沿海软土路基处理技术

——沿海软土地基处理（一）海相软土的工程性质海相黏土（Marine Clay）是软土沉积物的一个种类，是区域软土的重要类型，通常以淤泥、淤泥质黏土、淤泥质亚黏土的方式出现，在全世界范围内分布广泛。

大多数海相黏土具有高含水率、大孔隙化、高压缩性、低渗透性、低强度、高灵敏度的特点，并表现出显著的流变性、触变性。

一）我国海相软土分布1、区域分布在我国沿海地区浅部土层中，分布有数米至数十米不等的灰色淤泥质土和淤泥，它是在静水缓流环境中沉积，并经生物化学作用而形成的海相饱和软黏土。

我国沿海地区广泛分布着这样的海相沉积的软弱黏土层。

而这其中又以天津、江苏、浙江、广东等地软土更具有特点和区域代表性。

从天津—连云港—上海—杭州—宁波—温州—福州—厦门—湛江，软黏土的含水率逐渐增大，压缩性逐渐提高，强度逐渐变低，在力学强度和变的特点。

图1是我国东部沿海地区海相软土分布图。

由图中可见，环渤海湾地区、江苏、上海、浙江的沿海地区是我国海相软土的主要分布区，其分布面积十分广，因此，这些地区海相软土的研究对我国沿海地区的工程建设具有非常重要的意义。

我国沿海地区海相软土大多数是第四系晚更新世以来的沉积物，受多次海侵、海退的影响，形成滨海相沉积为主的淤泥，淤泥质软土地层。

软土层厚度变化范围大，天然含水主率高、孔隙比大、压缩性高、渗透性、强度低、并具有触变性、流变性等特点。

图1 中国东部沿海地区海相软土分布图2、基本特性海相沉积的软土层，由于受潮汐水流等因素的影响，其上部往往形成厚度1~2m的所谓“硬壳层”下部则为夹粉细砂透镜体的淤泥体的淤泥质土或夹粉砂的层状淤泥质土，有时局部有薄的泥炭层。

海相软黏土除了共同具有的高孔隙化、高压缩性、高含水率、低渗透性、低承载力特性外，其沉积化学特点、土的结构性与流变性也是其明显的特征。

（1）海相软土沉积化学特点黏土矿物成分是海相软土沉积化学特点的重要反映，直接影响甚至决定上着土的液限、渗透性、压缩性、抗剪强度等物理指标和工程性抽。

高岭石、蒙脱石和伊利石是三种最常见的黏土矿物，除部分海相黏土只含单一黏土矿物外，其他大多数往往含有多种黏土矿物。

通常，在同一海相软土中，即使不同黏土矿物的含量相当，黏土矿物也不会平均地表现对土性质的影响，能够决定海相软土分为三种主要类型：高岭石型、蒙脱石型、混合矿物型。

黏矿物类型直接影响土的液限值，并直接或间接地关系到土的压缩性，渗透性和抗剪强度等工程特性。

由于高岭石和蒙脱石控制黏土液限的机理不同，所以决定性矿物不同的海相软土性质现表现会有明显的差异。

在世界各地的海相黏土中，蒙脱石型黏土占绝大部分。

而我国沿海各地的海相软土中，伊利石或伊—蒙混层矿物是其主要的黏土矿物组分，这也直接导致了我国的海相软土在诸多性质表现上显著不同于国外其他地区软土。

由于在海水中沉积，其沉积环境也使得少缃软土的空隙液体离子化学特性与海水的含盐组分之间有着密切的联系。

有研究显示，孔隙水离子化学特征能够直接影响黏性土的物理指标，并对土的工程性质产生不可忽略的影响。

（2）结构性形成结构性强弱的物理化学过程十分复杂，与土体本身的赋存规律密切相关。

作为土的一种固有特性，结构性通过自身的强弱变化，隐性地影响着土的诸多工程特性。

海性软黏土通常在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，物质组成以极细的黏土胶状物质为主，并伴有微生物的作用，是典型的结构性土。

