太原市綜改區(qū)軟土工程特性綜合分析

葉海東

（山西省勘察設(shè)計研究院有限公司，山西太原 030013）

軟土是指天然含水量常大于液限（IL>1），天然孔隙比大（e>1）的土，通常具有高壓縮性、高含水量、高靈敏度、低承載力、低強度、低滲透性、含有機質(zhì)的特征，如淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及飽和粘性土、粉土等[1]。具有觸變性、流變性及各向異性等特征。且軟土埋藏淺，厚度變化大，對工程建設(shè)影響大，研究其工程特性具有重要意義。

太原市綜改區(qū)地區(qū)位于汾河沖積平原，地形平坦，地面標高多在770m，地表下普遍分布厚度小于8~10m的類軟土，本區(qū)形成的軟土絕大部分屬于河漫灘相、湖相沉積類型，巖性以粉質(zhì)黏土、粉土為主，其上表層分布1~2m厚中~低壓縮性粉質(zhì)黏土或粉土，其下普遍為松散~稍密狀態(tài)砂土。

1 軟土物理力學指標分析

由于其獨特的地質(zhì)成因和地質(zhì)環(huán)境而形成了不同于太原盆地其他地區(qū)地基土的工程特性和物理力學指標，具有典型的地域性特征。

根據(jù)太原市綜改區(qū)勘察資料，場地內(nèi)軟土其主要物理力學性質(zhì)指標詳見表1。

2 軟土工程特性

從表1科研看出本區(qū)軟土具有和一般軟土地區(qū)共有的高壓縮性、高含水率、高靈敏度、低強度、低滲透性、低承載力，本地區(qū)軟土同時具有結(jié)構(gòu)性強，各向異性明顯。

表1 地基土物理力學性質(zhì)指標統(tǒng)計

第②層、③層中現(xiàn)場注水試驗得出的滲透系數(shù)比室內(nèi)滲透試驗得出的滲透系數(shù)大，這是受沉積環(huán)境限制，沉積時形成具有水平層理的沉積韻律，一般情況水平滲透系數(shù)明顯高于垂直滲透系數(shù)。由于上述土層一般呈水平層理，夾有薄層粉性土、砂土透鏡體，增加了透水能力，而室內(nèi)滲透試驗受取土質(zhì)量、試驗邊界條件的限制，所得滲透系數(shù)一般偏小。

兩類軟土均為在水的浮力作用單一的土自重壓力緩慢固結(jié)的過程，雖大部分地區(qū)軟土之上分布一層厚度較薄的軟可塑的粘土硬殼層（俗稱），但從十字板剪切試驗強度與深度曲線及先期固結(jié)壓力曲線分析為欠固結(jié)土。

第②層粉質(zhì)黏土、第③層粉土，其天然地基承載力特征值60~80kPa，波速值小于140m/s，WS≥0.9WL，IL≥0.75，本場地第②層粉質(zhì)黏土、第③層粉土屬于震陷性軟土。

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB 50011）》標貫試驗判別法及《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)范（JGJ 83）》6.3節(jié)采用雙橋靜力觸探法進行判別，第③層粉土屬于主要液化土層，黏粒含量10%左右，液化指數(shù)8~15，由于沉積時間較短，標貫擊數(shù)較低，其靈敏度高具有很明顯的觸變效應(yīng)和在震動情況下具明顯液化現(xiàn)象和震陷現(xiàn)象。

3 軟土地基處理分析

一般條件下軟土地基處理常見的有預(yù)固結(jié)法、換填墊層法，強夯置換法、CFG樁法等，但在太原綜改區(qū)由于場地液化等級一般為中~嚴重，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB 50011）》4.3.6節(jié)，對于較為重要的建筑物需全部消除液化沉陷影響。目前山西常用的消除大厚度土層液化沉陷措施、地基處理方式主要為振動沉管碎石樁，對荷載要求較高的建筑物常采用碎石樁+水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）多元復(fù)合地基進行處理。

但第②層粉質(zhì)黏土及第③層粉土其強度較低，且屬中~高靈敏度土，具明顯觸變性，對碎石樁的圍限作用有限，采用振動沉管法施工成樁較為困難，處理效果差，且擠土效應(yīng)明顯，周圍土體承載力恢復(fù)休止時間較長。同時在本地區(qū)CFG樁施工如無可靠的施工工藝和保證措施時，易發(fā)生竄孔、縮頸、斷樁等不良工程現(xiàn)象，嚴重影響質(zhì)量和工期。

因此當場地為嚴重液化時一般采用樁基礎(chǔ)，只有在抗震設(shè)防為丙類建筑且場地中等液化及以下場地時荷載不大、變形要求不高時可采用水泥土攪拌樁、強夯置換等地基處理方法。

4 軟土樁基分析

鉆孔灌注樁施工對周邊環(huán)境影響小，但其單樁承載力與施工質(zhì)量密切相關(guān)，故施工時應(yīng)嚴格按照相關(guān)規(guī)程執(zhí)行，需充分考慮軟土的工程特性，并應(yīng)注意如下問題：

第②、③層為飽和軟弱土，成樁施工時易產(chǎn)生縮孔，宜加強泥漿護壁或護筒埋置深度，建議通過試樁確定鉆進速率、泥漿比重等各項參數(shù)，確保成樁質(zhì)量。

預(yù)制樁施工迅速，精度高，但受地質(zhì)條件限制大，故施工時應(yīng)嚴格按照相關(guān)規(guī)程執(zhí)行，并應(yīng)注意以下問題：

