深圳地区软土的工程特性及软基处理措施探讨

蒙 韵, 周 树

(深圳市水务规划设计院有限公司,广东 深圳 518008)

深圳地区软土的工程特性及软基处理措施探讨

蒙 韵, 周 树

(深圳市水务规划设计院有限公司,广东 深圳 518008)

对深圳地区软土沉积环境及工程特征进行研究,将区域内软土划分为3个类型:滨海相软土、三角洲相软土、湖沼相软土。对这3类软土的物理力学特征指标的统计结果进行对比,揭示其工程特性,并探讨分析各类型软土适宜的软基处理措施。

软土;沉积环境;软基处理措施

深圳市位于珠江入海口的伶仃洋东岸,具有东南高、西北低的地形,北靠山,南临海,中间为台地及冲洪积平原,地貌丰富多样,微地貌单元发育明显[1-2]。随着近年来西部前海、宝安等区域的大量工程建设,涉及到许多的软土问题,由于软土具有高含水量、高孔隙比、高压缩性、低承载力、低抗剪强度、低渗透系数等“三高三低”的特征,给工程建设带来了很多影响[3]。通过统计研究深圳市内近年来勘察工作中涉及的软土资料,分析区内软土的工程特性,为软基处理提供参考[4]。

1 深圳地区软土分类及沉积特征

根据沉积环境,深圳地区软土可以分为3类。

主要分布于大鹏湾、坝光等东南部沿海海湾,西海岸东宝河—大铲湾及深圳湾滨海滩涂地带,为近代海退所形成的浅海堆积,分布范围广,连续面积大。其颜色以黑色、灰黑色为主,以浮泥、流泥及淤泥为主,夹淤泥质砂粉细砂等,常含贝壳及海生物残骸,其矿物成分主要以石英、高岭石为主,伊利石、蒙脱石为辅。通过显微镜观察,淤泥的围观结构有团状结构、板状结构、片状结构及片堆状结构。

海相淤泥多出露于地表,上部含水量可高达100%以上,基本呈流动状态,自稳坡度<5°,同时具备滨海相沉积的各种特征。

(1) 水平及交错层理发育:软土层中发育近水平微薄层理。由于该软土沉积于高海平面时期,频繁的海侵与海退的交替形成一系列不完全的沉积韵律,潮汐作用致使部分地段软土层的微层理极其发育。

(2) 千层糕构造:淤泥与砂互为薄层,形成“千层糕”[5]。

(3) 砂团构造:表现为软土层局部夹透镜体状粉细砂,软土的工程特性因砂质含量的差异而变化。

主要分布于西部沙井、福永、西乡、南头,中部深圳湾北岸,东部大鹏王母河口等海积冲积平原,及西部大沙河与小沙河河口突出的三角洲平原,西部分布范围广且连续。成分以淤泥、淤泥质土为主,普遍含少量粉细砂。其颜色一般较滨海相浅,明显有陆相沉积的痕迹,微具层理,上部极为纯净,极少含贝壳等杂质。

海陆交互相沉积的软土层由于地壳运动,经过海退—海进—海退的三次沉积旋回,在海相与河流相交互更迭沉积作用下,其间通常夹有一定厚度的砂层、粘性土层,在竖向分层中,呈上下两层产出,加上现今不断的沉积,局部地段分多层产出,成为海陆交互相软土显著的特征[6]。

主要分布于内陆台前洼地、河谷冲洪积阶地、台地凹部及古冲沟中,常见于龙岗河、坪山河、茅洲河、观澜河、深圳河、葵涌河等河谷一带,为山间洼地、谷地等处的河流、湖泊淤积而成。主要受控于微地貌,分布范围一般较零星,常以透镜体状产出。由于沉积年代较久远,且埋深一般较大,较滨海相及海陆交互相类软土经过了更长时间的固结压实作用,其结构性不明显,水平层理不发育,粘性较好,砂感较弱。

其成分一般为含有机质黏性土或淤泥质土,灰黑色—灰色,含有机质或腐殖质,连续性不强,表层常有黏土盖层;台前及古冲沟内软土一般颜色较深,含较多的有机质,物质成分复杂,形成泥炭土,具油脂光泽,含泥炭及炭化木、腐木及少量中细砂,部分地段该层分布于杂色黏土下部或夹于砂层中(图1)。