土体的结构包括组构（组成颗粒的排列方式）和胶结（颗粒间的相互作用力）Cotecchia 等根据沉积历史将土体的结构分为沉积结构和后沉积结构，并给出了土体结构性类型的基本框架。

沉积结构是指天然土或重塑土在沉积过程中的沉积完成后由于一维固结形成的结构。

这种结构只在正常固结过程中产生，主要为土体沉积过程中形成的各种颗粒组构和颗粒间胶对号，见图2图2 沉积结构的一维压缩曲线图中：VY表示土体的结构屈服应力； VC表示土体在历史上曾受到的最大应力；为土体的上覆压力。

后沉积结构是指在正常固结完成之后由于地质作用而形成的结构，同时原沉积结构也发生改变。

主要包含由于卸载、蠕变、触变、后沉积胶结和成岩作用形成的土体结构，而在沉积过程中的黏结、风化和构造剪切作用形成的土体结构暂时不在考虑范围之内。

（3）流变性黏性土在固结过程中，超静孔隙水压力消散为零后，主固结变形完成，但总变形并未停止。

由于土骨架的流变使变形继续延续，具有黏滞性的土骨架在应力作用下出现的蠕变变形称为次固结变形。

海相软黏土的次固结变形是其流变性的重要表现。

海相软土由于其特殊的特质组成和结构特性，决定了软土在外部荷载的作用下表现出特殊的响应，软土在荷载作用下能产生较大的变形，而且在荷载不变的的前提下，其变形也能随时间而增长，即软土的蠕变特性。

（4）硬壳层海相沉积的淤泥质土或淤泥长期暴露于较易氧化的气候和较丰富的大气降水的陆环境中，经过水解作用和氧化作用形成很多氧化铁沉积、土的颜色变成褐黄色，伴随着排水固结作用使含水率不断减少、孔隙比不断减小，土的强度也不断得到增加，这便是广泛覆盖于海相软土之的“硬壳层“硬壳层覆盖海相软土是沿海地区软土地层结构的典型特征。

二）天津海相软土工程特性1．天津软土天津软土以塘沽新港海积软土为代表。

天津沿海一带，从10万年前至今的期间内，曾有三次海进和海退，即由海洋变陆地和由陆地变海洋曾反复六次。

距今约5000年左右，天津还处于最后一次海进期间。

其后开始了最后一次海退。

在漫长的海退岁月中，逐渐沉积形成了天津以东的滨海平原。

越近海岸，成陆时间越短，土质越软。

全新世以来沉积的地层分布有海相沉积层和陆相的河口三角洲相冲积层两种类型土层。

地表分布厚度为2m左右的人工填土，其下为海相沉积为主的土层，同时受到海河等流域的冲积物沉积的影响，一般称为海相层，属于全新世软土层，分布范围很广，厚度13~17m。

海相层可分为两个亚层，上部的灰褐色淤泥质亚黏土、淤泥~，为潜水区沉积，具有黏土夹薄砂层的层状构造特点，沉积年代距今只有数百年；下部灰褐色淤泥质黏土层厚度为7~8m，为深水沉积物，具有薄层状构造特征，夹砂层由上而下由厚（1~2cm）变薄（小于），薄层理为深水风暴砂的构造特征，土体处于可塑—软塑状态，具有明显的结构性，沉积年代距今约有2000年。

该两层海相土层的指标特性见表2-1。

天津海相软土属于欠固结土，但与一般的欠固结土不同，在其沉积的过程中形成较强的结构联结，使其表现出较强的结构性。

天津地区软土的原状土的原状土微观结构属于絮凝结构，以片状伊—蒙混层矿物为主，在沉积过程中随着颗粒表面及接触处由于胶结物、固化等作用，使得原不稳定的絮凝结构强度提高，产生强的胶结强度，阻止土体的压密，使其保持大孔隙状态。

塑性参数（包括液限、塑限、塑性指数等）能综合反映土的矿物成分、孔隙水中离子性质和土的粒径大小，是用以估计细粒土的物理状态，活动性和力学性质的重要参数，也是细粒土分类的主要依据，钱征等统计了天津新港软土的塑性指数与液限之间的关系式为：I p=(w l-10)根据其在塑性图中的分布位置可知该土为高、中塑性无机黏土。

