某工程中新近沉積土的判定及綜合評價

曹江濤，翟偉強

(華北地質勘查局五一九大隊 ，河北保定 071051)

新近沉積土是指第四紀全新世(Q4)中、晚期形成的土，是在流水、重力和風力作用下重新搬運堆積(沉積)或由其它因素形成的沖洪積、坡積和風積土。由于我國對新近沉積土研究時間短，不同地域的新近沉積土又受所處地貌特征、沉積環境、成因等諸多因素的影響，所以無論是國家標準[1]還是行業標準[2]，均未單獨對新近沉積土進行明確、詳細地分類，多是按土的堆積年代、地質成因或顆粒級配、塑性指數等，對其進行宏觀分類；1996年，由我國勘察大師林宗元主編的《巖土工程勘察設計手冊》在參考各種標準、規范后，對新近沉積土進行了較為詳盡的劃分，以土的力學性質為主要劃分依據，把新近沉積土劃分為：新近沉積黏性土、新近沉積粉土和砂礫土、新近沉積黃土。

由于新近沉積土地層不穩定、工程性能差，承載力低等多種因素，往往對工程產生不利的影響，建筑施工時需要進行處理。因此，許多勘察單位施工時，對新近沉積土也相當重視，以免因勘察不準確而產生工程質量問題。

但在實際工作中，由于受鉆孔內取土的限制，在新近沉積土特征不明顯的情況下，很難全部辨認出或根本不能區分，在這種情況下，就要結合野外觀察與室內鑒定綜合判定、分析、評價。

1 工程概況

1.1 工程概況

某單位擬建一棟辦公樓與一棟試驗樓，磚混結構，其中辦公樓長59.8 m、寬16.2 m、6層，試驗樓長59.8 m、寬17.6 m、5層，均擬采用條形基礎，工程安全等級為二級。

擬建場地的地貌單元為華北沖洪積平原的西部邊緣帶，地勢平坦開闊。

1.2 勘察方案布署及勘察手段

本次勘察技術方法采取以鉆探取樣試驗為主，結合標準貫入試驗及單橋靜力觸探兩種原位測試、波速測試等多種測試手段進行。按建筑物周邊布孔原則，共布置勘探孔16個，其中取土試樣鉆孔8個，標準貫入試驗孔3個，靜力觸探試驗孔3個，鑒別孔2個，孔深10.0～15.0 m。通過上述勘察手段,為查明擬建場地巖土層的分布及其工程特性取得了必要的數據。工程地質勘探點平面布置見圖1。

圖例:①取土試樣鉆孔;②標準貫入試驗孔;③靜力觸探試驗孔;④波速測試孔;⑤鑒別孔;⑥鉆孔編號;⑦工程地質剖面位置及編號;⑧推測軟硬場地分界線;⑨推測新近沉積地層與正常沉積地層分界線;⑩不同力學性能場地單元范圍及編號。圖1 工程地質勘探點平面布置

2 新近沉積土的判定

2.1 野外施工特征

在野外施工過程中，發現整個擬建場地地質產生條件較復雜，南北向土層間厚度變化大或局部地層缺失，東西兩側場地軟硬不均等，具體情況為：

(1)通過勘察發現，各土層水平方向上厚度變化不大，如1-1’工程地質剖面圖中，鉆孔ZK1、ZK2、ZK3、ZK4之間各土層的厚度最大差值為1.2 m，各土層的層面坡度均小于10 %；而在縱向上厚度變化較大，如8-8’工程地質剖面圖中，鉆孔ZK4、ZK8與ZK12、ZK16間各土層的厚度最大差值為4.6 m，⑧層以上各土層的層面坡度均大于10 %，如圖2所示。結合1-1’、8-8’及其它工程地質剖面圖中同一土層在水平方向、縱向上厚度的變化，現場技術人員懷疑場地內存在一條近東西向的埋藏古溝槽產生。

