天津臨港工業(yè)區(qū)地基土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分析研究

黃艷萍 李亞飛

(天津市地質(zhì)工程勘察院，天津 300000)

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天津臨港工業(yè)區(qū)地基土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分析研究

黃艷萍 李亞飛

(天津市地質(zhì)工程勘察院，天津 300000)

介紹了天津臨港工業(yè)區(qū)的工程地質(zhì)條件，對(duì)該區(qū)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中最常采用的快剪和固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并查明該工業(yè)區(qū)不同土層直剪試驗(yàn)指標(biāo)區(qū)域分布規(guī)律和特點(diǎn)，以指導(dǎo)該區(qū)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)工作，為其提供科學(xué)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)依據(jù)，從而保證基坑工程的經(jīng)濟(jì)安全。

工業(yè)區(qū)，地基土，抗剪強(qiáng)度，基坑支護(hù)

0 引言

天津臨港工業(yè)區(qū)是國(guó)家發(fā)改委規(guī)劃的國(guó)家級(jí)石化基地，是天津市及天津?yàn)I海新區(qū)“十一五天津臨港工業(yè)區(qū)”規(guī)劃重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域之一，是天津?yàn)I海新區(qū)化學(xué)工業(yè)區(qū)、臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)的核心組成部分。臨港工業(yè)區(qū)總規(guī)劃面積約80 km2，圍海造地18 km2。其發(fā)展目標(biāo)是建設(shè)國(guó)家重要的化工基地、造修船基地、裝備制造業(yè)基地，最終發(fā)展成為海上工業(yè)新城。

因此工業(yè)區(qū)建筑基坑開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定性分析和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等工作的重要性越來(lái)越明顯。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)便是土壓力的計(jì)算，其中土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選取至關(guān)重要，直接關(guān)系到基坑工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。本文重點(diǎn)對(duì)臨港工業(yè)區(qū)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“工作區(qū)”)30 m以淺地基土基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析研究。

1 工作區(qū)的工程地質(zhì)條件

1.1 工作區(qū)地基土層序劃分

工作區(qū)30 m以淺地基土主要由第四系全新統(tǒng)(Q4)和上更新統(tǒng)(Q3)組成，屬海陸交互沉積，巖性包括填土、淤泥、粘性土和砂性土。依據(jù)DB/T 29—191—2009天津市地基土層序劃分技術(shù)規(guī)程，綜合考慮地層沉積環(huán)境特征及其物理力學(xué)性質(zhì),對(duì)工作區(qū)地基土進(jìn)行了統(tǒng)一的土性排序和編碼,具體見(jiàn)表1。

1.2 工作區(qū)工程地質(zhì)特征

該區(qū)位于塘沽海河入海口南側(cè)灘涂區(qū)，東臨渤海，規(guī)劃面積約80.0 km2。第四紀(jì)地貌以海積為主，30.0 m以淺地層巖性主要為人工填土、粘性土、淤泥和粉(砂)土，各土層性質(zhì)簡(jiǎn)述如下：

①2素填土：主要分布在該區(qū)北部，顏色一般呈灰黃色，軟塑～可塑狀態(tài)，土質(zhì)較均，結(jié)構(gòu)松散，屬中～高壓縮性土，局部夾碎石及少量植物根系。層厚一般0.5 m～3.0 m。

①4沖填土：灰色，以粘性土為主，軟塑～可塑狀態(tài)，土質(zhì)較均，屬中～高壓縮性土，含大量有機(jī)質(zhì)斑點(diǎn)。頂板埋深0.0 m～3.0 m，層厚一般1.5 m～5.0 m。

表1 地層代號(hào)對(duì)照表

⑥1-1淤泥：黃灰色，流塑狀態(tài)，夾少量粉質(zhì)粘土薄層，含有機(jī)質(zhì)，土質(zhì)均勻，局部見(jiàn)毛蚶，屬高壓縮性土。頂板埋深2.0 m～6.0 m，層厚一般1.5 m～8.0 m。

⑥1-4粉質(zhì)粘土：黃灰色，軟塑狀態(tài)，粉粒含量高，含有機(jī)質(zhì)，土質(zhì)不均，屬中～高壓縮性土。頂板埋深2.5 m～8.0 m，層厚一般0.5 m～3.0 m。

