张进港
山东建筑大学交通工程学院，济南市，250100
摘要
软土是工程地质中较为常见的不良地质类型，实际工程中遇到软弱地基土均需要对其采取特定的加固以防止其过量沉降变形甚至是剪切破坏的发生。随着国家高速公路通车里程的日益增长，高速公路施工期间遇到软弱性土质的问题也日渐增多。而软土路基问题的解决就需要知晓软土路基的各项基本特征，这是人们在建设高速公路中解决问题的关键。
关键词：软土；不良地质；基本特征
1 软土路基的工程特征
软土是工程地质中较为常见的地质类型。工程中，将土的天然含水率超过 30%或大于液限的高压缩性土质。其包含有淤泥质软土和泥炭质软土。软土形成于原始河流中的沉积岸，土质在流水流速较缓慢时会发生沉积。土中由于孔隙比大，较高的含水率与有机质的占比而形成了高压缩性与低承载力的工程特性。由于软土地基的工程欠稳定性，实际工程中遇到的软土地基层均需要针对软土层的类型与层厚进行处理。地层中存在浅层的淤泥质土时，需要对软土层进行清淤及换填作业[1]；而对于层厚较大且分布区域面积较宽的软土层或存在软卧下卧层的地质类型时，需要根据规范完成软土地基的加固处理及验算，必要的时候需要对加固后的地基进行堆载实验下的变形验算。由此，实际工程中所遇到的软土地基加固措施即可分为三大主要的方式[2]：
1). 置换法。层厚较小、埋深较浅、平面分布尺寸较小的软土层，可根据软土层的特点选择抛石挤淤或换填砾石垫层，亦或是在软土地基层中压力注入水泥、粉土等胶结材料。由于是直接对软土地基层进行替换或改变原有土层的化学性质，故而处理后的土层承载力相较其他方法而言提高明显。
2). 排水固结法。形成软土地基的关键在于土层中天然含水率较高，故而根据软土层的类型采取翻晒、设置竖向排水体系的堆载预压排水措施。采用排水固结的方式可以显著降低软土中土的含水量，特别是实际工程中层厚较大的土层，较多的采用排水固结的方式获得强度较高的固结土体。
3). 夯实挤密法。在孔隙较大的软土地基或含水率超过一定范围的软黏土中，采用较大质量的夯锤冲击地表，致使土体中的孔隙闭合。土体中的水分与空气通过夯实点附近的裂隙排出。夯实法能较为明显的降低软土层中的孔隙率，特别是强夯点以下的近地面层，但夯实系数随土层距离地表的厚度的增大而减小。此外，在地下水位较高或土层中含水率较大的软土层中进行强夯作业的效果并不理想。这是由于封闭孔隙内的水在冲击力的作用下产生较大的孔隙动水压力，夯锤的击实能量被显著消耗。
事实上，软土地基的加固处理不仅涉及到软土地基加固设计的业务水平与加固有效性，还关系到地质勘查作业与加固施工作业。而由于某一阶段的疏忽最终导致工程出现较大质量事故的工程案例极为普遍，如汕头磊口大桥由于桥台填土以下的软土地基层处理不到位，最终导致路基软土地基层发生较大的流塑变形，最终导致路基外侧土体出现隆起等欠稳定症状。该事故不仅造成了路线两侧居民房屋的结构开裂严重，还导致了进过后期加固的高填桥台的锥坡出现较大的不均匀沉降与开裂，危害了行车安全[3]。相似的事故还有珠海南屏大桥的引道路基下软土层的加固处理。由于地质资料的欠准确，采用砂井形成软土层的竖向排水通
道，通过分级加载的方式预压时，由于堆载预压的填料填筑速度并未与路基排水情况相协调，且辅助处理措施中反压路基两侧护道的施工作业方式进一步堵塞了软土层中水对外排除的通道，最终南北岸路基在堆载作用下先后失稳破坏而发生了事故[4]。
2 软土层的变形特征
