松花江河漫灘相軟土的巖土工程性質試驗研究

2014-08-23 03:11:56董平洋胡照廣

森林工程 2014年4期

蘇濤，董平洋，胡照廣

(1.福建省交通建設質量安全監督局，福州 350001；2.中國市政工程華北設計研究總院，天津 325000；3.東北林業大學寒區科學與工程研究院，哈爾濱 150040)

軟土一般具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性強、抗剪強度和承載力低等不良工程地質特性，主要包括淤泥和淤泥質土，以及其他高壓縮性飽和粘性土、粉土等，通常位于濱海、湖泊、谷地、河灘地區，由海相、湖相、溝谷相沉積和河灘沉積形成[1-4]。因地質成因、賦存規律、組成成分和應力歷史等的差異，工程性狀往往表現出顯著的時空變異性和區域性[5-10]。

松花江流域地層分布主要有白堊系和第四系，基底為古老的松遼地塊，缺失第三系地層。淺層廣泛分布漫灘相第四系全新系統天然沉積土，如哈爾濱市沿江區域的河漫灘區軟土，由松花江曲流作用垂向沉積形成，屬河漫灘相軟土，其厚度分布不均勻，主要成分為淤泥質土、粉質粘土和粉砂土，工程地質條件較差。本文結合哈爾濱市松北區文化中心環路道路建設項目，通過地質勘查和物理力學試驗，研究該類型軟土的巖土工程性質。

1 現場工程地質概況

研究區位于哈爾濱市松北區文化中心環路K1+020～K1+220路段，屬于松花江河漫灘區，原始地貌為濕地，如圖1所示，后采取大面積吹填砂建設的“大島嶼”。為了進一步了解該研究路段的地質情況，對研究區進行了地質鉆探勘查及野外地質調查。根據地質勘查結果，勘察深度內地層由人工堆積的雜填土及第四紀沖、堆積的粉質粘土、粉砂和粗砂組成，自上而下共分4層，地質剖面示意圖如圖2所示。

圖1 研究區現場照片

圖2 研究區代表性地質剖面圖

(1)淤泥質土，夾雜一些粘性土、砂類土及少量的腐植土組成，含水率較大，結構松散，欠固結。部分鉆孔的上部為凍結的江面。層厚為0.60～3.20 m，平均厚度為1.46 m；該層在場區內分布不連續，在大部分鉆孔中可見。

(2)粉砂：黃—灰色，飽和，松散—稍密，長英質，含細砂，局部夾粘性土薄層。層厚為4.00～6.90 m，平均厚度為5.65 m；該層在場區內分布連續。

(3)粉質粘土：灰黃色，軟—流塑，局部含少量有機質，無搖振反應，稍有光澤，干強度、韌性中等。層厚為0.40～1.80 m，平均厚度為0.98 m；該層在場區內分布不連續。

(4)粗砂：灰色，較濕，稍密，長英質。

2 研究區地基土物理力學試驗

本文以試驗路段的地基土為研究對象，為達到最佳的試驗效果，試驗中采用的土樣均為勘察鉆探所取的原狀土樣。首先對各個深度的土樣進行了最基本的物理力學性質試驗，其中包括天然含水率、天然密度、重度、液塑限以及顆粒級配分析等；然后在對各個深度土樣分別進行室內直接剪切試驗，以了解試驗路段地基土的抗剪強度指標。表1為研究區土層物理性質指標。

試樣中的粗砂，由于部分顆粒粒徑大于0.075 mm，采用篩分法來進行其顆粒分析。如圖3所示為試驗土樣顆粒分析曲線，由試驗結果可知：淤泥質土土顆粒中，粒徑在0.075 mm以下的比例為76.6%；粉砂土顆粒中，粒徑在0.075 mm以下的比例為75.0%；粉質粘土顆粒中，粒徑在0.075 mm以下的比例為76.6%；粗砂土顆粒中，粒徑在0.075 mm以下的比例為12.7%。

圖3 土樣顆粒分析曲線

研究中，為了掌握地基土的抗剪強度指標，對試驗土樣做了室內直接剪切試驗，以了解地基土的抗剪強度參數c、Ф值，圖4為制備的室內剪切試驗土樣，圖5所示為剪切破壞后的土樣。

圖4 制備的直接剪切試驗土樣(粉質粘土)

圖5 直剪試驗破壞后的土樣(粉質粘土)

通過室內直接剪切試驗得出各土層剪應力隨正向應力、剪切位移變化規律，圖6、圖7和圖8分別表示淤泥質土、粉砂土和粉質粘土的剪應力和剪切位移曲線，由圖可知：研究區各土層剪切位移均隨剪應力增大而增大，淤泥質土在剪應力增大的情況下剪切位移變化幅度最大；粉砂土次之，剪應力達到峰值以后曲線趨于平緩；而粉質粘土在剪應力增大的情況下剪切位移變化幅度最小，曲線達到峰值以后，剪應力變小，剪切位移仍不斷增大。