佛山軟土層的工程地質特性及其地基處理方法研究

陳澤萍 肖榮軍

摘要：對佛山地區軟土成因及分布進行分析，采用隨機取樣的方式在佛山市五區范圍內抽取49個工程共412件軟土樣品，結合數值分析方法對樣品的物理力學特性進行統計，同時與其他成因軟土層進行對比分析最后得出佛山地區軟土層的工程地質特性，針對該區軟土層的特性提出軟土地基的處理方法及建議。

關鍵詞：佛山；軟土層；工程地質特性；軟基處理

引言

佛山位于西江和北江沖積而成的大三角洲上，該地區軟土較發育，軟土因成因的多樣性，其工程地質性質既有共性亦有個性，加強佛山地區軟土層的研究，將其與其他地區軟土層進行比較對工程建設有一定積極作用。

1. 軟土成因及分布

軟土一般是指天然含水量大，有機質含量多，壓縮性高，孔隙比大，滲透性差，承載能力低的一種軟塑到流塑狀態的粘性土。如淤泥、淤泥質土、泥炭以及其他高壓縮性飽和粘性土。它是在靜水或緩慢水流環境下，經生物化學作用形成的以細粒土為主的近代沉積物。按軟土的形成環境，我國軟土的成因類型分為濱海平原地區的濱海相、瀉湖相、溺谷相、三角洲相，湖積平原的湖相，河流沖積平原的河漫灘相、牛軛湖相，山間谷地的谷地相以及泥炭沼澤地的沼澤相。[1]軟土因其沉積環境的不同，具有不同的特性。佛山地區軟土主要為淤泥、淤泥質土兩類。

佛山市位于珠江三角洲的西北部，珠江三角洲是由兩個三角洲合成的復合三角洲，廣州位于東江沖積而成的小三角洲上，佛山位于西江和北江沖積而成的大三角洲上。珠江三角洲上島丘眾多，地形復雜。佛山市地貌類型包括殘丘、紅巖臺地，集中張搓、弼塘、石灣、瀾石一帶，大致沿西北一東南方向伸展，海拔20米～30米。西部大富村附近為平原的二級階地，高程2米左右。其余為現代河漫灘一級階地。佛山市地勢大致自西北向東南傾斜，佛山市平原地區為第四系松散沉積物覆蓋，厚度二十米左右。從佛山市區向東和向西，因受蟠崗山體和西部紅巖臺地的影響，厚度明顯減薄。從石灣往西，南海區境內有一大于四十米的沉積中心。據有關資料表明，西、北江三角洲第四系厚度為25.6m，東江三角洲僅為18.88m。[2]二級階地為四紀上更新世河湖相沉積物，一級階地為第四紀全新世沖積物，其中，分布較廣的為全新世桂洲組（Qhg），佛山的軟土大多存在于該組地層中，屬于較為典型的三角洲相軟土。其沉積相如圖1所示.

較其他沉積相而言，三角洲相軟土具有分選性差，結構疏松、多交錯層理，多粉砂薄層等特點。

為了具體研究佛山地區軟土層的工程地質特性，在佛山市五區范圍內隨機抽取65個工程地下土層進行研究工程地質，其中含軟土層的工程有49個，占總數的75.38%。49個工程共取軟土樣412件，其中淤泥樣173件，淤泥質土樣229件。對取樣深度范圍內的淤泥、淤泥質土進行統計分析可得樣品數量隨深度變化曲線圖（圖2）：

據分析可知，佛山地區軟土分布較廣，淤泥大多分布在5m～10m范圍內，淤泥質土分布于10m～15m間。但局部地區亦揭露厚層淤泥、淤泥質土層，如三水區水都國際飲料園區內揭露淤泥、淤泥質土層厚度達25m。

2. 工程地質特性

對412件樣品進行分類統計，同時對部分樣品進行數值分析。據統計結果可得佛山地區軟土層的工程地質特性如下：

2.1 天然含水量大

軟土的天然含水量一般大于液限，呈軟塑或半流塑狀態。液限一般在45%～60%，天然含水量大于35%，飽和度大于95%。佛山淤泥層天然含水率為49.0%～89.8%，平均值為69.9%，液限為29.4%～58.7%，平均值為41.2%.淤泥質土天然含水量為35.0%～60.1%，平均值為43.7%，液限為23.0%～50.0%，平均值為33.7%；淤泥飽和度93.7%，淤泥質土飽和度95.4%。由統計結果可知，佛山地區液限較低。

2.2 孔隙比大

軟土的孔隙比大于1.0，一般介于1～2之間，最大可超過2，山區的軟土可能還要大些。[3]佛山地區淤泥孔隙比為1.0～3.1，平均值為2.0；淤泥質土孔隙比為1.0～1.5，平均值為1.2.