圖例:①雜填土；②5粉土；③粉質黏土；④細砂；⑤中砂；⑥鉆孔內取樣位置及編號；⑦標準貫入試驗位置及擊數；⑧單橋靜力觸探曲線；⑨推測新近代沉積地層與正常沉積地層分界線;⑩土層編號。圖2 8-8’工程地質剖面

(2)在施工過程中，野外觀察場地東側8.0 m左右以上土層的含水量明顯高于西側土層的含水量，可按含水狀態及軟硬程度劃分為2個區段，其分界線如圖1中A-A’所示。

(3)整個擬建場地砂層以上的粉土、粉質黏土等土層，呈褐黃或黃褐色，密實度較好，標準貫入擊數一般為4～15擊。其內未見貝殼、碎磚瓦、陶瓷片、朽木等包含物。野外觀察該土層，無論從顏色、結構及包含物上均未見明顯新近沉積土的特征，僅是局部粉土中含少量砂質或粉質黏土中粉質、砂質略重。

場地內是否存在埋藏古溝槽，埋藏古溝槽的方向如何，是否因存在一條南北向的古溝槽導致產生場地東西兩側軟硬程度不均，還是其他原因導致產生場地西硬東軟的問題成為本次巖土工程勘察以及對場地地質條件能否正確分析、評價的關鍵。

2.2 根據室內試驗指標進行鑒別

根據目前的工作狀況，依據野外勘察施工中描述的土層情況不能準確判定是否為新近沉積土，此時，則可依據室內物理力學性質試驗指標進行判別，以此進行借鑒、參考。

依據《濕陷性黃土地區建筑規范》(GB 50025-2004)對新近堆積黃土的劃分，采用判別分析方法，將新近堆積黃土和一般黃土分成兩組，計算出判別函數分界值R0，然后根據判別式計算待判別未知土層的判別值R。

其判別式為：R= -68.45e+10.98a-7.16γ+1.18ω

R0=-154.80

式中：e為孔隙比；a為壓縮系數,取0～100 kPa，或50～150 kPa壓力段的壓縮系數之大者(MPa-1)；γ為土的重度(kN/m3)；ω為土的天然含水量( %)。

當R>R0時，待判別土層為新近堆積黃土。當R

經過室內試驗，得出本場地各鉆孔內樣品的物理力學性質指標。現僅以ZK16孔內數據為例，依據上述公式進行計算(表1)。

依據規范[3]要求，當有一半以上土樣R>R0時，則可判定該場地內的黃土為新近堆積黃土。該規范要求同樣適用于新近沉積的粉土及粉質黏土等。ZK16鉆孔中R>R0的土樣比例為63 %，滿足規范要求，可判定此孔內的土樣為新近沉積土。用同樣的方法對其他取土試樣鉆孔進行判別，均可滿足規范要求，故可判定本場地內②～⑤層為新近沉積土層。

表1 ZK16孔土層物理力學性質參數及判別值R計算結果

注：壓縮系數(a)采用50～150 kPa壓力段的數值。

同時，從表1及其他鉆孔中數據可以看出新近沉積粉土、新近沉積粉質黏土的天然孔隙比、液限普遍比第四紀正常沉積的粉土、粉質黏土均稍高，而壓縮模量值則相對較低，大部分在4～7 MPa之間。

2.3 根據原位測試進行鑒別

當野外施工不能準確判定是否為新近沉積土時，亦可依據一些較成熟的經驗來進行鑒別。

雖然河北省及保定市均沒有相關的室內判別新近沉積土的相關標準，由于保定緊鄰北京，二者同屬于華北平原地層，為山前沖洪積平原，在地貌特征、沉積環境、成因等方面極其類似，而北京對于新近沉積土的研究時間相對較長、較系統，故而亦可借鑒北京方面較成熟的取值標準來進行鑒別。

