杭州城西软土工程特性分析

王林军 祝伟伟

(杭州市勘测设计研究院，浙江杭州 310000)

1 概述

杭州位于长江三角洲钱塘江入海口附近，由于历史上的三次“海侵”及海退后形成的泻湖，杭州市区域普遍存在厚层滨海性淤泥质土及湖沼相淤泥质土。滨海相淤泥质土主要为淤泥质粉质粘土夹粉土薄层或淤泥质粘土夹粉土薄层，主要分布在城东及城南，埋深约为15 m～20 m，厚度约10 m～20 m。湖沼相淤泥质土主要为淤泥或淤泥质粘土，主要分布于城西，埋深约为2 m～5 m，厚度约为5 m～20 m。随着城市发展及土地资源的减少，大量建筑设置地下室来扩展单体建筑空间，大量市政道路的建设来扩展城市发展空间。因杭州城西软土普遍埋深浅、厚度大，其上部土层基本仅仅由填土及1层约1 m厚的粘性土“硬壳层”构成，整体工程性质较差，且分布不均匀，故城西软土工程性质对该区域建筑地下室基坑开挖施工及道路路基建设影响较大。本文根据大量杭州城西工程勘察数据统计分析，综合分析杭州城西软土层的物理力学性质，并对其工程特性进行归纳分析。

2 城西软土物理力学性质

本文对城西大范围软土样本进行了选取以及分析，主要选取的区域为文一路沿线、古墩路沿线、西溪湿地、三墩、仓前以及五常，选取样本区域基本覆盖整个城西区域，总共选取样本数为788个。

2.1 杭州城西软土的物理性质

根据对收集的样本资料进行统计分析，杭州城西软土物理性质统计成果详见表1。

表1 杭州城西软土物理性质指标统计表

根据表1所列统计数据，可以分析出该区域软土具有以下特点:

1)含水量高。

区域软土含水量变化在30.6%～66.2%之间，平均值为44.7%，符合JTG D30-2004公路路基设计规范软土鉴别规定，W≥35%的粘性土为软土地基。塑性指数变化在10.2～28.9之间，平均值为17.8，液性指数变化在 0.90～2.62之间，平均值为1.31。可见城西软土主要为淤泥质粘土，呈流塑状。

图1 含水量—深度关系图

如图1所示杭州城西软土含水量与深度关系图，城西软土含水量有随深度增加而减少的趋势，从图上看6 m以内软土含水量较大，散点主要分布在50%～60%之间，6 m以下散点主要集中分布在40%～50%之间。如图2所示杭州城西软土塑性指数与深度关系图，6 m以内软土基本以淤泥质粘土为主，局部为淤泥，6 m以下以淤泥质粉质粘土为主。通过图1，图2分析可知杭州城西软土竖向具有一定差异性，浅部含水量更大，且主要为淤泥质粘土及淤泥。

图2 塑性指数—深度关系图

图3 天然孔隙比—深度关系图

2)天然密度小、孔隙比大。

根据表1所示天然密度变化范围在1.58 g/cm3～1.90 g/cm3之间，平均值为1.75 g/cm3，孔隙比变化范围在 0.882～1.882 之间，平均值为1.255。从图3看出:杭州城西软土孔隙比整体集中分布在1.0～1.5之间，由于孔隙比较大，对土体沉降影响较大。

3)渗透性低。

竖向和水平渗透系数变化范围分别为4.40E－08～3.40E－06 cm/s和4.30E －08～2.30E －05 cm/s，平均值分别为2.58E －07 cm/s和6.54E－06 cm/s，从数值上分析可知，城西软土渗透性较差，水平渗透性比竖向渗透性稍好。

2.2 杭州城西软土的力学性质

根据对收集的样本资料进行统计分析，杭州城西软土力学性质统计成果详见表2。

表2 杭州城西软土力学性质指标统计表

由表2统计结果可分析出杭州城西软土力学性质具有以下特点:

1)高压缩性。

根据表2所示压缩系数 a0.1-0.2变化范围在 0.28 MPa－1～1.79 MPa－1之间，平均值为 0.89 MPa－1，压缩模量 E0.1-0.2变化范围在1.49 MPa～6.83 MPa 之间，平均值为 2.68 MPa，属于高压缩性土。压缩系数随含水量增大而增加。典型e—P曲线图见图4。

