【正文】 第一章 設計研究路段總體情況廣佛高速公路是廣東省建設的第一條高速公路，它連接廣東省的兩大城市廣州和佛山，也是廣州市西出口的重要公路。采取分期修建的辦法進行建設，第一期工程為橫沙至謝邊段，第二期工程為謝邊至樂從段，第一期工程已于1986年12月28日動工興建，計劃用兩年左右的時間建成，繼而建設第二期工程。廣佛高速公路第一期工程自廣州市郊潯峰洲的橫沙與廣州市環(huán)市高速公路相接，經湖州、沙涌、大步、雅瑤、上滘、大瀝、潘村、涌口至佛山市北出口謝邊止。第二期工程自謝邊互通式立體交叉起，穿過或繞過佛山市區(qū)，到佛山市南出口順德縣樂從鎮(zhèn)與廣湛公路的佛山至湛江段接通止。廣佛高速公路的建成對發(fā)展珠江三角洲和廣東省西部地區(qū)的經濟具有重要作用[4]。廣佛高速公路橫沙至謝邊段設計設有：4座互通式立體交叉，1座分離式立體交叉，大橋2座，中橋3座，小橋9座，涵洞29道，供行人、汽車、拖拉機橫向穿越的通道35座，除橋梁邊孔及立體交叉可供行人穿越高速公路者外。全線土石方205萬m3。該段公路處于珠江三角洲北部低丘陵的南緣與珠江三角洲交接部位，除起點橫沙至大亨段為平緩低丘陵地帶和河流沖積階地外，其余均屬珠江三角洲平原，沿線土層主要屬第四紀沖積土層。廣佛高速公路沿線地質可分平緩低丘陵及山前夷平地的坡積土層，河流沖積地砂土層和三角洲相沉積的砂層。廣佛K5+780~K6+400地處沖積的河流階地的砂土，該區(qū)軟土淤泥分布面廣，為表層淤泥。一般埋藏在耕植土或表層粘土或亞粘土之下。~ ，~ 。褐灰色淺灰色。由大量含有機質的粘土，局部地段含少量砂組成。質地稀軟，飽和過濕，具軟塑易液化狀態(tài)。自地面以下依次為耕植土層、淤泥層、厚層中細砂層、粘土（亞粘土）層（或位于兩層之間）。淤泥層呈軟流塑、過飽和狀態(tài)，~，一般為細砂層。廣佛高速公路在自然地理分區(qū)中屬于珠江三角洲平原的北部。沿線地區(qū)屬于亞熱帶季風性氣候，溫濕多雨，℃，℃，相對濕度79%。廣佛高速公路水系分屬流溪河及北江流域，地勢總的自北、北東向南、南西傾斜。由于沿線各路段的巖性、風化程度、地形地貌、巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度及植被情況不同，地下水與地表水的補給關系亦因此而異[7]。一般平緩低丘陵區(qū)大氣降水后，以垂直滲入補給地下水，而山間谷地則以側向補給地下水，河流兩側岸邊地帶，豐水季節(jié)和漲潮期間，河水位稍高于地下水位，河水周期性地補給地下水。本工程段所處區(qū)域，水系分屬流溪河及北江流域，屬階地和三角洲平臺地帶，地表溝渠、水塘常年積水，除降雨滲入補給地下水外，還有一部分凝結水補給。廣佛高速公路K5+780~K6+400路段路線平面圖GFGF2廣佛高速公路K5+780~K6+400路段路線縱斷面圖GF3廣佛高速公路K5+780~K6+400路段路基標準橫斷面圖GF4廣佛高速公路K5+780~K6+400 路段路基橫斷面設計圖（每50M）GFGFGF7第二章 工程地質勘探本工程廣佛高速公路軟土地基工程地質勘察隨設計階段的不同劃分為初勘和詳勘兩階段，各階段按準備工作、調查測繪、勘探、試驗、與資料整理等順序進行，其內容與要求應遵照《公路工程地質勘察規(guī)范》（JTJ06486)的規(guī)定，雖然該規(guī)程說明是針對二三級公路而制定，但在具體工作中可按該規(guī)程的要求，結合實際需要適當增補有關內容，以滿足設計和施工要求。