深圳地區軟土的工程特性及軟基處理措施探討

蒙 韻, 周 樹

(深圳市水務規劃設計院有限公司,廣東 深圳 518008)

深圳地區軟土的工程特性及軟基處理措施探討

蒙 韻, 周 樹

(深圳市水務規劃設計院有限公司,廣東 深圳 518008)

對深圳地區軟土沉積環境及工程特征進行研究,將區域內軟土劃分為3個類型:濱海相軟土、三角洲相軟土、湖沼相軟土。對這3類軟土的物理力學特征指標的統計結果進行對比,揭示其工程特性,并探討分析各類型軟土適宜的軟基處理措施。

軟土;沉積環境;軟基處理措施

深圳市位于珠江入海口的伶仃洋東岸,具有東南高、西北低的地形,北靠山,南臨海,中間為臺地及沖洪積平原,地貌豐富多樣,微地貌單元發育明顯[1-2]。隨著近年來西部前海、寶安等區域的大量工程建設,涉及到許多的軟土問題,由于軟土具有高含水量、高孔隙比、高壓縮性、低承載力、低抗剪強度、低滲透系數等“三高三低”的特征,給工程建設帶來了很多影響[3]。通過統計研究深圳市內近年來勘察工作中涉及的軟土資料,分析區內軟土的工程特性,為軟基處理提供參考[4]。

1 深圳地區軟土分類及沉積特征

根據沉積環境,深圳地區軟土可以分為3類。

主要分布于大鵬灣、壩光等東南部沿海海灣,西海岸東寶河—大鏟灣及深圳灣濱海灘涂地帶,為近代海退所形成的淺海堆積,分布范圍廣,連續面積大。其顏色以黑色、灰黑色為主,以浮泥、流泥及淤泥為主,夾淤泥質砂粉細砂等,常含貝殼及海生物殘骸,其礦物成分主要以石英、高嶺石為主,伊利石、蒙脫石為輔。通過顯微鏡觀察,淤泥的圍觀結構有團狀結構、板狀結構、片狀結構及片堆狀結構。

海相淤泥多出露于地表,上部含水量可高達100%以上,基本呈流動狀態,自穩坡度<5°,同時具備濱海相沉積的各種特征。

(1) 水平及交錯層理發育:軟土層中發育近水平微薄層理。由于該軟土沉積于高海平面時期,頻繁的海侵與海退的交替形成一系列不完全的沉積韻律,潮汐作用致使部分地段軟土層的微層理極其發育。

(2) 千層糕構造:淤泥與砂互為薄層,形成“千層糕”[5]。

(3) 砂團構造:表現為軟土層局部夾透鏡體狀粉細砂,軟土的工程特性因砂質含量的差異而變化。

主要分布于西部沙井、福永、西鄉、南頭,中部深圳灣北岸,東部大鵬王母河口等海積沖積平原,及西部大沙河與小沙河河口突出的三角洲平原,西部分布范圍廣且連續。成分以淤泥、淤泥質土為主,普遍含少量粉細砂。其顏色一般較濱海相淺,明顯有陸相沉積的痕跡,微具層理,上部極為純凈,極少含貝殼等雜質。

海陸交互相沉積的軟土層由于地殼運動,經過海退—海進—海退的三次沉積旋回,在海相與河流相交互更迭沉積作用下,其間通常夾有一定厚度的砂層、粘性土層,在豎向分層中,呈上下兩層產出,加上現今不斷的沉積,局部地段分多層產出,成為海陸交互相軟土顯著的特征[6]。

主要分布于內陸臺前洼地、河谷沖洪積階地、臺地凹部及古沖溝中,常見于龍崗河、坪山河、茅洲河、觀瀾河、深圳河、葵涌河等河谷一帶,為山間洼地、谷地等處的河流、湖泊淤積而成。主要受控于微地貌,分布范圍一般較零星,常以透鏡體狀產出。由于沉積年代較久遠,且埋深一般較大,較濱海相及海陸交互相類軟土經過了更長時間的固結壓實作用,其結構性不明顯,水平層理不發育,粘性較好,砂感較弱。

其成分一般為含有機質黏性土或淤泥質土,灰黑色—灰色,含有機質或腐殖質,連續性不強,表層常有黏土蓋層;臺前及古沖溝內軟土一般顏色較深,含較多的有機質,物質成分復雜,形成泥炭土,具油脂光澤,含泥炭及炭化木、腐木及少量中細砂,部分地段該層分布于雜色黏土下部或夾于砂層中(圖1)。