图4 典型e—P曲线图

2)强度低。

由表2统计值知，快剪粘聚力Cq统计均值为10.9 kPa，摩擦角φq统计均值为13.0°，而三轴不固结不排水试验粘聚力Cuu统计均值为9.3 kPa，摩擦角 φuu统计均值为0.58°，对比可发现两种试验的粘聚力值相似，而摩擦角相差甚大，根据土力学理论淤泥质土摩擦角理论值为0°，故工程设计过程中摩擦角取用φuu值更为合理。

3)灵敏度高。

无侧限抗压强度原状土qu介于16.7 kPa～71.1 kPa之间，统计均值为 26.7 kPa，重塑土 q'u介于 3.3 kPa～10.1 kPa 之间，统计均值为5.5 kPa，灵敏度St均值为5.28，属于高灵敏度土。

3 城西软土工程特性

根据前文综合分析杭州城西软土的物理力学特性及其分布特点，可以确定该区域软土具有以下工程特性:

1)承载力低。

城西软土总体上浅部抗剪强度更低，浅部软土承载力特征值约为50 kPa～70 kPa。由于城西软土总体埋深较浅，且其不能提供较高的承载力，该区域建筑物一般不可采用天然地基。该区域建筑物普遍需采用桩基础或采用地基处理加固。

2)变形大。

根据前文城西软土压缩系数高，属于高压缩性土，当建(构)筑物以该层表层部分换填后作为基础持力层或以表层“硬壳层”作为基础持力层时，建(构)筑物沉降较大。同时由于固结系数Cv及CH都较低，渗透系数K也较低，该层软土的排水固结时间较长，地基稳定性差。

3)蠕变性及触变性。

城西软土属于高灵敏度土，受到振动载荷后，容易出现土体结构强度急剧降低，容易出现土体侧向滑动或土体隆起等不良现象。

4 城西软土工程危害及处理方式

纵观城西软土的分布规律，城西软土埋深较浅，且地表以下6 m以内软土主要为淤泥质粘土或淤泥，在工程建设过程中，此种浅埋软土对基坑开挖、市政道路基础及预应力管桩施工均有较大影响。

随着城市发展，区域内的基坑开挖深度越来越深，基坑围护的稳定性极其重要。由于城西软土强度低，变形大，整个围护体系侧向变形较大。五常某工地为1层地下室，开挖深度约5 m，软土厚度约20 m，采用13 m长工法桩围护，未采用支撑体系，当开挖至基底时，支护体系侧向变形较大，坑内预制桩桩顶偏移最大达到1.5 m左右。经分析主要有两个原因引起:1)未采用支撑体系，围护桩桩身侧向位移大，坑内为深厚软土且抗剪强度低，围护桩侧向挤压，造成基底下软土挤压工程桩偏移;2)由于坑边为工程车车道，工程车经过振动土体，造成高灵敏度软土的触变蠕动，进一步加剧侧向挤压程度，最终导致工程桩大幅度偏移。

针对城西软土特性，解决上述工程危害时宜在基坑支护设计时采用支撑体系，保证围护桩稳定性，同时工程便道宜远离基坑边缘。

早期该区域市政道路由于沉降大，路面出现不规则波状起伏，并出现开裂情况，由于这些危害均由软弱基础引起，后期养护不能根除其危害。欲保证该区域道路沉降达到规范要求，宜采用水泥搅拌桩对路基下软土进行加固处理，处理后的复合地基在力学性质上大大改善，压缩性降低，工后沉降小。

城西软土下部为硬可塑的粘土，由于软土不能作为天然基础，区域内建筑经常采用预应力管桩基础，采用下部粘土或砂砾土作为桩端持力层。由于地表浅部没有厚度稳定的“硬壳层”，桩顶处于束缚力较小的状态，因此沉桩过程中挤土效应产生的侧向力容易造成工程桩桩顶偏位或断桩等工程危害。城西软土地区预应力管桩施工过程中应注意桩间距控制、沉桩顺序控制及接桩位置应进入硬土层。

5 结语

1)杭州城西分布厚度较大的湖沼相软土，具有埋深浅的特点，浅部主要为淤泥质粘土或淤泥，絮状胶结，呈流塑状态，含水量随深度递减的变化。

2)城西软土具有含水量高、强度低、压缩性高、灵敏度高和渗透性低的特点。

3)城西软土区域基坑支护设计时主要需控制侧向变形对坑内土体的间接工程影响，宜采用支撑体系。市政道路应采用水泥搅拌桩加固地基土，以消除软土层工后沉降过大等问题。预应力管桩施工时应注意软土侧向挤压影响，不宜过密布置工程桩，同时注意施工中引起的软土蠕变对工程桩的影响。

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