⑥2-2粘土：黃灰色，軟塑狀態(tài)，夾少量粉砂斑團(tuán)，含有機(jī)質(zhì)，土質(zhì)較均，屬中～高壓縮性土。頂板埋深7.0 m～12.0 m，層厚一般1.5 m～5.0 m。

⑥2-3粉質(zhì)粘土：褐灰色，軟塑狀態(tài)，粉粒含量高，土質(zhì)不均，屬中～高壓縮性土。頂板埋深8.5 m～13.5 m，層厚一般1.0 m～5.0 m。

⑥3-3粉土：灰色，濕，稍密狀態(tài)，標(biāo)貫擊數(shù)N=8.0～12.0，含大量貝殼碎片，土質(zhì)較均，屬中等壓縮性土。頂板埋深12.0 m～18.0 m，層厚一般2.0 m～6.0 m。

⑦2粉質(zhì)粘土：淺灰白色，可塑狀態(tài)，局部含有機(jī)質(zhì)，見(jiàn)豆螺殼體，土質(zhì)較均，屬中等壓縮性土。頂板埋深15.0 m～20.0 m，層厚一般0.5 m～3.0 m。

⑧3粉土：灰白色，濕，密實(shí)狀態(tài)，標(biāo)貫擊數(shù)N=20.0～35.0，土質(zhì)均勻，局部夾粉砂，屬中～低壓縮性土。頂板埋深18.0 m～22.0 m，層厚一般1.5 m～6.5 m。

⑨1-2粉質(zhì)粘土：黃褐色，軟塑～可塑狀態(tài)，含少量氧化鐵斑，土質(zhì)較均，屬中等壓縮性土。頂板埋深19.0 m～27.0 m，層厚一般1.0 m～4.0 m。

⑨2-4粉砂：綠灰色，飽和，中密～密實(shí)狀態(tài)，標(biāo)貫擊數(shù)N=20.0～50.0，成分以石英、長(zhǎng)石為主，土質(zhì)均勻，屬中～低壓縮性土。頂板埋深23.0 m～28.0 m。

2 工作區(qū)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析

在匯總分析大量巖土工程資料基礎(chǔ)上，對(duì)工作區(qū)地基土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行了歸納統(tǒng)計(jì)，為了避免由于試驗(yàn)或人為因素造成試驗(yàn)指標(biāo)誤差過(guò)大，綜合考慮數(shù)據(jù)的離散程度和已有的工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)子樣進(jìn)行了相應(yīng)的取舍，分別提供了最大值、最小值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)值，形成了工作區(qū)30.0 m以淺各土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表，詳見(jiàn)表2。

由表2可以看出，該區(qū)淺部填土及第一海相沉積土層內(nèi)摩擦角值普遍偏小，φq平均值一般在5.0°左右，φc值在7.0°左右；第二、三陸相層粉質(zhì)粘土φq值在15.0°～25.0°左右，φc平均值一般在17.0°～30.0°左右；飽和粉(砂)土內(nèi)摩擦角值變化不大，φ平均值一般在27.0°～33.0°之間。大部分土層粘聚力值隨深度變化不大，C平均值在15.0 kPa～20.0 kPa左右，其中沖填土和第一海相層淤泥質(zhì)土粘聚力值較小，C平均值一般小于10.0 kPa。

綜上所述，同時(shí)結(jié)合本區(qū)工程建設(shè)特點(diǎn)，確定該區(qū)對(duì)基坑穩(wěn)定性易產(chǎn)生不利影響的軟弱土層主要包括淺部的沖填土和第一海相層淤泥。兩種巖性土層基本呈流塑狀態(tài)，壓縮性高，厚度一般在2.0 m～3.0 m，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)φq和φc值一般在5.0°左右，Cq值一般在8.0 kPa左右，Cc在10.0 kPa左右。

3 不同巖性土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)特征及選取方法

1)填土。

本工作區(qū)上部填土主要為素填土和沖填土，素填土受填墊土料和堆填方式等因素的影響，該層土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)差異較大；沖填土力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差，且厚度較大，主要由沿海灘涂開(kāi)發(fā)及河漫灘造地形成，天然含水量較高，一般大于液限，多呈流塑狀態(tài)，屬高壓縮性土，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)較低，在基坑工程中須給予足夠的重視。本文提供的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)未考慮填墊年限和堆填方式等因素，在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)進(jìn)行折減使用。對(duì)經(jīng)過(guò)特殊處理的人工填土，應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)土工試驗(yàn)。