圖1 湖沼相淤泥質土上覆粉質粘土Fig.1 Overlying silty clay of lacustrine soft soil

2 各類型軟土的工程特性

軟土的沉積環境及成因決定了其工程特性,上述三類軟土成因類型上的差別,亦反映在工程特性上。

2.1 各類型軟土物理力學特征

基于常規土工試驗、滲透試驗、現場原位測試等資料收集、統計與分析,深圳市各類型軟土的物理及力學性質成果[7]分別見表1、表2。

根據上述兩表對各類型軟土的工程特性具體介紹如下:

表1 軟土物理指標經驗值表

表2 各類型軟土力學指標經驗值表

資料來源:《深圳地質》表2-2-53深圳地區第四系黏性土層物理力學指標經驗值表及表2-2-54深圳地區第四系黏性土層靜三軸、固結、滲透試驗指標經驗值表。

具體表現在:①各類軟土隨液限增加其含水量以及孔隙比呈逐漸增大的趨勢[8];②沉積時間越久遠的土體有機質含量越高;③三類軟土透水性都較微弱,但隨沉積時代的增加其透水性越大。

2.2 各類型軟土工程特性對比分析

通過對3種不同類型軟土的物理力學特征進行對比分析,可以認識到以下一些表現:

(1) 濱海相軟土沉積時間最短,顆粒細,含水量及孔隙比最高,結構最疏松,強度最低,其物理力學性質最差,且各類指標變化范圍大,離散度大;三角洲相軟土次之,亦存在指標離散度較大的現象;湖沼相軟土的各種物理性質最為穩定,力學性質最好,但有機質含量偏高是該類型軟土的顯著特點。

(2) 濱海相軟土的分布范圍最廣,工程特性最差,為較新的海相沉積物[9],且一般厚度較大,因此對工程建設最不利,在深圳西部沿海地區應重視對該土層的地基處理;三角洲相軟土分布范圍亦較廣泛,其工程特性差,但厚度一般,在一定范圍內存在該層也會給工程建設帶來不良影響;湖沼相軟土物理力學性質較兩者好,且其分布范圍小、不連續,一般埋深較大,多呈透鏡體狀或夾層,因此對工程建設影響較小。

3 軟基處理措施及適用性探討

軟土地基處理加固方法應根據巖土條件、設計要求、施工條件、環境保護、節約資源、經濟合理等方面進行綜合比選,并借鑒已有工程經驗;條件許可時宜選擇多種方法聯合使用,綜合處理,處理后的地基承載力應通過試驗確定。

3.1 深圳地區常見的軟基處理措施

深圳地區常用的軟基處理措施有:排水固結法,強夯法,水泥攪拌樁復合地基法,換填墊層法等。

3.1.1 排水固結法

排水固結法主要用于解決飽和軟土地基的沉降和穩定問題,通過在軟土中打設豎向排水井(砂井或塑料排水板等),在附加荷載作用下,使土中的孔隙水被慢慢排出,孔隙比減小,地基發生固結變形,地基土的強度逐漸增長。由于附加外荷載的不同,排水固結法又分為堆載預壓或超載預壓、真空聯合堆載預壓以及堆載加強夯的動力排水固結法。

3.1.2 強夯法

該法是用起重設備(常用履帶式起重機)將100～400 kN重錘從高處落下,反復多次夯擊地面,將地基夯實。深圳地區除了將強夯法與預壓法結合對軟土進行動力排水固結法加固的工程實例外,還有的道路和場坪工程將塊石置換軟土采用強夯置換法加固。

3.1.3 水泥攪拌樁復合地基法

該法主要用于加固軟土,將水泥和軟土用機械強制拌合形成水泥土樁,利用水泥土樁與樁間土共同形成復合地基。該法主要用于道路路基和輕型建筑物地基。

3.1.4 換土墊層法和托換技術

主要針對埋深較淺的軟土地基進行換土墊層法;托換法則主要采用基礎加寬法、樁式托換法及綜合托換法等常用托換技術。

3.2 軟基處理措施適用性探討

(1) 深圳西部濱海灘涂的濱海相軟土地基,針對其軟土分布范圍廣、連續性強、厚度大等特點,適用的處理方法為排水固結法,除個別場地采用真空預壓外,一般大面積軟土地基均采用堆載預壓進行加固,也有個別場地可采用拋填擠淤結合強夯、攪拌樁復合地基、強夯塊石墩等方法進行加固[10]。

