云南山間盆地軟土成因及其工程特性

李興慶，李桂林，周　葒，劉人瑜

（1.云南省交通規劃設計研究院,云南昆明650011；2.云南省楚雄州楚南一級公路建設工程指揮部，云南楚雄675000；3.同濟大學地下建筑與工程系，上海200092）

云南山間盆地軟土成因及其工程特性

李興慶*1，李桂林2，周葒2，劉人瑜3*

（1.云南省交通規劃設計研究院,云南昆明650011；
2.云南省楚雄州楚南一級公路建設工程指揮部，云南楚雄675000；3.同濟大學地下建筑與工程系，上海200092）

云南地區山間盆地軟土發育種類多，工程特性復雜。通過收集云南省內交通工程軟基勘察資料，歸納了云南山間盆地軟土在區域構造、地形地貌、水文地質條件、軟土分布等方面的特點，并對山間盆地軟土的形成機理進行探討，獲得了云南地區軟土在空間分布、物理力學性質的認識。分析了進行交通工程建設可能面臨的工程地質問題，為云南山間盆地軟土地基處理方案的選擇提供參考。

山間盆地；軟土成因類型；軟土形成機理；工程特性

我國幅員遼闊，各地區軟土因其形成環境、年代、地質等條件的不同，表現出不同的特性。由于云南地區復雜的地質條件，不良地質和特殊巖土發育，其中軟土是發育范圍最廣的一種特殊土。云南地區的軟土多分布在山間溝谷中，其在成因上與我國東南部沿海地區濱海相或瀉湖相沉積的軟土不同。由于不同成因類型、有機質含量不同的軟土，其工程性質存在很大差別，地區性軟土特征的研究對工程建設來說至關重要。已有許多學者對地區性軟土進行了研究，符必昌等［1］曾對昆明盆地軟土成因進行了分析，并在此基礎上對軟土進行了工程分類；Zhu［2］等曾對溫州海相軟土的物理力學性質參數進行了統計和回歸分析；Jiang［3］建立了長江下游軟土物理力學參數之間的相關方程；金建榮［4］對我國華南地區山間谷地軟土的特性進行了總結；楊文輝等［5］將大麗鐵路沿線軟土的成因劃分為湖積、沖洪積、坡洪積、坡殘積軟土類型。這些成果對相應地區的工程建設具有借鑒意義。

云南山區軟土分布零星，不同山間谷地軟土性質差異較大，甚至同一谷地內發育的軟土在不同位置也存在性質上的差異，這給工程建設帶來很大困難。崔溦［6］將山間谷地軟基處理面臨的困難歸納為：巖土性質復雜，地形地貌多變，常見不良地質現象和施工環境復雜等。

由于山間谷地軟土的分布規律和工程特性研究程度較淺，這類軟基的工程處理經驗不足。如按一般軟土地基進行地基處理，往往難以達到預期的加固效果。因此，有必要對云南山間谷地軟土的成因類型、分布特征及工程性質進行梳理和歸納，為本地區軟基處理技術方案的適用性分析和地基加固方案的選擇提供支撐。

1　云南山間盆地軟土的沉積環境及成因

1.1山間盆地典型軟土的沉積環境

一般來講，山間谷地軟土發育特點是分布面積不大，但在云南省也存在幾個軟土分布較為集中的區域，如昆明、大理和騰沖等地區山間盆地發育的軟土，其在地質環境條件、軟土成因等方面具有代表性。根據滇池環湖南路、大理至麗江高速公路、保山至騰沖高速公路的軟土地基勘察資料，歸納軟土的沉積環境及特點見表1。

1.2軟土形成條件及影響因素

（1）氣候環境和水文地質條件。云南跨熱帶、亞熱帶和溫帶，氣候地處云貴高原，受東亞季風和南亞季風的交叉影響，降水豐沛，地表水和地下水豐富。軟土分布區的工程資料顯示，這些區域降雨量大，地下水埋藏豐富，是形成軟土的外因。

（2）地形地貌因素。云南省內大理、麗江、鶴慶、劍川、保山、騰沖乃至昆明等地區的斷陷盆地及邊緣均分布著深厚軟土。從地貌類型上，依次為高原山地、山前平原、山間洼地及盆地周邊緩坡等地帶，是第四系各種成因松散物質堆積的有利場所，為沖湖積和沖洪積的軟土形成創造了地形地勢上的條件。

（3）新構造運動影響。云南軟土地區集中在西北部地區及中部地區。西北地區大部分位于青、藏、滇、緬巨形“歹”字型構造西支中段與經向構造體系的復合部位。喜馬拉雅山運動以來，由于印度板塊與歐亞板塊相碰撞縫合帶附近，發育深大活動斷裂，地殼升降幅度大，山高坡陡，地形地質條件十分復雜［7］。中部地區主要是指昆明周邊地區，位于揚子準地臺西部川滇臺背斜與滇東臺褶皺帶的交匯部位。在大地構造背景下，新構造運動強烈，形成復雜的區域地質構造。新構造運動控制著各盆地的相對上升和下降，致使各盆地反復地擴大或縮小，這些斷陷盆地為軟土發育提供了堆積的場所。從這種意義上來說，云南地區的區域構造特征是山區軟土形成的根本原因。