依據北京地區對新近堆積土采用以原位測試為主的研究成果[4]，以靜力觸探比貫入阻力Ps( MPa)與土的壓縮模量Es( MPa)為變量建立的判別函數公式為：

R=1.014Es-1.518Ps

判別函數分界值：R0=4.4

當判別土層的R>R0時，為一般堆積土；當判別土層的R

下面僅以ZK16孔內壓縮模量Es數值及ZK12孔內靜力觸探比貫入阻力Ps數值為例，依據上述公式進行計算(表2)。

表2 判定計算結果

依據上述經驗公式，可判定ZK16、ZK12孔內②～⑤層為新近沉積土層。利用其他鉆孔內壓縮模量Es數據及靜力觸探比貫入阻力Ps數據均得出相同結論，故可判定整個場地內②～⑤層為新近沉積土層。

3 場地綜合評價

3.1 場地條件分析

通過利用室內物理力學性質試驗指標進行計算，并結合野外地質特征綜合判定場地內②～⑤層為新近代沉積土層。

同時，經調查，擬建場地西部原為該單位的庫房區范圍，地表大部分為路面硬化較好，地表排水通暢，庫房前后高大的樹木較多，受其影響，淺部土層含水量較少，土質干硬。場地東部原為居住區，且原有鍋爐房位于東北角，上下水管道較多，設備老舊，滲漏水較多，且地表排水不暢，土質相對較濕軟，是導致擬建場地西硬東軟的原因，屬正常沉積土層，排除了南北向存在埋藏古溝槽的可能性，因此判定場地內埋藏古溝槽的方向為近東西向。

該埋藏古溝槽地層與正常沉積地層分界線如圖1中B-B’所示。由于場地內土層在相同巖性上力學性能也很不均勻，故而按分界線A-A’、B-B’將整個擬建場地劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個不同力學性能的小區塊(圖1)。

綜合評定整個擬建場地為工程地質條件不利地段。

3.2 場地地基條件評價

就整個擬建場地地基而言，4個不同力學性能小區塊的土質軟硬程度差異明顯，承載力值相差較大，各層分布厚度及層面坡度變化較大，地基均勻性差異較大，試驗樓地基跨越正常沉積地層軟硬區分界及西南角極少部分處于兩種不同工程地質單元，辦公樓地基處于新近代古溝槽地層內且跨越軟硬區分界。

根據上述情況，建議試驗樓以⑥層粉土為淺埋基礎的主要持力層，基礎設計地基承載力取軟弱區的數值，同時采取加大基礎措施及上部結構的剛度與整體性，以降低地基不均勻沉降對工程的影響。或在軟弱區采用少量水泥土樁復合地基，以增強軟弱區的地基承載力，二者進行經濟技術方案對比后而定。對于西南角處極小部分的新近代沉積地層，可采用換填法進行處理。

對于辦公樓，以②層新近沉積粉土為淺埋基礎的主要持力層，采用CFG樁復合地基進行處理，以提高地基承載力及降低地基不均勻沉降對工程的影響。考慮辦公樓地基跨越新近代古溝槽沉積地層內軟硬區分界，建議可采用不同樁長或不同置換率進行設計，以滿足復合地基均勻性的要求。

4 結束語

工程中對新近沉積土的判定，在野外施工過程中，可依賴其現場所處地貌部位、土的外觀特征進行判定；當其野外識別特征不明顯，對其判定把握性不大時，應根據土的物理力學性質指標做出判別分析；亦可依據當地研究程度較高的、較成熟的取值標準來進行鑒別，或是按上述方法進行綜合判定。只有對擬建場地地層做出正確的認識，才能進一步對整個場地做出準確的分析、評價，才能更好地為建設工程服務。

[1] GB 50021-2001巖土工程勘察規范[S]

[2] JTS 133-1-2010港口工程地質勘察規范[S]

[3] GB 50025-2004濕陷性黃土地區建筑規范[S]

[4] 林宗元 .巖土工程勘察設計手冊[M].沈陽： 遼寧科學技術出版社,1996