2)淤泥。

淤泥在工作區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，且厚度一般較大，是典型的軟弱土層，工程性質(zhì)較差，靈敏性高、抗剪強(qiáng)度及承載力極低，在飽水狀態(tài)下還具有觸變和流變性等特點(diǎn)，是造成基坑變形的重要層位，建議在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中該土層采用直剪快剪抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值。

3)粉質(zhì)粘土。

工作區(qū)30 m以淺粉質(zhì)粘土成因類(lèi)型復(fù)雜，包括河床～河漫灘相、淺海相和沼澤相沉積，成因類(lèi)型不同，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)有所差異。粉質(zhì)粘土顆粒一般較細(xì)，孔隙小而多，透水性弱，具有膨脹、收縮等特點(diǎn)。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中一般不易受擾動(dòng)，建議在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算中采用直剪快剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值。

4)粉(土)砂。

工作區(qū)粉(土)砂抗剪強(qiáng)度指標(biāo)差異不大，在縱向上隨深度的增加有一定的增大。粉(土)砂顆粒間粘聚力較小，結(jié)構(gòu)松散，透水性相對(duì)較好。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中容易受到動(dòng)力和地下水滲流力的影響而擾動(dòng)，建議在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算中采用水土分算，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值。

4 結(jié)語(yǔ)

本文初步查明工作區(qū)不同土層直剪試驗(yàn)指標(biāo)區(qū)域分布規(guī)律和特點(diǎn)，更好地指導(dǎo)工作區(qū)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)工作，為其提供科學(xué)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)參考依據(jù)，有效保證基坑工程的經(jīng)濟(jì)安全。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)人員在選用土層參數(shù)時(shí)應(yīng)慎重，要綜合各種因素，只有在設(shè)計(jì)參數(shù)選取合理且符合客觀(guān)實(shí)際的情況下，才能保證基坑工程的安全性與經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)應(yīng)重視基坑支護(hù)工程的監(jiān)測(cè)分析工作，不斷積累區(qū)域性土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C，φ經(jīng)驗(yàn)值，掌握不同地區(qū)不同成因的土層力學(xué)參數(shù)特點(diǎn)及其分布規(guī)律。

本文屬于區(qū)域性研究成果，可作為工作區(qū)基坑支護(hù)初步設(shè)計(jì)概算的依據(jù)，不能直接作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)，需針對(duì)具體工程做專(zhuān)門(mén)的巖土工程勘察。

[1] 工程地質(zhì)手冊(cè)[M].第4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] 深基礎(chǔ)工程特殊技術(shù)問(wèn)題[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3] 天津市濱海新區(qū)綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)報(bào)告[R].天津：天津市地質(zhì)工程勘察院,2005.

[4] 濱海地區(qū)工程地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].天津：天津市地質(zhì)調(diào)查研究隊(duì)，1998.

[5] 天津市濱海地區(qū)軟土工程特性研究[Z].天津：天津市地質(zhì)調(diào)查研究隊(duì)，1993.

[6] 程玉梅.基坑開(kāi)挖卸荷影響深度的確定[D].北京：中國(guó)石油大學(xué)，2001.

[7] 秦愛(ài)芳.基坑開(kāi)挖卸荷影響深度分析[D].上海：上海大學(xué)，2008.

On analysis of shearing strength indexes of Lingang industrial park in Tianjin

Huang Yanping Li Yafei

(TianjinGeologicalEngineeringSurveyInstitute,Tianjin300000,China)

The paper introduces the engineering geological conditions for Lingang industrial park of Tianjin, analyzes the intensity index and parameter of fast shear and concretion shear, proves the distribution and features of the direct shear test index divisions at various stratum, so as to direct the design for the foundation pit support, provide scientific shearing intensity index, and ensure the money-saving and safety of the foundation pit projects.

industrial park, foundation soil, shearing strength, foundation pit

1009-6825(2016)05-0083-03

2015-12-07

黃艷萍(1984- )，女，工程師； 李亞飛(1981- )，男，工程師

TU432

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