1.3云南山間盆地軟土成因類型

（1）沖洪積、沖湖積軟土。此類軟土屬于云南地區山間盆地軟土中最普遍出現的。由于存在山區軟土形成的地形地貌條件，地表有機物質和軟巖風化物經過流水搬運，沉積在地勢較低處，加上云南地區水系流域眾多，就在此形成各種洼地。洼地處植被豐富的沉積層經過了長時間的飽水軟化和微生物的分解作用而形成軟土［8］。此類成因的軟土，類型一般以淤泥、淤泥質土為主。

（2）湖相、湖沼相軟土。昆明滇池斷陷盆地和洱海斷陷盆地分布有此類型軟土。由于新構造運動，云南地區大大小小的斷陷盆地開始形成并接受湖相沉積，湖水淹沒了植被發育的地段后發生沼澤化，當地水域流動受阻形成相對封閉的水域，形成規模較大的沼澤。大量水生、濕生植物的根、莖、葉等經過一系列復雜的生物化學過程，最終形成泥炭、泥炭質土［9］。

（3）坡殘積軟土。坡殘積、坡洪積軟土分布地區一般會有容易泡水軟化的軟巖分布。毛斌［10］把這種類型的軟土稱作“斜坡軟土”，卿三惠等［11］稱“坡麓相斜坡軟土”。分布這種類型軟土的地段一般上部或下部是一個透水帶，相鄰巖層是不透水的炭質頁巖、泥質頁巖、泥巖、泥灰巖等軟巖。不透水巖層與透水巖層互層，地表水或者地下水流經不透水巖層時滯留，長時間浸泡軟化軟巖，使其物理力學性質指標接近于軟土。若地表水或地下水豐富，多余的水穿過透水帶繼續浸泡下層軟巖形成軟土。

表1　山間盆地典型軟土的沉積環境

2　云南山間盆地軟土的特征及工程特性

云南山間盆地軟土幾乎都分布在水系豐富的盆地內或盆地邊緣。顯然，其沉積方式也不同于沿海和一般平原地區的軟土。選取云南地區具有代表性的工程勘察資料，總結各軟土層的空間分布、物理力學性質方面和工程特性。

2.1軟土的空間分布特征

云南地區山間盆地軟土成因大致能歸為3類：沖洪積或沖湖積軟土、湖相軟土、坡殘積或坡洪積軟土。按其成因方面的不同特點，在空間分布上也各自有一定規律。

沖洪積、沖湖積軟土一般會形成1～2層軟土。這是因為溝谷處的沉積層形成軟土后，后期周圍山體風化崩塌，會覆蓋先期形成的軟土層，山間洼地地形地貌逐漸變化，形成了新的排水路徑，軟土上層的沉積物逐漸風化沉積，形成表層硬殼層。當周圍山體再次風化崩塌，阻礙排水路徑時，又開始出現洼地，繼而逐漸形成上層軟土。因此“軟土—硬殼層—軟土”結構的豎向分布在此類成因的軟基中很常見。湖相、湖沼相成因的軟土一般分布面積大，縱向土層軟硬相間、含水層與隔水層互層、高壓縮性土與低壓縮性土交錯［12］。坡殘積相的軟土分布面積小，沿巖層方向發育，呈透鏡狀或雞窩狀。

2.2軟土的物理力學特性

對收集的工程勘察資料進行整理，將云南幾個山間盆地軟土的物理性質和力學性質參數匯總成表2和表3，軟土物理力學性質參數顯示出了其鮮明的特點。

2.3軟土的工程特性

表2　軟土物理性質參數表

表3　軟土力學性質參數表

云南山間盆地軟土成因類型多樣，導致其成分復雜，同一地區物理力學性質存在較大差異。通過收集云南地區高速公路軟土地基勘察資料，并結合地基處理過程發現的一些問題，山間盆地軟土的特點歸納如下：

（1）均勻性差。云南山間盆地因其沉積環境復雜，軟粘性土、有機質土、淤泥質土、泥炭質土的均勻性很差。軟土成因以沖洪積或沖湖積為主，其次是湖積，小部分是殘坡積或坡洪積。由于成因類型不同，導致同一地區軟土性質隨空間分布差別很大。

（2）壓縮性高。表3中的各類軟土壓縮系數為0.7～7.9MPa-1，壓縮模量為1.2～3.5MPa，壓縮系數均大于0.5MPa-1，屬于高壓縮性土。其中泥炭質土的壓縮系數整體要比其他土類大。

（3）固結系數小。軟土豎直向的固結系數為（0.3～1.1）×10-3cm2/s，小于一般濱海相或湖相軟土固結系數2.19×10-3cm2/s［13］。固結過程很緩慢，在荷載作用下完成固結沉降需要的時間長。

