軟土地基的巖土工程勘察研究

李田芬 高賀佳

1.江蘇省核工業二七二地質大隊，江蘇南京 210003；2.江蘇省徐州市泉山區中石化管道儲運有限公司，江蘇徐州 221000

1 軟土

軟土是在海灘、三角洲、河口灣、潟湖、湖泊、沼澤等地區的淡水或鹽水中沉積而成的。軟土顏色多為灰綠、灰黑色，摸上去比較滑膩，帶有腥臭味；具有典型的海綿狀或蜂窩狀結構，孔隙比大、含水率高、透水性小、壓縮性大、強度低。

軟土分布范圍極廣，面積極大。在長江中下游地區，從連云港到溫州，從洞庭湖、洪湖到廣州灣，從上海到廈門， 都廣泛分布著大量軟土。

軟土地基主要包括內陸湖塘盆地、江河海洋沿岸和山間洼地沉積的各種淤泥和淤泥質黏性土，由黏土和粉土等細微顆粒含量多的松軟土、孔隙大的有機質土、泥炭以及松散砂等土層構成。

軟土受到外部干擾時，結構性會發生破壞，強度大幅降低。在承載壓力后，軟土會發生變形，軟土中的空隙會逐漸變小。軟土的壓縮系數大，穩定性差，強度低。雖然軟土含水量很高，但軟土的透水性卻較差，且軟土分布極不均勻。

2 軟土地基病害

軟土肥沃，天然含水量大，適宜種莊稼，但它的壓縮性高、承載力低、透水性差，軟塑到流塑狀態，黏性飽和，抗剪強度低，靈敏度高，不適宜充當建筑、路橋的地基[1]。這種人與自然的內在矛盾決定了生活在軟土上、離不開軟土的人們不得不面對軟土地基造成的種種危害——路堤失穩，路、橋結合部出現3cm甚至0.5m的沉降，造成路面開裂、錯臺（“錯臺型”“馬鞍型”），車輛行駛發生跳車；路橋出現沉降縫、不規則裂紋、八字墻；邊坡出現坍塌，甚至延伸到道路內部，造成路面開裂或塌陷；路面無法恢復疲勞，產生永久性變形積累形成的帶狀車轍；還有路面出現大面積的“蜂窩”“麻面”等。

處理軟土地基，必須想方設法地降低土質中的含水量，成本非常高，耗時又長。目前，國內外對于軟土地基都沒有科學、經濟、快速、高效的處理方法。因此，必須加強對軟土地基的巖土工程勘察，盡可能地避開軟土地基。

3 軟土地基巖土工程勘察

3.1 軟土地基勘察的內容

軟土地基巖土工程勘測必須摸清軟土地基分布地區的地形、地貌、軟土的成因、軟土的類型、軟土的具體分布范圍、軟土的滲透性能、基底地層的性質、軟土層的深度、厚度；地下水水位、排水與補水情況、軟土的強度、軟土的變形特征、軟土隨著應力變化而變化的規律以及軟土地基含水量、容重、孔隙比、液限、塑限、成分等。

3.2 軟土地基勘察方法

對軟土地基勘察必須采用綜合方法，要進行鉆探取樣、原位測試（包括靜力觸探、十字板剪切試驗）和室內土工試驗、室內水土腐蝕性試驗。以計算出軟土地基分層土的壓縮系數、壓縮模量、固結系數、滲透系數、e-p曲線、快剪黏聚力及內摩擦角、固結快剪黏聚力及內摩擦角、無側限抗壓強度、分層土的側壁摩阻力、分層土的地基承載力等物理、力學、化學、水理性質[2]。

3.3 鉆探

鉆探前，必須根據現場的實際情況合理確定鉆探點間距，最大間距應在30～50m區間，最小間距應在2～3m區間；要根據地質條件、建筑物（或高速公路）的特點以及可能的基礎類型來確定鉆探深度。

為避免破壞軟土地層性質、避免振動，一般采用干鉆法；對軟土取樣，宜采用薄壁取土器靜壓法。對細砂層采樣，可采用貫入器進行采樣。

3.4 靜力觸探

靜力觸探可以減少鉆探取樣的工作量，節約勘察時間，提高勘察質量。靜力觸探的靜探孔孔位、孔口高程必須與鉆探孔相同，孔深則應穿過軟土層，深入持力層3m。靜探孔位置應布置于軟土層厚度出現較大變化的地方、軟土層內砂夾層的尖滅帶，以確定軟土與砂夾層的邊界、厚度、性質。若要對鉆探孔的地質劃分進行檢驗，則靜探孔位置應布置于鉆探孔附近5m內。

進行靜力觸探前，必須平整場地，將觸探主機對準孔位，用分度值為1mm的水準尺校準機座，并將機座緊固在反力裝置上。然后將穿入探桿內的傳感器引線連接到量測儀器上，打開電源，預熱并調試至正常工作狀態；再試壓探頭，檢查頂柱、錐頭、摩擦筒工作是否正常（若測孔隙壓力時，應使孔壓傳感器透水面飽和）；若各部件工作一切正確，將連接探頭的探桿插入導向器，調整垂直并緊固導向裝置，保證探頭垂直貫入土中。