初勘是配合踏勘測量，為初步設計服務的地質勘探，目的在于為確定路線方案提供必要的地質資料，該階段勘探的主要任務是初步查明沿線的地質構造，地貌特征，底層結構，查明軟土的成因，類型，分布范圍，埋藏情況與其物理力學性質，查明地下水埋藏條件等，為初步設計地基穩(wěn)定和沉降計算，提供定性，定量的分析。① 軟土地基分布路段的地形、地貌及與第四紀地層沉積的關系。② 軟土地基各層的成因類型，分布范圍，基底性質與結構特點。③ 軟土地基中各軟弱層及與其相間存在的土類的含水情況，土質顆粒組成，稠度，結構狀況以及排水砂層的有關物理、力學性質。④ 地下水位置，類型，活動情況、補給與排水條件，以及地下水與地表水的關系。⑤ 按地震基本烈度區(qū)劃畫出路段范圍，并確定出沿線六度以上的各級別烈度的分界位置。⑥ 在軟土地基上已建成的建筑物的附加應力作用下，對地基強度與變形的影響程度，以及地基處治手段和技術措施。⑦ 初勘階段進行的工程地質測繪，比例尺宜為1:100000，其范圍觀地質條件的復雜程度和設計需要而定。為鑒別和劃分地層，并沿孔深取樣以測定土層物理、力學性質及進行原位測試，鉆孔間距應滿足初步設計要求，本段廣佛高速公路設計填土高度大于極限高度，因此為復雜場地，高級公路初勘階段鉆探點控制間距為500～700m，本段工程取低限?？碧娇c的位置應有設計單位在1:2000路線平面圖上標注，或在現(xiàn)場布設?？c位置用坐標控制，允許移動范圍：對路基沿中線前后不超過30m，垂直中線左右不超過15m，構造物孔沿中線前后不超過10m，垂直中線左右不超過5m[12]。孔口標高不超過20cm。應充分利用靜力觸探測定軟土層在天然結構狀態(tài)下的物理、力學性質，并劃分地質層次。靜力觸探孔可作為參數(shù)孔和技術孔，作為參數(shù)孔應設置于鉆孔點附近5m以內，作為技術孔應設置于鉆孔之間和路線橫斷面上。觸探孔間距以能配合鉆孔分清縱向和橫向地質斷面及地層分解范圍為宜，縱向間距控制距離為每公里點數(shù)35個，本段工程取高值。此段為復雜場地，增設兩個參數(shù)孔。軟土地基勘探應采用挖探，釬探，觸探與鉆探和其它如十字板剪切、孔隙水壓力、壓縮模量等原位測試法（條件適宜時輔以物探的方法），并宜采用綜合勘探手段，使勘探資料得以互相印證和補充。本段廣佛高速公路K5+780~K6+400工程采用以下方法進行初勘鉆孔法：軟土地基鉆探采用干鉆法為宜，鉆孔位置定為：K5+800、K6+150、K6+350（布置于路線中線處）?，F(xiàn)場原位測試法：按照路堤沉降與穩(wěn)定性設計計算的要求，現(xiàn)場原位測試項目有：十字板測試抗剪強度和靈敏度，靜力觸探試驗測試貫入阻力、側壁阻力和錐尖貫入。還有標準貫入測試，側壓試驗和波速測定。① 靜力觸探應充分采用靜力觸探測定軟土層在天然結構狀態(tài)下的物理，力學性質，并劃分地質層次。觸探點縱向間距控制距離為每公里點數(shù)35個，定為K5+800、K6+150（布置于路線中線兩側各30m處，共4個點）。② 十字板剪切測試：為了測定軟土土層在不排水狀態(tài)下的抗剪強度指標，應采用十字板剪切。應在每個具有代表地質路段且沿深度方向對地基穩(wěn)定性有一定影響的軟土層測定。每一深度測一組(兩個)以上剪切指標。① 對均質厚層軟土，~；當難以預估地基附加應力的大小，或出于橋頭較高路堤位置時，控制性鉆孔深度應為40m左右。② 當軟土地基為不均勻地質層次時，可以地基壓縮層計算深度Zn作為鉆孔深度。如已經確定的計算深度下面仍有較軟的土層，則應繼續(xù)向下計算，直至非軟土層，用計算深度控制勘探深度。③ 對于靜力觸探孔的深度，應達到軟土分布的底層。