對佛山地區軟土天然含水率及孔隙比進行線性回歸分析，淤泥、淤泥質土天然含水率W及孔隙比e存在較好的相關性。相關關系表示如下：

通過對佛山地區淤泥、淤泥質土孔隙比e、含水率W進行統計分析，該區e、W存在線性關系，其線性關系式淤泥為e=0.02058W1.074，相關系數r為0.9121，淤泥質土為e=0.038W0.9165，相關系數r為0.8657，擬合精確度均比較高。

2.3 透水性能低

軟土的透水性能很低，滲透系數一般為10-6cm/s～10-8cm/s，垂直方向的滲透系數通常比平行土層方向的滲透系數要小一些。對地基排水固結不利，常使建筑物沉降延續時間加長；同時，在加載初期，地基土中常出現較高的孔隙水壓力，影響地基的強度。佛山地區淤泥、淤泥質土滲透系數一般為10-6cm/s。

2.4 壓縮性高

軟土屬高壓縮性土，壓縮系數a0.1-0.2一般大于0.5MPa-1，且其壓縮變形大部分發生在垂直壓力為0.1MPa左右時。[4]佛山地區淤泥壓縮系數為0.7MPa-1～4.8MPa-1，平均值為1.7MPa-1，佛山地區淤泥質土壓縮系數為0.5MPa-1～1.7MPa-1，平均值為0.8MPa-1。高壓縮性土對工程的直接影響是建筑地基沉降量大。

2.5 具觸變性

土經擾動由可塑狀態轉變為流動（流塑）狀態的特性稱為觸變性。軟土一經擾動，其強度將被削弱、降低（但在靜置一段時間后，土粒與水分子等重新排列，恢復絮凝結構，強度又可得到恢復）。

2.6 具流變性（蠕變性）

軟土在荷載持續作用下，壓縮變形有隨時間延長而增長的特性叫流變性。一般流變速度很小，每年只移動幾厘米，但持續時間很長，有的持續達數十年。在剪切力作用下，土體長期出現緩慢的剪切變形，這對建筑物地基的沉降有較大影響，對于斜坡、堤岸、碼頭等穩定性不利。

2.7 具不均勻性

由于沉積環境的變化，軟土層中常局部夾有厚薄不等的粘土層，使平面和垂直方向上都具明顯差異，作為建筑物地基極易產生差異沉降。由于沉積環境的變化，土質均勻性差。佛山軟土為三角洲相夾有粉土或者粉砂夾層，具有明顯的微層理構造，水平向滲透性常好于垂直向滲透性。

2.8 抗剪強度低

一般軟土不排水剪切時，φ=0，c一般小于20kPa，排水固結條件下，φ=10°～15°，c=20kPa左右。[5]佛山地區淤泥不排水剪切時φ=1°～12.7°平均值為5.3°，c=1.0～12.2kPa，平均值為5.1kPa；淤泥質土不排水剪切時φ=1°～13.7°平均值為6.1°，c=1.1kPa～15.0kPa，平均值為5.6kPa.佛山地區軟土抗剪強度很低，當然抗剪強度的大小與施加荷載的速度和排水固結條件有關。

為了研究佛山地區軟土層物理力學特性，將溫州、寧波等全國十幾個地區不同成因軟土層的物理力學指標[1]與三角洲相的佛山地區軟土層的物理力學指標進行比較，結果如表1所示。

由統計結果可知，對于佛山地區而言，同種類型的軟土，液限、摩擦角、凝聚力均隨深度增加而增大；而部分物理力學指標則因淤泥、淤泥質土本身及淤泥淤泥質土之間隨著深度的增加具有較為明顯的差異。其中同一深度范圍內淤泥的含水率、孔隙比、塑性指數、液性指數、壓縮系數均較淤泥質土高，而同一軟土類型，隨著深度的增加含水率、孔隙比、塑性指數、液性指數、壓縮系數呈降低趨勢。較其他地區而言，佛山地區軟土于廣州地區軟土物理力學指標更相近，佛山地區液性指數Ip值明顯較其他地區大。

3. 軟土地基處理方法

淤泥、淤泥質土在工程建設中均屬特殊性土，均勻性差，力學性質差，屬特殊性巖土，對地基的穩定性有一定的影響。淤泥、淤泥質土不宜作天然地基，因為它會產生不均勻沉降，使建筑物產生裂縫、傾斜、影響正常使用。在淤泥、淤泥質土上進行建筑時必須采取人工加固措施。佛山地區較常用的地基處理為置換及拌入法、加筋法，或者以上方法混合使用等。其中，置換及拌入法包括墊層法、開挖置換法、深層攪拌法、褥墊法；加筋法是通過在土層中埋設強度較大的土工聚合物、拉筋、受力桿件等達到提高地基承載力，減小沉降，或維持建筑物穩定的地基處理方法稱為加筋法，包括松木樁法。[7]

