滨海软土地基的工程地质勘察及地基处理方法

刘秀宝 谢剑 张烁 杨海鑫

(中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130012)

1 软土概述

软土是淤泥及淤泥质土的总称。它是在静水或者非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成，天然含水量大于液限、天然孔隙比大于1.0的粘性土。当天然孔隙比大于1.0而小于1.5时为淤泥质土;当天然孔隙比大于1.5时为淤泥［1］。软土广泛分布在我国东南沿海、内陆平原和山区的部分地区。如天津、上海、杭州、广州、厦门等沿海地区，以及武汉等内陆城市。

天然软土特征如下:

1)含水量高:淤泥和淤泥质土的含水量多为50%～70%，液限一般为40%～60%，天然含水量随着液限的增大而增加。

2)孔隙比大:天然软土的孔隙比往往要比同一垂直压力下的重塑土的孔隙比高出0.20～0.40。

3)渗透性小:其渗透系数一般都在1×10－4cm/s～1×10－8cm/s之间。而大部分的淤泥和淤泥质土的软土地区，由于土层中夹有数量不等的薄层或极薄层的粉砂、粉土等，所以其在垂直方向的渗透性比水平方向要小得多。

4)压缩性高、强度低:淤泥和淤泥质土的压缩系数a1-2一般大于0.5 MPa－1，属于高压缩性土，且随着土的液限增大，压缩性增大;软土的强度较低，且其强度随着深度的增加而增大。软土受到扰动后，其絮状结构受到破坏，甚至呈流动状态，导致其强度的丧失。

2 滨海软土的工程地质勘察及地基处理

2.1 软土的工程地质勘察

软土地区的工程地质勘察多以静力触探试验、十字板剪切试验、标准贯入试验等原位测试为主，配以适当的钻探和取土试样等综合勘探手段，并结合室内土工试验成果给出其物理力学性质指标，以及场区的工程地质情况。软土地区常用的工程地质勘察方法如下:

1)静力触探试验:静力触探试验(英文缩写CPT)，是把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。

2)十字板剪切试验:十字板剪切试验是一种用十字板测定软粘性土抗剪强度的原位试验。将十字板头由钻孔压入孔底软土中，以均匀的速度转动，通过一定的测量系统，测得其转动时所需之切矩，直至土体破坏，从而计算出土的抗剪强度。由十字板剪力试验测得之抗剪强度代表土的天然强度。

3)标准贯入试验:标准贯入试验(英文缩写SPT)，是动力触探的一种，是在现场测定砂土、粉土或粘性土的地基承载力的一种方法。标准贯入试验的设备主要由标准贯入器、触探杆和穿心锤三部分组成。触探杆一般用直径为42 mm的钻杆，穿心锤重63.5 kg。

4)钻探:软土地区的钻探方法常用DPP-100型钻机套管跟进或泥浆护壁钻进。由于软土多呈絮状结构，大多呈软塑或流塑状态，稳定性很差。在钻进过程中，随着孔深的增加很容易发生缩孔现象，所以需要套管跟进或泥浆护壁进行钻探［2］。

2.2 软土的地基处理

软土地基处理的目的是将低承载力和高压缩性的原状土加固到足以承担地基所需的强度要求和施工结束后的沉降要求。软土地基的常用处理方法如下:

1)置换:用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基土中部分或全部软弱土或不良土，形成双层地基或复合地基，以达到提高地基承载力、减小沉降的目的。置换适用于浅表层软土地基处理，处理深度一般为3 m，最大不超过5 m。

2)排水固结:土体在一定荷载作用下固结，孔隙比减小，强度提高，以达到提高地基承载力，减小沉降的目的。

3)灌入固化物:向地基中灌入或拌入水泥，或石灰，或其他化学固化材料在地基中形成复合土体，以达到地基处理的目的。

4)加筋:在地基中设置强度高、模量大的筋材，以达到提高地基承载力，减小沉降的目的，筋材可以是钢筋混凝土、土工复合材料等。

5)冷热处理:通过冻结，或者焙烧、加热地基土体来改变土体的物理力学性质以达到地基处理的目的，其主要包括:冻结法和烧结法。

3 工程实例

3.1 工程概况

冀东油田原油商业储备库位于河北省唐山市唐海县境内，环渤海湾滨海区，毗邻冀东油田老爷庙联合站。库址位于老爷庙联合站东侧，库区南侧为庙中公路，南堡—高尚堡—迁安输油管线从库区南侧围墙外经过，所占用地主要为鱼塘及取土坑，场地面积约为573 m×510 m，储备库内建设10×104m3地上钢制双盘式外浮顶原油储罐10座。

3.2 场地地层岩性结构概述

①人工填土:表层为人工填土，以粉土、粉质黏土为主。

②粉质黏土:黄褐色，软塑～可塑，最小厚度为0.40 m，最大厚度为4.50 m，层底标高为 －0.28 m～ －4.05 m。

③粉土:灰色，稍密，湿，土质不均匀，以粉土为主，含有大量粉质黏土成分，呈粉土与粉质黏土互层状，在下部含有少量的粉砂夹层，该一般厚度为1.00 m～4.00 m，最小厚度为0.90 m，最大厚度为5.00 m，层底标高为 －1.16 m～ －6.43 m。

④粉质黏土:灰色，以软塑为主，局部近流塑，一般厚度为2.00 m～5.00 m，最小厚度0.50 m，最大厚度为6.70 m，层底标高－4.10 m～ －11.10 m。