（4）強度低。軟土的快剪強度指標cq一般為1.9～12.8kPa，φq一般為2.3°～7.9°，標貫試驗擊數為3～7，比貫入阻力PS為310～570kPa。承載力標準值為40～80kPa。由此可知，云南山間谷地軟土抗剪強度低。

3　軟土地基的工程地質問題

基于對云南山間盆地軟土發育特征及其工程特性的認識，結合工程實踐經驗，可歸納軟土地基的主要工程地質問題：

（1）山間盆地軟土空間發育不均勻，特別是盆地邊沿或一些山間谷地，軟土厚度差異較大，在進行工程建設時將面臨軟土地基沉降不均勻問題。

（2）在特殊的地理環境中，一般山間盆地軟土地基發育厚度有限，有時直接覆蓋在基巖之上，當基巖面傾斜時，軟土地基存在沿軟土與基巖接觸面整體失穩的風險。

（3）山間盆地軟土不僅強度底，而且其特性隨季節、降水變化大。如工程排水設計不當，在雨季易因地表水匯集，浸泡軟土地基，進一步降低軟土地基承載力。

（4）與一般軟土地基類似，山間谷地軟土的孔隙比大，壓縮性大，固結系數小，軟土地基在建構筑物荷載作用下沉降變形大，且持續時間長。

針對云南山間盆地軟土的工程地質問題，在進行工程建設時，不僅要吸收一般軟土地基上的工程經驗，而且應在工程地質勘察和地基處置上更要有針對性。一方面通過勘測工作，查明軟土空間分布特征和基本物理力學性質，另一方面要選擇適合具體工程的軟基處理技術方案，確保地基的整體穩定性和工后沉降均勻性。

4　結論

通過整理分析云南地區山間盆地軟土地基的勘察資料，對軟土的形成環境進行了歸納，總結了軟土的物理力學性質和工程特性，提出了軟基可能存在的工程地質問題。結論如下：

（1）云南地區山間谷地軟土的形成與區內充沛的降雨、地表豐富的水系有關；云南地區區域地質構造復雜，新構造運動是軟土形成的地質背景。云南地區規模大小不一的盆地很多，是這軟土形成的地勢和場地條件。

（2）云南地區因其復雜的地質條件和地形地貌，軟土成因復雜。主要成因類型有沖洪積相軟土或沖湖積相軟土、湖相沉積軟土、坡洪積相或坡殘積相軟土。

（3）云南地區軟土，根據不同成因類型，在空間分布上各有特色。不同成因類型軟土具有空間分布不均勻的共同點。在物理力學性質上，同常規軟土一樣具有含水量大、孔隙比大、壓縮性高、強度低的特點，同時固結系數小，軟土性質隨空間變化大。

（4）在山間盆地進行工程建設面臨的工程地質問題，除了一般軟土地區共有的地基沉降大和穩定差外，由于其空間發育不均和基巖埋藏淺，還存在地基沉降不均勻和沿基巖面破壞的整體穩定性問題。

［1］符必昌，黃英，李琴書，付君蕖.昆明盆地淺層軟土成因及工程地質分類研究［J］.昆明理工大學學報，2000，25（5）：22-26.

［2］ ZhuWeidong,WangWenshuang,ZhangYingyin,ZhangXiaoyue. Numerical Analysis on Engineering Characteristics of Coastal Soft Soil in the Area of Ancient Seawall in Wenzhou Based on Soil Test［C］.Sixth International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation,2014.

［3］JiangJianping.Physical and Mechanical Characteristics of Soft Soil in Lower Reaches of Yangtze River［C］.Second International Conference on Digital Manufacturing&Automation,2011.

［4］金建榮.華南山間谷地型軟土的特性及處理方法［J］.廣西地質，2001，14（4）：71-7.

［5］楊文輝，蔣良文，楊英，劉偉，和佳良.大理至麗江鐵路軟土特性及軟基處理措施［J］.華北水利水電學院學報，2013，34 （5）：77-80.

［6］崔溦.山區高速公路溝谷軟基處理技術研究［D］.天津大學，2005.

［7］楊英，楊文輝.滇西北地區斷陷盆地軟土特征及選線原則［J］.鐵道工程學報，2013，8（179）：31-36.

［8］鄭乃濤.高速公路溝谷型軟基路堤穩定性研究［D］.長安大學，2009.

［9］熊恩來.云南泥炭、泥炭質土的力學特性及本構模型研究［D］.昆明理工大學，2005.

［10］毛斌.內昆鐵路斜坡軟土段地質成因分析及工程實踐［J］.鐵道建筑，2005（10）：26-28.

［11］卿三惠，黃潤秋.西南煤系地層軟巖地區坡麓相斜坡軟土特性研究［J］.水文地質工程地質，2005（2）：53-57.

［12］何天牛.軟土成因分析與高速公路軟基路堤設計［J］.國外公路，1999,19（4）：35-39.

［13］辛偉.杭州灣跨海大橋南岸接線軟土特性分析［J］.北方交通，2012（2）：85-87.

TU447

A

1004-5716（2016）01-0005-04

2015-01-17

李興慶（1974-），男（漢族），陜西安康人，高級工程師，現從事巖土工程技術工作。