3.5 十字板剪切試驗

十字板剪切試驗可以快速測定軟土層快剪強度，簡便易行，且極為可靠。用這種方法不需要采取土樣，也可以得到天然土層不排水抗剪強度。因此，在沿海軟土地區廣泛采用十字板剪切試驗。十字板剪切試驗的原理是：對軟土施加一定的扭轉力矩，剪壞土體，測定土體對抗扭剪的最大力矩，再換算出土體的抗剪強度值。十字板插入深度不應小于鉆探孔直徑的3～5倍，間距應超過0.75～1m，十字板插入土體后應停留2～3min。

3.6 室內土工試驗

在現場采樣完成后，就要對土樣進行室內土工試驗，分析軟土的物理性質、力學性質、化學形式。要對樣本進行無側限抗壓強度試驗、固結不排水抗剪試驗、固結和直剪試驗。進行土工試驗，要充分考慮軟土的顆粒大小不同、軟土的礦物成分差別較大、軟土的三相間數量比例不同問題。

3.6.1 土的含水量試驗

在土樣中，選取碎土30g，砂土與有機土50g，放進稱量盒內，蓋上盒蓋，質量。然后打開盒蓋，將樣品放進烘箱，用恒溫烘干，細土的烘干時間要超過8h，砂土的烘干時間要達到6h。有機質超過5%的土，要在70℃下進行恒溫烘干。烘干后，取出樣品，放進干燥器冷卻0.5～1h，最后蓋上盒蓋，稱量重量，精確度保持在0.01g左右[3]。

3.6.2 土的密度試驗

將土樣風干，攤成薄薄的一層，放置在空氣中1～2d，讓水分徹底的自然蒸發，然后進行試驗。如果樣品出現結塊，應用棒子在磁缽中進行研磨，把結塊搗成顆粒。若采用環刀法，要進行2次平行測定，取平均值，平行差不能超過0.03g/cm3。

3.6.3 測定土的液性和塑性

測定土的液塑性時，直接用肉眼觀察樣品是否含有較多的沙粒。若沙粒過多必須用0.5mm的篩篩分砂礫。

4 軟土地質巖土工程勘測的數據處理

4.1 土工試驗數據處理

進行土工試驗后便可獲取數據，但要保證室內試驗項目設計必須從工程性質、巖土類型出發，并結合工程分析計算的要求確定試驗方式與數據處理方法，這樣才能最終確定軟土的基本性質。由于現場地層情況復雜，土工試驗數據不能作為現場分層的唯一依據。

4.2 原位測試的數據處理

在進行原位測試時，必須根據地層的情況選擇具體的技術參數，這樣可以獲得更精確的數據資料。然后對原位測試獲得的數據進行分析、歸納，形成統計表，最后產生分析結果。

4.3 地下水影響分析

必須將地下水的水文情況也納入勘察數據數據處理之中。要考慮地下水的補給方式（若地下水補水方式為降雨，還要考慮現場的年降雨量），地下水是否存在周期性波動、地下水水質是否會發生酸性變化。地下水的變化會改變軟土的物理力學性質，所以必須認真研究地下水水文情況。

4.4 施工影響分析

由于施工作業要進行打樁，會引起軟土應力狀態、軟土強度、軟土壓縮性的變化。所以，進行勘察數據處理時必須考慮施工影響。

5 軟土地基巖土工程勘察的注意事項

（1）要根據工程性質、現場的復雜程度，以及相關規范，對巖土勘察的等級進行劃分，確定工程等級。

（2）施工前，必須明確勘探工作量與具體的勘察措施。要確定勘察點的具體位置、間距、孔深，以及鉆孔數量，并對孔的參數制定明確規范，最后確定工作量。為節約勘察成本，工作量不宜過大；為提高勘察質量，必須適當增大鉆孔的密度，增加鉆孔的數量。

（3）在明確勘探工作量與具體勘察措施后，就要確定取樣的具體數量。根據取樣的數量制定勘察流程與時間表，以提高勘察效率。

（4）評定軟土的力學性質時，必須查明軟土的固結歷史。確定軟土究竟屬于欠固結、正常固結，或是超固結。

（5）在勘察中，為降低勘察人員的工作壓力，應盡可能選用國內外先進技術。

6 結語

軟土是江河泥沙千萬年沉積形成的產物。人類的生存、生活離不開江河，現代工業經濟的發展離不開海洋貿易，當今中國經濟最繁榮、最富庶的地區都在軟土地帶（日本的情況也完全如此）。這種不以任何意志為轉移的自然現實，決定了我們必須適應軟土、研究軟土。所以，我們有必要做好軟土地基巖土工程的勘察，取樣、土工試驗、數據處理，為項目設計提供可靠的依據。