（1）大面積施工時易造成上部第②、③層軟弱土超孔隙水壓力上升，且消散較慢，施工后固結(jié)過程中會產(chǎn)生承臺與其下土體脫空、樁基負摩阻力等不利影響。

（2）水平擠壓力易造成的樁體上浮，土體上涌以及樁位偏移等問題。

（3）擠土效應(yīng)使樁間土、樁端土結(jié)構(gòu)破壞，從而降低其強度。

（4）如采用錘擊法施工易造成場地第②、③層軟弱土震陷及液化土層的震動液化。

針對以上不利影響，施工時應(yīng)控制沉樁速率，設(shè)置排水板或砂井等措施，加快孔隙水壓力消散，并應(yīng)合理確定沉樁順序，采取挖設(shè)防擠溝槽或設(shè)置應(yīng)力釋放孔，以減小側(cè)向擠土效應(yīng)。場地屬嚴重液化場地，管樁接頭部位應(yīng)設(shè)置在非液化土層中，且接頭位置應(yīng)錯開。

5 場地回填處理

由于本地區(qū)大部分項目需進行大面積回填，回填厚度介于1.0~5.0m。第②層粉質(zhì)黏土、第③層粉土具有強度低、壓縮性高、滲透性低、靈敏度高、明顯觸變等特征。其在外荷載作用下壓縮變形量大，易產(chǎn)生較大的沉降和不均勻沉降；抗剪強度低，基坑開挖及坑邊堆載時易導(dǎo)致坑邊失穩(wěn)及較大的土壓力；透水性差，在外荷載作用下排水固結(jié)緩慢，工后沉降量大；快速加荷使超孔隙水壓力快速升高，有效應(yīng)力降低，導(dǎo)致土層強度降低，甚至產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞；土體受到擾動或震動后，影響土體結(jié)構(gòu)，強度驟然降低，導(dǎo)致土體沉降或滑動。

由上述可知，在大面積填方且在快速堆填的情況下，可能造成已施工建筑物產(chǎn)生附加沉降及不均勻沉降，且沉降歷時長、總沉降量大，對已施工的樁基可能產(chǎn)生負摩阻力、較大的不平衡水平側(cè)壓力、引起樁基內(nèi)力較大變化等不良工程地質(zhì)問題。因此，本工程應(yīng)先進行回填處理，使地基獲得充分預(yù)壓，減少地面沉降和建筑物的附加沉降。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB 50007-2011）》大面積填土宜在基礎(chǔ)施工前3個月完成，回填方法可采用分層、均勻壓實，具體的回填材料、回填施工方法、回填質(zhì)量、回填速率等應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工條件等確定，且應(yīng)均衡堆載。如需加快固結(jié)速度、縮短沉降穩(wěn)定時間，可考慮設(shè)置塑料排水板或砂井等排水豎井。

6 基坑圍護設(shè)計、開挖施工應(yīng)注意的巖土工程問題

（1）本工程第②層粉質(zhì)黏土、第③層粉土土質(zhì)軟弱，具有明顯流變和觸變特性，其在外部填方荷載及機械車輛動荷載作用下土體受擾動強度極易降低。基坑工程開挖時易產(chǎn)生側(cè)向變形和剪切變形，易導(dǎo)致支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大變形或失穩(wěn)。開挖過程中應(yīng)盡量減少土體擾動，限制每層開挖厚度，同時開挖過程中嚴禁在基坑周邊堆載及設(shè)置重型車輛行車路線，防止基坑失穩(wěn)。基坑開挖應(yīng)按“分層、分段、對稱、均衡、適時”的原則開挖。

（2）當基坑挖至第②、③層一定深度時，由于該層呈流塑～軟塑狀態(tài)，容易產(chǎn)生坑底土隆起和坑壁土側(cè)向位移，土體會有一定的回彈，對基坑圍護結(jié)構(gòu)、周圍鄰近道路等產(chǎn)生不利影響，必要時可對坑底土進行適當?shù)募庸烫幚怼；拥撞康鼗敛灰碎L期暴露，更不得積水。

（3）一般情況下本地區(qū)基坑降水常采用管井降水，井間距一般10~12m，由于地層滲透性差，降水效果大部分不甚理想，一方面可能引起周邊地面產(chǎn)生比較大的附加沉降，另一方面存在疏不干的現(xiàn)象，在采用管井結(jié)合滲水井降水時能取得比較滿意的效果。

7 結(jié)語

（1）太原市綜改區(qū)軟土，成層性好，微層理發(fā)育，常夾厚薄不均的松散砂層，厚度8~10m。

（2）太原市綜改區(qū)軟土均具有高壓縮性、高含水率、高靈敏度、低強度、低滲透性、低承載力的特征。

（3）對軟土進行工程評價時，應(yīng)分析其成因類型、成層條件、層理特征、水平垂直方向的均勻性、固結(jié)歷史、靈敏度、排水條件、應(yīng)力狀態(tài)及變形影響。

（4）應(yīng)根據(jù)建筑物的安全等級、結(jié)構(gòu)特點、軟土分布特征選擇不同的地基處理形式，地基處理形式多樣，應(yīng)考慮其適用性和經(jīng)濟可靠。對安全要求較高的建筑物，基礎(chǔ)形式宜采用樁基。

（5）本地區(qū)基坑在采用管井結(jié)合滲水井降水時能取得比較滿意的效果。