④ 對于十字板剪切，只在軟弱層(淤泥，淤泥質土，泥炭)中進行。① 當尚不能準確掌握軟土層位置及厚度時，取間距規(guī)定如下:在地面下10m以內，～，取樣一次(組)?！?。② 對于一般性鉆孔，除按控制性鉆孔規(guī)定深度分層取鑒別樣外，還應在相應地層為相鄰的控制性鉆孔內沒有取全（取好）原狀土樣實施補取原狀土樣。③ 對于控制性鉆孔，不僅取軟土層樣品，同時還需注意鉆取砂層、硬殼層以及與軟土相間存在的土層的原狀樣品。軟土地基詳細勘探應根據(jù)批準的初步設計所確定的線路位置及設計者方案，通過詳細的工程地質詳細勘察，提供完整的工程地質資料作為編制施工圖設計的依據(jù)。本階段勘探不僅為施工圖設計提供軟基沉降及穩(wěn)定性設計單項指標，同時應提供為相互對照和驗證的設計計算使用的技術指標[6]。勘探點的布置，應充分利用所推薦線路位置上已進行過的勘察的勘探點。不僅應滿足對沿線各種典型路段的工程地質詳細勘探的要求，還應提供路線橫斷面的地質特征。鉆探或原位測試點由設計單位按技術要求在路線平面圖上標注，孔點位置用坐標控制，允許移動范圍：路基鉆孔沿中線前后不超過20m，垂直中線左右不超過15m，構造物孔沿中線前后不超過5m，垂直中線左右不超過5m?？卓跇烁卟怀^10cm。軟土地基的詳勘仍應采用挖探，釬探，靜力觸探與鉆孔和十字板剪切等勘探，試驗和測試方法。鉆孔法：本階段鉆孔的數(shù)量和質量必須滿足施工圖設計的技術要求，鉆孔間距應滿足要求，鉆探點的控制間距為300~500 m。本段設計填土高度大于極限高度，因此用低限。國內軟土鉆探大致采用空心螺紋鉆進法，十字鉆頭回轉法或鋼絲鉆頭回轉法。本段軟土鉆探采用空心螺紋鉆進法，該法采用回轉干鉆的方法鉆進，鉆進速度快，能保證質量，而且是干鉆，避免對軟基的進一步注水，本工程有較厚砂層，應跟進套管護壁?？c樁號位置定為K5+850、K6+00K6+080、K6+200 、K6+3(布置于路線中線處)。試坑法：試坑應配合鉆探滿足詳勘階段沿線地質調查和繪制地表層地質縱斷面圖的要求，其設置間距每公里宜為2～3個，孔點樁號位置定為K6+000、K6+300 (布置于路線中線處)，該項工作可用輕便螺紋鉆替代進行。原位測試法：① 靜力觸探充分利用初勘時靜力觸探資料，作為參數(shù)孔的靜力觸探點應設置于鉆孔附近，作為劃分軟土分布范圍，繪制地質縱斷面圖與測貫入阻力的技術孔應設置于鉆孔間，其間距應能滿足繪制典型地質分段的詳細地質斷面及劃分軟土地基沉降及穩(wěn)定設計處理的范圍為宜。詳勘階段靜力觸探控制間距為復雜場地每公里點數(shù)4~5個，本工程廣佛高速公路路基填土高度大于極限高度，取高值。特殊情況下，尚視具體情況適當加密?？c樁號位置定位K5+800、K6+150（布置于路線中線兩側各30m處，共4個點），在K6+100、K6+380中線兩側各30m處增設4個點。② 十字板剪切對于天然含水量大于液限或在自重應力下不能保持原有結構形狀的軟粘土，以及檢驗用室內抗剪強度試驗指標計算穩(wěn)定性的結果時，均必須進行十字板剪切現(xiàn)場試驗，以取得現(xiàn)場軟土不排水抗剪強度及靈敏度資料。十字板設置間距應滿足每一個具有代表性的地質路段的各軟土地層內均有兩組以上的有效的現(xiàn)場剪切試驗指標。其測試深度與層位可參照十字板探深的有關規(guī)定。 鉆孔深度應完全滿足施工圖設計對應力與變形進行計算的要求。其深度作如下控制:① 對于均質的厚層軟土，～。② 對于非均質分布的軟土層，鉆孔深度可按初勘階段的計算公式確定。～。③ 對于非均質分布的軟土地層，當?shù)撞坑忻軐嵒蛴菜艿南屡P層或巖質底板時，在查明其性質并確定具有一定厚度后，可不再深探。