⑤粉土:灰色，稍密，湿，一般厚度为0.60 m～1.90 m，最小厚度0.30 m，最大厚度2.70 m，层底标高为 －6.70 m～ －11.70 m。

⑥粉质黏土:灰色，以软塑为主，下部呈近可塑～可塑状，局部呈粉质黏土及粉土互层状，一般厚度为5.50 m～8.80 m，最小厚度5.00 m，最大厚度9.50 m，层底标高为 －13.60 m～ －18.10 m。

⑦粉土:浅灰色～灰色，中密～密实，湿，局部含有粉质黏土、粉砂薄层，一般厚度为5.40 m～10.80 m，最小厚度为4.50 m，最大厚度为11.50 m，层底标高为 －18.89 m～ －25.48 m。

⑦1粉质黏土:灰色～灰褐色，可塑，该层在场区内大部分孔位揭露并揭穿，最小揭穿厚度为0.50 m，最大揭穿厚度为4.50 m，最深层底标高为－24.42 m。

⑧粉质黏土:灰色～灰褐色，可塑，一般为1.10 m～5.80 m，最小厚度为1.00 m，最大厚度为8.20 m，层底标高为－24.89 m～－29.99 m。

⑨粉质黏土:灰褐色～黄褐色，可塑，一般厚度为0.90 m～5.60 m，最小厚度为 0.80 m，最大厚度为 5.90 m，层底标高为－27.60 m～ －33.53 m。

⑩粉砂:黄褐色，密实，饱和，砂质较均匀，上部含有密实的粉土，局部含有细砂和少量的粘性土，一般厚度为5.10 m～10.20 m，最小厚度为5.00 m，最大厚度为10.40 m，层底标高为－34.05 m～－41.47 m。

⑩1粉质黏土:黄褐色，以可塑为主，局部近硬塑，最小厚度为1.80 m，最大厚度为4.40 m，最深层底标高为 －32.74 m。

⑩2粉质黏土:黄褐色，以可塑为主，最小厚度为0.50 m，最大厚度为2.70 m，最深层底标高为－37.98 m。

⑪粉质黏土:灰色，以可塑为主，最大揭穿厚度为14.00 m，最深层底标高为－60.98 m。

⑪1粉土:灰色，密实，湿，最大揭露厚度为 4.70 m，最深层底标高为 －43.27 m。

⑫细砂:灰色，密实，饱和，最大揭露厚度为12.60 m，最深层底标高为－60.98 m。

⑫1粉质黏土:灰色～灰褐色，以可塑为主，最大揭穿厚度为2.90 m，最深层底标高为 －57.42 m。

⑬粉质黏土:灰黄色，可塑～硬塑，该层仅在各罐区中心孔被揭穿，最大揭穿厚度为13.70 m，最深层底标高为－71.28 m。

⑬1粉砂:灰黄色，密实，湿，该层仅在 048 号，128 号孔被揭露并揭穿，厚度为2.60 m，层底标高为 －68.62 m。

⑭粉土:灰黄色，密实，湿，最大揭露厚度为4.30 m，最深揭露标高为 －75.26 m。

⑭1黏土:灰黄色，硬塑，揭穿厚度为 1.70 m。

⑮黏土:灰黄色，硬塑，最大揭露厚度为5.30 m，层底标高为－ 75.38 m［3］。

3.3 工程特性

冀东油田原油商业储备库场区属于滨海相沉积，天然含水量大于液限，孔隙比大于1.0，属于滨海相软土地基。其工程特性如下:

1)场区占地面积大:面积约为573 m×510 m。

2)软土地层厚度大:第①层～第⑨层的地层以软塑～可塑的粉质黏土为主，局部夹有粉土、细砂薄层，最大深度在自然地面以下35.00 m。

3)工期短:勘察、设计和施工交替进行，工期短。

4)投入成本高:每个罐体投入成本都以亿元计。

3.4 地基处理方法

由于冀东油田原油商业储备库工程具有场地面积大、软土地层厚度大、工期短、投入成本高等特点。基于多方面综合考虑，采用了向软土地基中拌入石灰和水泥形成复合地基的处理方法，达到加固地基的目的。

而置换法的处理深度一般为3 m，最大不超过5 m，处理深度远远不能达到设计地基处理要求，并且场地占地面积大，软土地层厚，置换所需的土方量太大;排水固结法对于大面积场地、厚度大的软土地层，排水固结的周期过长，实现有一定难度;对于占地面积大的工程来讲，加筋法所需的筋材量大，增加了工程投入的成本;通过冻结或焙烧加固地基的冷热处理法依然不适用于该工程，施工面积大、软土地层深度大，处理时间过长、工期长等都是它不适用的依据。

因此，在冀东油田原油商业储备库工程中所采用的向软土地基中拌入石灰和水泥形成复合地基的地基处理方法，使得软土地基的均匀性和整体性得以提高，施工后的沉降量得以控制，达到加固地基的目的。既满足了冀东油田原油商业储备库工程的工程特性，也满足了浮顶盖储油罐对于地基均匀性和沉降量控制的要求。

4 结语

1)软土是一种具有特殊工程性质的土类，其物理力学性质指标、成因类型的变化都对工程建筑有较大的不良影响。因此，建议更多的以现场原位测试试验来确定其工程力学性质，将符合实际。

2)本文中所阐述的灌入固化物的地基处理方法只是适合于冀东油田原油商业储备库工程，具体的工程还应根据各个工程的实际情况采取相应的地基处理措施。

［1］王常明.土力学［M］.长春:吉林大学出版社，2004.

［2］JGJ 83-1991，软土地区工程地质勘察规范［S］.

［3］刘秀宝.冀东油田原油商业储备库工程岩土工程勘察报告(地－09015)［R］.任丘:中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司，2009.