施萍   孫鐘良  
摘要：在工程建設(shè)中遇到軟土硬殼層問題時(shí)，由于對硬殼層性質(zhì)了解不夠，沒有掌握硬殼層軟土地基的工程特性，現(xiàn)在工程中一般還是采用軟土地基處理辦法處理，如軟土換填或砂井固結(jié)排水法等。換填不但成本高且不利于環(huán)境保護(hù)，砂井固結(jié)排水法人為地破壞了硬殼層，不一定達(dá)到預(yù)期效果。所以對于在公路工程中碰到有軟土硬殼層的地基時(shí)，就要根據(jù)具體的地質(zhì)情況和公路要求等級作適當(dāng)?shù)奶幚怼?br /> 關(guān)鍵詞：公路路基；硬殼層；特性利用
一、硬殼層的成因分析
軟土地基頂面通常都存在一個(gè)硬殼層，這是因?yàn)槌练e土層的表面暴露在空氣中時(shí)，產(chǎn)生了一系列的變化過程，這些過程既有物理變化，也有化學(xué)變化，甚至于物理化學(xué)變化。當(dāng)軟粘土表面暴露在空氣中時(shí)，由于蒸發(fā)失水，引起地下水位下降，有效應(yīng)力增加，孔隙比減少，而后經(jīng)過雨水的淋濾及不斷的物理化學(xué)變化，形成不同于下部土層，但與下部土層成漸變關(guān)系的硬殼層。干硬殼的厚度主要由氣候條件（例如潮濕或干燥的氣候）以及地下水位的高度季節(jié)性升降所決定，風(fēng)化帶的深度受粘性土滲透性的影響。在工程術(shù)語中，往往把干硬殼和風(fēng)化帶一起稱為風(fēng)化殼或簡稱為硬殼。這種硬殼層膠結(jié)結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，呈中等壓縮性，面積廣大，與土基密切聯(lián)結(jié)，具有很好的承載作用。
二、軟土硬殼層在工程實(shí)踐中的利用
殼層地基工程特性明顯不同于天然軟土路基，故在具體施工過程中必然有一些必須注意的方面。
（l）軟土路基施工技術(shù)要點(diǎn)：
a.填料的選擇：由于硬殼層的承載能力較好，因此對路堤荷載具有板體支撐作用。由以上分析可知，當(dāng)軟土層的承載力大于經(jīng)硬殼層應(yīng)力擴(kuò)散后傳遞到軟土層上的最大應(yīng)力時(shí)，軟土層可不作任何處理，因此，應(yīng)盡量減小路堤的自重。選用輕質(zhì)高強(qiáng)的填料，比如說粉煤灰。
b.合理選擇每層填土厚度：不同的碾壓機(jī)械，不同的填料有著不同的鋪土厚度，必須根據(jù)具體機(jī)械情況選擇合適的填土厚度。
c.路堤填筑：當(dāng)路堤填筑高度小于填土臨界高度時(shí)，一般可以不控制填土速度，因?yàn)橛矚�層地基本身自然�?qiáng)度足以承擔(dān)較高的填土荷載。當(dāng)填土超過臨界高度時(shí)，地基是否會(huì)產(chǎn)生破壞則與填土的快慢有關(guān)，因?yàn)槁返烫钔恋倪^程既是給軟土地基加載的過程，也是預(yù)壓排水固結(jié)的過程，在此期間軟土的抗剪強(qiáng)度逐漸增長，地基中的抗滑力隨之逐漸提高。如把填土速度減緩到足以使填土所產(chǎn)生的滑力的增長速度小于地基中抗滑力的增長速度時(shí)，地基就不會(huì)破壞，反之則會(huì)產(chǎn)生破壞。所以當(dāng)路堤填土超過臨界高度以后，就應(yīng)當(dāng)控制填土的速度，一般在填土高度大于臨界高度80%時(shí)即開始控制填土速度。
d.填土壓實(shí)：通過壓實(shí)能有效地提高路基土體的強(qiáng)度和對水文、氣象等自然因素的抵抗能力，為確保路基的填筑質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制填土的分層厚度，并控制填料的粒徑應(yīng)小于層厚的2/3。
e. 施工過程中做好路基沉降觀測工作，當(dāng)路基沉降速率過快時(shí)，應(yīng)放慢施工進(jìn)度或采取必要的防護(hù)措施。
（2）預(yù)防硬殼層出現(xiàn)過大沉降量
對付地基沉降過大的方法除了擴(kuò)大路堤邊坡、保證路肩寬度；排水、防護(hù)、照明等構(gòu)造物采用可升降式和預(yù)制件式；路面結(jié)構(gòu)采用臨時(shí)過渡式外，可總結(jié)一套跟蹤觀測預(yù)報(bào)的方法來靈活運(yùn)用。但是不能采取砂井地基處理措施，因?yàn)椋荷熬�地基在將要發(fā)生較大的沉降時(shí)，它的使用效果不一定比天然地基好。這個(gè)在理論和實(shí)踐中都得到了證明。
（3）預(yù)防硬殼層強(qiáng)度不夠
采用土工布加筋路堤近幾年來在公路工程中得到普遍推廣，土工布一方面可以起到隔水、排水的作用，另一方面高強(qiáng)土工布作為土體的加筋，增強(qiáng)了土體的抗剪力，并減小了不均勻沉降。在硬殼層上加鋪土工布，還可以使硬殼層的應(yīng)力擴(kuò)散作用加強(qiáng)，使軟土層的受力減小，對路基的穩(wěn)定十分有利。
（4）硬殼層的預(yù)壓法