本工程廣佛高速公路地質為非均質分布的軟土地層，軟土地層底部有砂層，符合第三種情況，用第三種情況做深度控制處理?？碧饺拥拈g距應按照如下規(guī)定：①對非均質土：在地面以下10m內，應沿深度每米取一組（兩個）試樣；在地面以下10~20m，沿深度每米取一組試樣；。②對厚層均質軟土層：應根據(jù)初勘資料在性質相同或相近的層次的層頂和底部各取一組以上試樣，中部應取兩組以上試樣。如軟土指標有變化，應補取樣品。取樣方法有壓入法和擊入法，本工程采用壓入法，可以避免對軟土的擾動。取樣過程應盡量減少對鉆孔的殘留巖芯，發(fā)現(xiàn)殘留巖芯較長時，必須先進行清孔，之后再取樣，本工程使用薄壁取土器，可以減少由于側壁摩阻力對土樣的擾動。取土器長度為60cm。土樣運送過程應注意防震，一般不宜采取長距離運送辦法。本工程廣佛高速公路軟土層為地面以下10m內，應沿深度每米取一組（兩個）試樣。①試驗要求：詳勘階段對軟土地基樣品的室內試驗，應編制合理的試驗方案，依照《公路土木試驗》(JTJ05193)規(guī)定的方法和步驟進行。以提供設計計算所要求地完整指標與準確數(shù)據(jù)，對初勘試驗成果資料應盡可能地加以利用。對力學試驗過程中的應力變化歷程和路徑條件，加荷的級別和標準，試驗的有關邊界條件，都必須以工程現(xiàn)場的環(huán)境為依據(jù)，結合施工期，預壓期與營運期的實際情況研究決定[14]。對試驗數(shù)據(jù)應依據(jù)試樣的多少，土質的均勻程度，取樣與試驗的質量，按數(shù)理統(tǒng)計分析手段取保證率平均值，置信度水平不小于90%，以滿足施工圖設計的技術與經濟要求。②試驗項目：應測試出天然含水量，天然密度，土粒相對密度，粒徑組成，液限，塑限，有機質含量，酸堿度，易溶鹽含量，壓縮系數(shù)，固結系數(shù)，前期固結壓力，無側限抗壓強度，直接快剪、固結快剪及三軸剪切的內聚力，內摩擦角等?，F(xiàn)場原位測試對土樣擾動小，實驗結果更接近實際、比鉆探取樣節(jié)省時間和費用，現(xiàn)場原位測試必須達到下述要求：① 對于取樣前后會發(fā)生變形的飽和軟粘土或難以取樣的砂層，應進行原位測試。② 飽和粘性土應進行靜力觸探與十字板剪切測試；砂層應進行標準貫入及靜力觸探測試。③ 現(xiàn)場原位測試應求得標貫擊數(shù)，比貫入阻力或側壁極限摩阻力與錐尖阻力，十字板剪切強度及靈敏度。 工程中原位測試方法以靜力觸探和十字板試驗在軟土地基勘探中應用最為普遍，靜力觸探孔和十字板試驗孔作為參數(shù)孔，應用更為方便，尤其是靜力觸探試驗，不但勘探費用低，工作效率高，而且用其所測錐尖阻力換算的抗剪強度指標驗算地基的穩(wěn)定性更加符合軟粘土地基的實際情況。所以在布置勘探孔時，可以將靜力觸探和鉆探一樣看待，綜合考慮布孔密度。所經過地區(qū)軟土層有如下特點：① 天然含水量高。一般均大于液限，%，%。 ② 天然孔隙比大。③ 壓縮系數(shù)大。④ 內聚力小、抗剪強度低。 ⑤ 固結系數(shù)小，固結時間長。⑥從現(xiàn)場十字板剪切實驗看，軟土原狀和擾動重塑樣的結果相差較大，說明軟土靈敏度高。 ⑦從靜力觸探實驗結果可以看出，所經地區(qū)土層層狀分布復雜，各層之間物理力學性質差異較大。 廣佛高速公路軟土類土力學性質統(tǒng)計表kPa基本物理性指標液塑限直接快剪固結快剪固結試驗含水率濕密度孔隙比液限塑限塑性指數(shù)液性指數(shù)凝聚力內摩擦角凝聚力內摩擦角壓縮系數(shù)壓縮模量%g