塑料排水板，处理深度10m）三个软土地基断面进行了地基对比钻孔研究，每个横断面上布设了3个孔，分别位于老路基中心线下和老路基左右两侧边坡坡脚处（即加宽路基中心线下），均按软基取样和试验要求进行。各断面的基本情况如表11.7所示。同时参考《南京绕城一级汽车专用公路刘村至东杨坊段两阶段施工图设计工程地质勘察报告》（交通部第二公路勘察设计院，1992）和《南京绕城公路刘村至马群段扩建工程两阶段施工图设计工程地质勘察报告》（江苏省水文地质工程地质勘察院，2003.7），对比分析新老路基运营12年前后地基土工程特性的变化。下面分别介绍。

表11.7　测试断面的基本情况表

1）K1＋960断面（塑料排水板处理，平均处理深度15m，填土高度3.0m）

K1＋960断面为双层软土夹砂层，软土层埋藏较深，中间夹3.0～3.5m厚的细粒土质砂，上层软土厚3.0～5.0m。软土层上层为3.0～5.0m厚度的低液限黏土，下层为低液限粉土和含细粒土细砂。软土层位于塑料排水板加固范围的中下部。本断面地基主要物理力学指标沿深度的变化图见图11.13。显然，经过多年的固结，土的孔隙比明显减小，压缩性减小，强度得到了提高。

图11.13.1　K1＋960断面老路基中心线下地基土物理力学指标的变化（1）

图11.13.2　K1＋960断面老路基中心线下地基土物理力学指标的变化（2）

2）K3＋420断面（袋装砂井处理，平均处理深度22m，填土高度5.6m）

K3＋420断面软土层埋藏较深（10.0～15.0m），位于加固范围的中部，上部为5.0～10.0m厚的低液限黏土，中间夹3.0m左右厚的细粒土质砂，软土层下层为夹含低液限粉土薄层的低液限黏土。本断面地基主要物理力学指标沿深度的变化图见图11.14。

在加固范围内，软土层的物理力学指标改善明显，天然含水量降低，天然密度增加，天然孔隙比降低，压缩性指标改善明显，压缩系数降低显著。加固深度以下的软土层（埋深26.0m左右）的物理力学指标几乎没有变化，加固深度范围的底部改善也不明显，加固有效深度在20m左右，与袋装砂井长度大致相当，略小。就这点而言，袋装砂井的加固有效范围比塑料排水板小。

图11.14.1　K3＋420断面老路基中心线下地基土物理力学指标的变化（1）

图11.14.2　K3＋420断面老路基中心线下地基土物理力学指标的变化（2）

3）K19＋860断面（塑料排水板，平均处理深度10m，填土高度5.2m）

K19＋860断面软土层埋藏较深（5.0～10.0m），夹含少量粉砂土，位于加固范围的中下部，上部为3.0～5.0m厚的低液限黏土，下部为夹低液限粉土和细粒土质砂薄层的低液限黏土。本断面地基主要物理力学指标沿深度的变化图见图11.15。

图11.15.1　K19＋860断面老路基中心线下地基土物理力学指标的变化（1）

图11.15.2　K19＋860断面老路基中心线下地基土物理力学指标的变化（2）

从压缩性指标的改善情况来看，该断面是三个断面中最显著的，而且加固范围下土层的物理力学指标的改善也很明显。这是因为相对前两个断面，软土埋藏相对较浅且厚度较薄，同时夹含少量粉砂土，排水条件较好。

另外，本工程经过12年的沉降固结后，塑料排水板的加固处理效果要明显好于袋装砂井。从加固处理的影响深度而言，塑料排水板法的加固影响深度一般在加固深度下2～3m，而袋装砂井的影响深度基本在加固深度左右，加固深度下层土的物理性质并无明显的变化。