（1）墊層法：在天然地層上鋪設墊層，作為人工填筑的持力層。同時將結構物基底壓力擴散到下臥天然地層中，使其應力減少到下臥層的許可承載力范圍以內，從而滿足地基穩走性的要求，同時由于墊層材料的壓縮性低于天然的軟粘土層，采用墊層法也可減少地基的沉降量。墊層材料可分柔性材料和剛性材料。柔性材料包括砂土、碎石、石渣、煤灰、礦渣、粘性土等，剛性材料包括木材墊層，金屬墊層，合成樹脂墊層等。砂、礫、碎石或石渣等無粘性土是最常采用的墊層材料，因為這類土的強度大，壓縮性小，透水性良好，比較容易使之密實，且在不少地區料源豐富，價格便宜。適用范圍：淺層地基處理。

（2）開挖置換法：開挖置換法就是將基底下一定深度的軟弱土層挖除（如軟弱土層較薄，可將其全部挖除）然后回填較好的土石料，例如砂土、碎石、石渣等，分層夯實作為持力層，達到地基處理的目的。上述兩法的差別在于：墊層法一般系指不開挖而做成的墊層，而開挖置換法系指先開挖然后回填并夯實。適用范圍：淺層地基處理。

（3）深層攪拌法：深層攪拌法是用于加固飽和軟粘土地基的一種新技術。它是利用水泥、石灰或其他材料作為固化劑的主劑，通過特別的深層攪拌機械，在地基深處就將軟土和固化劑（水泥或石灰的漿液或粉體）強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理—化學反應，形成堅硬拌和柱體，與原地層共同起復合地基的作用。高壓噴射注漿法和深層攪拌法的差別在于采用不同的加料拌和手段。適用范圍：軟弱粘性土。

（4）褥墊法：在壓縮性較低的地基上（如巖基、孤石）上加褥墊，使它與壓縮性較高的地基相適應，調整巖土交界處的相對變形，避免由于該處應力集中而使結構物破壞。適用范圍：地基軟土層深淺不一，易于發生不均勻沉降的地層。

（5）松木樁法：在地基中沿不同方向，打入松木樁，可以是豎直樁，也可以是斜樁，形成如樹根狀的群樁，以支撐結構物，或用以擋土，乃至可作為穩定土坡的一種措施。適用范圍：軟弱粘性土、雜填土。

4. 結論

（1）佛山地區軟土為典型的三角洲相軟土，除了具有天然含水量大、孔隙比大、壓縮系數高、強度低，并具有蠕變性、觸變性等一般軟土的工程地質性質外由于沉積環境的變化，軟土層中常局部夾有厚薄不等的粘土層，使平面和垂直方向上都具明顯差異，作為建筑物地基極易產生差異沉降。由于沉積環境的變化，土質均勻性差。佛山軟土為三角洲相夾有粉土或者粉砂夾層，具有明顯的微層理構造，水平向滲透性常好于垂直向滲透性。

（2）對于佛山地區而言，同種類型的軟土，液限、摩察角、凝聚力均隨深度增加而增大；而部分物理力學指標則因淤泥、淤泥質土本身及淤泥淤泥質土之間隨著深度的增加具有較為明顯的差異。其中同一深度范圍內淤泥的含水率、孔隙比、塑性指數、液性指數、壓縮系數均較淤泥質土高，而同一軟土類型，隨著深度的增加含水率、孔隙比、塑性指數、液性指數、壓縮系數呈降低趨勢。較其他地區而言，佛山地區軟土于廣州地區軟土物理力學指標更相近，佛山地區液性指數Ip值明顯較其他地區大。

（3）佛山地區軟土天然含水率及孔隙比進行線性回歸分析，淤泥、淤泥質土天然含水率W及孔隙比e存在相關性。淤泥，e=0.02058W1.074，相關系數0.9121；淤泥質土，e=0.038W0.9165，相關系數0.8657。淤泥較淤泥質土而言相關系數更高?？紫侗萫壓縮系數av相關系數為0.4393～0.6639，存在弱相關性；含水率W、壓縮系數av存在弱相關性，相關性系數為0.3736～0.4626。

（4）淤泥、淤泥質土在工程建設中均屬特殊性土，在地基處理過程中應充分考慮該地區軟土層和其他地區軟土層的共性適當借鑒其他地區軟土地基處理方法的同時也要充分考慮該地區軟土的特性，因地制宜地優化地基處理方案，選擇技術可行、效果可靠、工期較短、經濟合理的施工方案。

參考文獻：

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