(2) 三角洲相軟土地基,由于其層厚不均,層位不穩定,土中砂粒含量分布不規律,一般不適用水泥攪拌樁等處理措施,同樣,排水固結法的處理效果也較差,經濟效益亦不高。較好的處理方法是換填墊層法、擠密法等。但換填法應針對軟土的埋深條件具體考慮,深度較大時,開挖難度大,同時經濟成本也增大。擠密法如拋石擠淤或砂樁等較為經濟,可以適用于部分堤防工程或道路工程。

(3) 湖沼相軟土地基,其物理力學性質相對前兩者較好,在埋深較大且厚度較薄時一般可不作處理。若厚度較大時,也可采用灌入固化法,如高壓噴射注漿法或水泥攪拌樁等,排水固結法及換填法均不實際。

4 結語

(1) 根據沉積環境及工程特性,深圳市軟土可分為三類:濱海相軟土、三角洲相軟土、湖沼相軟土。

(2) 三類不同沉積環境下的軟土,在工程特性上亦存在差異。其中,濱海相軟土沉積時間最短,其物理力學性質也最差;三角洲相軟土次之;湖沼相軟土相對來講,穩定性較好,力學性質較好,但應重視其有機質含量較高的問題。

(3) 濱海相軟土分布范圍廣、連續性強、工程特性差,對工程建設影響最不利;在一定范圍內三角洲相軟土也會給工程建設帶來不良影響;一般來講,湖沼相軟土的影響相對較小。

(4) 選擇軟基處理措施時應重視不同類型軟土的工程特性,充分考慮軟土的沉積環境和物理力學性質等因素,更好地提高地基處理的效益。

[1] 深圳市地質學會.深圳地質[M].北京:地質出版社,2009.

[2] 張文華,張鎮.淺議深圳地區軟土工程性質及其勘察要點[J].水文地質工程地質,1993(3):52-53.

[3] 張運標.深圳地區第四系主要地層特征探討[J].廣州建筑,2011(5):3-10.

[4] 深圳市勘察研究院有限公司.深圳市地基基礎勘察設計規范:SJG01—2010[S].深圳:深圳市住房和建設局,2010.

[5] 林春秀,彭功勛,鐘濤.廣州地區軟土的工程特性分析[J].工程地質學報,2016(S1):29-32.

[6] 賴玉明.珠江三角洲海陸交互相沉積軟土特性淺析[J].西部探礦工程,2006,123(7):171-172.

[7] 王啟國,楊漢良.番禹地區軟土特征及對堤防工程的影響[J].資源環境與工程,2010,24(5):579-586.

[8] 趙有明,江輝煌,張惠明.深圳地區軟粘土變形參數研究[J].中國鐵道科學,2004,25(3):40-43.

[9] 駱以道,楊光華.深圳西部濱海海積軟土工程特性及統計分析[J].土木工程于管理學報,2012,29(2):79-86.

[10] 張運標.深圳地區常見的工程地質問題和工程實例[J].廣州建筑,2009,37(5):50-56.

(責任編輯：陳姣霞)

Discussion on the Engineering Properties of Soft Soil andTreatment Measures for Soft Foundation in Shenzhen

MENG Yun, ZHOU Shu

(ShenzhenWaterPlanningandDesignInstituteCo.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong518008)

After research on depositional environment for soft soil in Shenzhen and its engineering characteristics,this paper divides the soft soil in the region into three types:marine soft soil,delta soft soil,lacustrine soft soil. Through the contrast of statistical results for physical and mechanical properties of these three types of soft soil,this paper reveals their engineering characteristics,analyzes and discusses the suitable treatment measures for soft foundation with various types.

soft soil; depositional environment; soft ground treatment measures

2016-04-22;改回日期:2016-05-19

蒙韻(1990-),男,助理工程師,勘察技術與工程專業,從事水利、市政工程地質勘察工作。E-mail:522256678@qq.com

TU447

A

1671-1211(2016)03-0450-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.047

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.036.html 數字出版日期:2016-05-05 15:31