国内外的研究专家对软土地基层的力学特性与变形特征开展了丰富的试验探索，发现在软土地基层表面作用荷载时，软土地基层的变形具有类型板块式整体变形的特征[5]。也即由于表层软土中的水分受大气环境影响而显著散失，从而导致地面以下一定层厚内的软土相对于深层软土而言，天然含水率较低且小于液限值，但表层软土的三轴剪切实验中的实测抗剪强度值较深层软土大[6]。实际工程中，软土层的变形情况在表层软土的影响下与理论分析解存在显著的差别。通常，可以将带有表层软土的软土地基层在有限范围内均布荷载作用下的变形特征通过如下特征进行描述：
1). 表层软土壳。在干燥的气候环境下软土地基层表面会形成厚度较大的表层软土，且软土层的压缩系数随土层距地表的距离而越来越大[7]，如干涸的池塘在久旱无雨时形成的表层软土壳。故而，当表层软土壳表面作用有均布荷载时，由于壳体刚度较大，不仅有壳体以下软弱下卧层的附加应力计算值大于实际的下卧层附加应力值，还能限制软弱下卧层在附加应力作用下的向上及周边的挤出土拱变形。因此，表层软土壳增大软土地基承载力的同时，软土地基的剪切破坏变形也得以抑制。
2). 表层封闭[8]。压缩系数较小的表层软土限制了荷载作用下软弱下卧层的挤出土拱变形，形成变形封闭层的同时，对于填筑土体的路堤稳定性具有稳定滑动面的作用。在软土地层上填筑路基时，施工机具及路面荷载作用下的软土层形成贯穿填土路基的扇形滑动面。而表层软土的存在，不进可以限制滑动面的形成于开展，还能保证下卧层在表层软土的限值下发生变形。
3). 沉降盆效应[9]。当表层软土较厚或者荷载较小时，荷载作用在软土地基表面会形成较大范围的沉降盆。此时，相对无表层软土的软土地层而言，刚度较大的表层软土不仅会降低地表的沉降值，而且会降低地表的沉降速率，形成软土地基的沉降盆效应。而当表层软土较薄或者荷载较大时，由表层软土形成的沉降盆在荷载作用的瞬间随即破坏，所形成的碎块状表层软土则不再具备降低地表沉降的速率与量值。相反，由于表层软土层的破坏，表层软土壳应力分散及下卧层的挤出变形作用随即失效。
软土地基在荷载作用下的变形可以归纳为压实挤密与剪切流变两大类。对于软土地基的压实挤密变形，是孔隙比较大软土体在荷载的作用下，土体中的孔隙逐渐闭合，孔隙中空气与水在荷载的作用下被挤出。随着土体在荷载压实的作用下孔隙比逐渐减小，软土的体积也随之减小，土颗粒之间的间距亦逐渐减小而趋于密实。常通过土的孔隙比 e 与压力 P 绘制软土的压实曲线，通过两者的比值描述土的可压缩性指标。
对于软土地基的剪切流变，当软土层的整体性较好时，软土层在荷载作用下出现整体剪切滑动面。如土路基在重载作用下路基一侧整体下沉，并伴随有路基坡脚位置的隆起。然而，当软土层的整体性较差时，软土地基的剪切流变则表现为局部的开裂与冲剪破坏。如重载作用下软土路基发生局部剪切破坏，路基路面在重载作用的位置处出现路面车辙。
参考文献
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[2] 邓小军. 公路施工技术[M]. 东北大学出版社, 2014.
[3] 胡继红. 软土地基的危害及其处理 [J]. 吉林工程技术师范学院学报 ,2006(6):49-51.
[4] 陈险峰. 高等级公路软土地基处理问题探讨[J]. 公路, 1990(7):15-19.
[5] 毛成琦. 路堤荷载作用下软土硬壳层地基变形特征分析和沉降计算[D]. 北京交通大学, 2011.
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[9] 杜谨益.公路软土地基沉降特点及其成因与危害分析[J].公路,2002(12):40-44.