硬殼層

在軟土的上部，主要由於大氣循環以及溫度的變化，以及上體中水分的蒸發，導致上部土體廣泛分布有一層硬度較大的土層，相比下覆軟土地基，其密實度較大、壓縮性和抗剪強度較高，具有一定的剛度，能夠承擔一部分外部荷載，被稱之為硬殼層。

簡介

在軟土的上部，主要由於大氣循環以及溫度的變化，以及上體中水分的蒸發，導致上部土體廣泛分布有一層硬度較大的土層，相比下覆軟土地基，其密實度較大、壓縮性和抗剪強度較高，具有一定的剛度，能夠承擔一部分外部荷載，被稱之為硬殼層。

由於人們對這一特殊保護層認識的不足，工程實踐中並沒有充分利用，而是採取了破壞硬殼層的措施，採取工程中一般的軟土地基的處理辦法，如砂井排水固結法、化學加固法、換土法等，使工程費用耗資巨大。

一般是軟土的天然含水量大於液限，天然孔隙比大於1，壓縮係數大於0.5MPa-1，不排水抗剪強度小於20kPa；交通部《公路軟土地基路堤設計和施工技術規範》(JTJ017-96)規定軟土的劃分標準為：軟土的天然含水量大於等於液限，天然孔隙比大於等於1，不排水抗剪強度小於20kPa。

相應的軟土地基硬殼層的劃分指標應該為：軟土的天然含水量小於液限，天然孔隙比小於1，不排水抗剪強度大於等於20kPa。

硬殼層特性

殼體效應

當硬殼層的平面範圍足夠大時，一方面硬殼層的存在限制了下臥軟土向四周擠出及周圍軟土向上鼓起，使軟土層需要較大的外荷才能發生剪下變形；另一方面，硬殼層本身具有相對較大的密實度，而且有一定的剛度，因此它可以分擔荷載產生的一部分剪力，即在一定的荷載剪力作用下不產生剪下變形或變形極小，這就使得硬殼層與下臥軟弱層間的荷載傳遞方式有了一定的變化，此時的硬殼層已具有了類似於板體的作用,這種作用可稱為硬殼層的“殼體效應”。殼體效應可使外荷傳到較大的下臥軟土中，使其下臥軟土層的附加應力低於按傳統擴散方法計算出來的附加應力，且分布更加均勻，分布的範圍更大。

封閉作用

由於表層硬殼層的應力擴散效應，限制了下覆軟土的鼓起和剪下變形，因此軟土地基的剪下破壞變形將需要較大的外部荷載。在外部荷載隨時間變化而增大的過程中，下覆軟土地基中的應力分布以及大小也隨之發生了變化，上覆地基中產生了較大的水平壓力，即硬殼層的封閉作用。由於地表硬殼層的封閉約束作用，外部荷載作用到硬殼層上後，會使軟土層中產生一定的附加應力影響範圍，在此影響範圍內的應力將進行重新分布，產生應力擴散現象。隨著硬殼層厚度的增大，相對剛度增大，其應力擴散作用越明顯。

荷載越大,硬殼層的封閉作用越好。

反壓保護作用

在公路、鐵路施工後期，隨著路基中心部位附加應力的不斷增加，路基邊坡坡腳外側的上壓力也開始增大，下覆土體的側向變形開始增加，而硬殼層的上覆壓力以及自重壓力，對下覆軟土的側向擠出形成了明顯的抑制作用，表明硬殼層在此時起反壓保護的作用。

沉降滯後作用

關於硬殼層作用的另一看法是硬殼層對沉降的滯後作用，它降低了沉降速率，對沉降不利。假如填土荷載較大，而硬殼層又較薄，形成的沉降盆幾乎完全破壞了硬殼層的支撐力，這時滯後效應將會明顯；相反,硬殼層較厚、荷載低，支撐作用將會是主要的。實際上，大多數情況下沉降盆對硬殼層的破壞是微小的，所以滯後效應並不明顯。

硬殼層的影響

1.對於軟土地基硬殼層存在時，應充分利用硬殼層的作用，當路堤自重不超過具有硬殼層的軟土地基的臨塑荷載時，這樣的軟土地基可不進行處理，這既節省資金，也可以加快工程進度。

2.軟土地基硬殼層對沉降的影響或者說所起到的應力擴散作用是有條件的，即路堤高度小於極限高度時有作用，超過極限高度時無作用。當填高超過極限高度時，沉降速率明顯加大。

3.通過硬殼層將應力擴散到更大的面積，使下臥不良土層承受應力儘量減輕。增加硬殼層的厚度可以有效減小路基頂面由荷載作用而產生的壓應變，隨著硬殼層的增加可以有效減小各種荷載作用下路基的殘餘變形。