天津新港软土是历经若干次海侵、海退留下的海相沉积物，综合特征表现为欠固结—正常固结土，孔隙比大，含水率高，多呈软塑状态，强度较低，承载力为10~60KPa。

这类软土力学性质虽因海域及沉积相的不同而有一定的差别，但却有一个共同的特征，即结构效应明显，属于结构性软土。

（二）高速公路软基实用监控技术软基监控工作的主要内容和目的是指通过一定的测试手段了解软土地基的应力变形，从而主动控制路堤施工期的变形与稳定，以及控制并预测运营期软基的工后沉降。

软基监控的理论和实践发展很快，已经从早先的监控若干个典型断面的路段扩展到所有软土路段；监测的目的从以控制软基施工期的稳定为主发展到建立信息化施工控制系统全面掌握施工、运营期的应力应变情况；参与监测工作的单位从仅仅是监测单位发展到业主、监理、监测、施工、科研等单位的共同参与；监测期限从施工期的观测发展到施工准备期、施工期、预压期、运营期的连续监测，已发展成为软基监控系统，并成为广大技术和管理人员解决软土地基技术问题的最有效手段，同时也是软基处理理论研究和取得进步的基础。

一）软基监控的目的1、路坦安全填筑的需要高速公路对线路纵断面的线形有严格的要求，同时，由于受到桥梁、涵洞、通道等结构物净空要求的限制，软基路坦设计高度不可能过低。

特别是对于人口密集地区，平均每100~200m就有1个结构物。

因此路堤的设计高度一般都在4~6m之间，个别桥头位置达到7~8m。

软土的含水量高，抗剪强度低。

天然地基一次性填筑路堤的极限高度一般在~之间。

超过天然地基极限填土高度以上的填土需要通过近代制路坦填筑速度，逐步提高地基土的强度来完成。

如果填筑的速度快于地基上强度的增长，就可能造成地基失稳。

当然也可采取某种复合地基处理该法提高地基的强度，增加地基极限填土高度，加快路堤填筑速度。

受理论分析和技术条件的限制，目前要准确计算和测量地基土的强度增长在着一定的困兽难，而且工作量大、成本高，所以需要通过测试地基土的应力变形情况进行间接分析，来达到控制地基稳定的目的。

2、检验地基处理效果高速公路目前较为常用的软基处理方法不下十余种。

在选择和使用软基处理方法时，各地经常根据工程实际和现场情况对施工工艺、材料、设备进行一些改进，或者将几种方法联合起来使用。

日渐丰富的软基处理方法，需要行之有效的、全面的效果评价。

一般的评价方法是通过原位测试手段（静力触探、动力触探、载荷试验等）比较处理前后地基土性质的变化；或钻取处理前后地基土样进行室内物理学试验，然后进行比较评价。

这些评价方法有其优点，但也存在着局限性。

对于高速公路建设，人们更为关心的问题是施工期地基的稳定与变形、运营期地基的长期变形情况，以及工后沉降的大小。

因此，通过获取大量的软基监控资料，对软基处和果进行全面的分析和评价，总结经验为类似工程提供借鉴，实现地基稳定与变形的早期预测。

3、提供科学数据指导施工与运营软基监控所得数据，除及时监控软基稳定外，对路堤和路面的施工计划、路面形式的选择、运营期路面的维护方案等也都有着重要的指导意义。

目前高速公路软基路段何时进行路面施工主要是通过软基沉降速率来控制，一般要求在路面荷载作用下，月沉降速率不大于5~6mm。

如果根据观测资料分析，在原计划工期内沉降速率达不到要求，就可采取增加超载重量等措施来加快地基固结速度，以减小工后沉降。

若采取上述措施后在计划的工期内仍然不能满足沉降速率的要求，往往就只能采用过渡路面。

另外，通过延长预压的时间，也可以达到月沉降速率不大于5~6mm的要求。

在高速公路建设中，受地质资料不完整、征地拆迁等因素的影响，不可避免地会出现局部路段的工后沉降不能满足要求，这将给路面的维护保养带来困难。