施萍   孫鐘良  
摘要：在工程建設中遇到軟土硬殼層問題時，由于對硬殼層性質了解不夠，沒有掌握硬殼層軟土地基的工程特性，現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排水法等。換填不但成本高且不利于環境保護，砂井固結排水法人為地破壞了硬殼層，不一定達到預期效果。所以對于在公路工程中碰到有軟土硬殼層的地基時，就要根據具體的地質情況和公路要求等級作適當的處理。
關鍵詞：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硬殼層，這是因為沉積土層的表面暴露在空氣中時，產生了一系列的變化過程，這些過程既有物理變化，也有化學變化，甚至于物理化學變化。當軟粘土表面暴露在空氣中時，由于蒸發失水，引起地下水位下降，有效應力增加，孔隙比減少，而后經過雨水的淋濾及不斷的物理化學變化，形成不同于下部土層，但與下部土層成漸變關系的硬殼層。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性升降所決定，風化帶的深度受粘性土滲透性的影響。在工程術語中，往往把干硬殼和風化帶一起稱為風化殼或簡稱為硬殼。這種硬殼層膠結結構性強，呈中等壓縮性，面積廣大，與土基密切聯結，具有很好的承載作用。
二、軟土硬殼層在工程實踐中的利用
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）軟土路基施工技術要點：
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，當軟土層的承載力大于經硬殼層應力擴散后傳遞到軟土層上的最大應力時，軟土層可不作任何處理，因此，應盡量減小路堤的自重。選用輕質高強的填料，比如說粉煤灰。
b.合理選擇每層填土厚度：不同的碾壓機械，不同的填料有著不同的鋪土厚度，必須根據具體機械情況選擇合適的填土厚度。
c.路堤填筑：當路堤填筑高度小于填土臨界高度時，一般可以不控制填土速度，因為硬殼層地基本身自然強度足以承擔較高的填土荷載。當填土超過臨界高度時，地基是否會產生破壞則與填土的快慢有關，因為路堤填土的過程既是給軟土地基加載的過程，也是預壓排水固結的過程，在此期間軟土的抗剪強度逐漸增長，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生的滑力的增長速度小于地基中抗滑力的增長速度時，地基就不會破壞，反之則會產生破壞。所以當路堤填土超過臨界高度以后，就應當控制填土的速度，一般在填土高度大于臨界高度80%時即開始控制填土速度。
d.填土壓實：通過壓實能有效地提高路基土體的強度和對水文、氣象等自然因素的抵抗能力，為確保路基的填筑質量，必須嚴格控制填土的分層厚度，并控制填料的粒徑應小于層厚的2/3。
e. 施工過程中做好路基沉降觀測工作，當路基沉降速率過快時，應放慢施工進度或采取必要的防護措施。
（2）預防硬殼層出現過大沉降量
對付地基沉降過大的方法除了擴大路堤邊坡、保證路肩寬度；排水、防護、照明等構造物采用可升降式和預制件式；路面結構采用臨時過渡式外，可總結一套跟蹤觀測預報的方法來靈活運用。但是不能采取砂井地基處理措施，因為：砂井地基在將要發生較大的沉降時，它的使用效果不一定比天然地基好。這個在理論和實踐中都得到了證明。
（3）預防硬殼層強度不夠
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，另一方面高強土工布作為土體的加筋，增強了土體的抗剪力，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力擴散作用加強，使軟土層的受力減小，對路基的穩定十分有利。
（4）硬殼層的預壓法
厚硬殼層上高路堤適宜的預壓處理方法是超載預壓法：在路堤填筑施工以前，通過土方、重型壓路機等方法對地基加載預壓，達到預先完成部分地基沉降，并通過地基土固結提高地基承載力，然后撤除荷載，再填筑路堤。在整個超載預壓過程中，應始終保持路堤填筑高度不低于設計超載的填筑高度，并分級施加預壓荷載，控制加荷載率并監測地基的穩定性。卸載時應根據超載預壓的效果確定卸載時間，通過沉降實測資料預測最終沉降量，并保證最終沉降量減去卸載時的實測沉降量后的值小于允許的工后沉降量。
臨時的預壓荷載一般等于路堤的荷載，但為了減少由于次固結而產生的沉降，預壓荷載也可大于路堤荷載，即路堤的超載預壓。但是必須注意一點：為了有效保護硬殼層的殼體效應，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，也可單獨采用堆載預壓法，盡量避免施工后沉降。另外，堆載預壓還會使硬殼層產生一定程度的反壓護道效果。
三、硬殼層對工程的不利影響及防護
3.1對基坑支護結構的危害
淤泥土地區在進行深基坑開挖時，由于附近建筑物荷載及施工臨時荷載或其它堆載的影響，由于類帕斯卡效應會使支護結構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比較困難。因此，在支護結構的設計與施工時，應充分考慮類帕斯卡效應的影響，否則，不僅基坑支護失敗，附近建筑結構也有危險，后果嚴重。
3.2對既有建筑物的危害
在淤泥土地區打樁時，打入樁對淤泥有排擠作用。由于受上覆硬殼層的約束，類帕斯卡效應可使施工區域附近的既有建筑物的基礎隆起和側移，岸坡擠出坍塌；也常常使己打好的樁發生側移，偏差嚴重者甚至可達1.0m以上，嚴重影響工程施工質量和周圍建筑物的安全使用。當地面荷載過大時，也會發生相似情況。因此，在含硬殼層的淤泥土地區進行打樁施工時，要注意觀測附近既有建筑物地基的變形情況。當新建結構或打樁施工區域離池塘邊坡、河岸堤壩等較近時，還需注意分析評價淤泥土側向擠出或滑移的危險。
3.3對斜交涵洞的危害
淤泥土地區斜交涵洞的大量事故己被人們所關注。這些事故與淤泥土的不良工程性質有關，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系。經過路堤荷載的作用，使硬殼層產生盆形的凹陷，淤泥土中的類帕斯卡效應——過大的水平附加應力作用于涵洞兩側的基礎上。因涵洞與線路斜交，基礎兩側相反方向的作用力自然形成一對力偶，使涵洞有發生水平扭轉的趨勢，又由于基礎與淤泥土之間摩擦強度很低，使出入口向兩個不同方向偏移。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，地基產生差異性沉降，涵節錯開，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，淤泥土地區涵洞要盡可能布置成與線路正交，必須采取斜交方案時，其斜交角要盡可能小，兩側路堤地基應進行妥善處理，防止路堤產生滑動破壞；斜交涵洞要盡可能采用框架結構，地基深層處理，涵節加長，出入口基礎作適當加深，并加長河床的鋪砌，加強溝槽低洼處的封閉作用等，避免涵洞破壞。
參考文獻
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