厚硬殼層上高路堤適宜的預(yù)壓處理方法是超載預(yù)壓法：在路堤填筑施工以前，通過土方、重型壓路機(jī)等方法對地基加載預(yù)壓，達(dá)到預(yù)先完成部分地基沉降，并通過地基土固結(jié)提高地基承載力，然后撤除荷載，再填筑路堤。在整個(gè)超載預(yù)壓過程中，應(yīng)始終保持路堤填筑高度不低于設(shè)計(jì)超載的填筑高度，并分級施加預(yù)壓荷載，控制加荷載率并監(jiān)測地基的穩(wěn)定性。卸載時(shí)應(yīng)根據(jù)超載預(yù)壓的效果確定卸載時(shí)間，通過沉降實(shí)測資料預(yù)測最終沉降量，并保證最終沉降量減去卸載時(shí)的實(shí)測沉降量后的值小于允許的工后沉降量。
臨時(shí)的預(yù)壓荷載一般等于路堤的荷載，但為了減少由于次固結(jié)而產(chǎn)生的沉降，預(yù)壓荷載也可大于路堤荷載，即路堤的超載預(yù)壓。但是必須注意一點(diǎn)：為了有效保護(hù)硬殼層的殼體效應(yīng)，最好不要使用常在軟土地基工程中的砂井法或塑料排水帶法等。如果硬殼層較薄，透水性較好，也可單獨(dú)采用堆載預(yù)壓法，盡量避免施工后沉降。另外，堆載預(yù)壓還會(huì)使硬殼層產(chǎn)生一定程度的反壓護(hù)道效果。
三、硬殼層對工程的不利影響及防護(hù)
3.1對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的危害
淤泥土地區(qū)在進(jìn)行深基坑開挖時(shí)，由于附近建筑物荷載及施工臨時(shí)荷載或其它堆載的影響，由于類帕斯卡效應(yīng)會(huì)使支護(hù)結(jié)構(gòu)承受比正常土壓力更大的橫向壓力，所以在淤泥土地層的深基坑支護(hù)比較困難。因此，在支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工時(shí)，應(yīng)充分考慮類帕斯卡效應(yīng)的影響，否則，不僅基坑支護(hù)失敗，附近建筑結(jié)構(gòu)也有危險(xiǎn)，后果嚴(yán)重。
3.2對既有建筑物的危害
在淤泥土地區(qū)打樁時(shí)，打入樁對淤泥有排擠作用。由于受上覆硬殼層的約束，類帕斯卡效應(yīng)可使施工區(qū)域附近的既有建筑物的基礎(chǔ)隆起和側(cè)移，岸坡擠出坍塌；也常常使己打好的樁發(fā)生側(cè)移，偏差嚴(yán)重者甚至可達(dá)1.0m以上，嚴(yán)重影響工程施工質(zhì)量和周圍建筑物的安全使用。當(dāng)?shù)孛婧奢d過大時(shí)，也會(huì)發(fā)生相似情況。因此，在含硬殼層的淤泥土地區(qū)進(jìn)行打樁施工時(shí)，要注意觀測附近既有建筑物地基的變形情況。當(dāng)新建結(jié)構(gòu)或打樁施工區(qū)域離池塘邊坡、河岸堤壩等較近時(shí)，還需注意分析評價(jià)淤泥土側(cè)向擠出或滑移的危險(xiǎn)。
3.3對斜交涵洞的危害
淤泥土地區(qū)斜交涵洞的大量事故己被人們所關(guān)注。這些事故與淤泥土的不良工程性質(zhì)有關(guān)，更與作用在天然或人工硬殼層上的路堤荷載有著直接的關(guān)系。經(jīng)過路堤荷載的作用，使硬殼層產(chǎn)生盆形的凹陷，淤泥土中的類帕斯卡效應(yīng)——過大的水平附加應(yīng)力作用于涵洞兩側(cè)的基礎(chǔ)上。因涵洞與線路斜交，基礎(chǔ)兩側(cè)相反方向的作用力自然形成一對力偶，使涵洞有發(fā)生水平扭轉(zhuǎn)的趨勢，又由于基礎(chǔ)與淤泥土之間摩擦強(qiáng)度很低，使出入口向兩個(gè)不同方向偏移。再由于涵洞出入口處位于路堤邊坡位置，反壓作用較小，淤泥有沿出入口向上隆起擠出的趨勢，使涵洞的出入口被抬高，中間下沉，地基產(chǎn)生差異性沉降，涵節(jié)錯(cuò)開，邊墻開裂，影響涵洞的正常使用。
所以，在有條件許可的情況下，淤泥土地區(qū)涵洞要盡可能布置成與線路正交，必須采取斜交方案時(shí)，其斜交角要盡可能小，兩側(cè)路堤地基應(yīng)進(jìn)行妥善處理，防止路堤產(chǎn)生滑動(dòng)破壞；斜交涵洞要盡可能采用框架結(jié)構(gòu)，地基深層處理，涵節(jié)加長，出入口基礎(chǔ)作適當(dāng)加深，并加長河床的鋪砌，加強(qiáng)溝槽低洼處的封閉作用等，避免涵洞破壞。
參考文獻(xiàn)
[1] 王曉謀.考慮硬殼層作用的軟土地基臨塑荷載計(jì)算[J].巖土工程學(xué)報(bào).2002， 24（6）：720-730
[2] 問延煦，周健，賈敏才.考慮封閉作用和應(yīng)力擴(kuò)散的軟土地基臨塑荷載[J].巖土力學(xué)，2007，28（8）：1715-1718
[3] 董劍，鄭曉國.軟土地基上硬殼層效應(yīng)分析及其工程應(yīng)用[J].路基工程，2006 （4）：7-9