图1 湖沼相淤泥质土上覆粉质粘土Fig.1 Overlying silty clay of lacustrine soft soil

2 各类型软土的工程特性

软土的沉积环境及成因决定了其工程特性,上述三类软土成因类型上的差别,亦反映在工程特性上。

2.1 各类型软土物理力学特征

基于常规土工试验、渗透试验、现场原位测试等资料收集、统计与分析,深圳市各类型软土的物理及力学性质成果[7]分别见表1、表2。

根据上述两表对各类型软土的工程特性具体介绍如下:

表1 软土物理指标经验值表

表2 各类型软土力学指标经验值表

资料来源:《深圳地质》表2-2-53深圳地区第四系黏性土层物理力学指标经验值表及表2-2-54深圳地区第四系黏性土层静三轴、固结、渗透试验指标经验值表。

具体表现在:①各类软土随液限增加其含水量以及孔隙比呈逐渐增大的趋势[8];②沉积时间越久远的土体有机质含量越高;③三类软土透水性都较微弱,但随沉积时代的增加其透水性越大。

2.2 各类型软土工程特性对比分析

通过对3种不同类型软土的物理力学特征进行对比分析,可以认识到以下一些表现:

(1) 滨海相软土沉积时间最短,颗粒细,含水量及孔隙比最高,结构最疏松,强度最低,其物理力学性质最差,且各类指标变化范围大,离散度大;三角洲相软土次之,亦存在指标离散度较大的现象;湖沼相软土的各种物理性质最为稳定,力学性质最好,但有机质含量偏高是该类型软土的显著特点。

(2) 滨海相软土的分布范围最广,工程特性最差,为较新的海相沉积物[9],且一般厚度较大,因此对工程建设最不利,在深圳西部沿海地区应重视对该土层的地基处理;三角洲相软土分布范围亦较广泛,其工程特性差,但厚度一般,在一定范围内存在该层也会给工程建设带来不良影响;湖沼相软土物理力学性质较两者好,且其分布范围小、不连续,一般埋深较大,多呈透镜体状或夹层,因此对工程建设影响较小。

3 软基处理措施及适用性探讨

软土地基处理加固方法应根据岩土条件、设计要求、施工条件、环境保护、节约资源、经济合理等方面进行综合比选,并借鉴已有工程经验;条件许可时宜选择多种方法联合使用,综合处理,处理后的地基承载力应通过试验确定。

3.1 深圳地区常见的软基处理措施

深圳地区常用的软基处理措施有:排水固结法,强夯法,水泥搅拌桩复合地基法,换填垫层法等。

3.1.1 排水固结法

排水固结法主要用于解决饱和软土地基的沉降和稳定问题,通过在软土中打设竖向排水井(砂井或塑料排水板等),在附加荷载作用下,使土中的孔隙水被慢慢排出,孔隙比减小,地基发生固结变形,地基土的强度逐渐增长。由于附加外荷载的不同,排水固结法又分为堆载预压或超载预压、真空联合堆载预压以及堆载加强夯的动力排水固结法。

3.1.2 强夯法

该法是用起重设备(常用履带式起重机)将100～400 kN重锤从高处落下,反复多次夯击地面,将地基夯实。深圳地区除了将强夯法与预压法结合对软土进行动力排水固结法加固的工程实例外,还有的道路和场坪工程将块石置换软土采用强夯置换法加固。

3.1.3 水泥搅拌桩复合地基法

该法主要用于加固软土,将水泥和软土用机械强制拌合形成水泥土桩,利用水泥土桩与桩间土共同形成复合地基。该法主要用于道路路基和轻型建筑物地基。

3.1.4 换土垫层法和托换技术

主要针对埋深较浅的软土地基进行换土垫层法;托换法则主要采用基础加宽法、桩式托换法及综合托换法等常用托换技术。

3.2 软基处理措施适用性探讨

(1) 深圳西部滨海滩涂的滨海相软土地基,针对其软土分布范围广、连续性强、厚度大等特点,适用的处理方法为排水固结法,除个别场地采用真空预压外,一般大面积软土地基均采用堆载预压进行加固,也有个别场地可采用抛填挤淤结合强夯、搅拌桩复合地基、强夯块石墩等方法进行加固[10]。

(2) 三角洲相软土地基,由于其层厚不均,层位不稳定,土中砂粒含量分布不规律,一般不适用水泥搅拌桩等处理措施,同样,排水固结法的处理效果也较差,经济效益亦不高。较好的处理方法是换填垫层法、挤密法等。但换填法应针对软土的埋深条件具体考虑,深度较大时,开挖难度大,同时经济成本也增大。挤密法如抛石挤淤或砂桩等较为经济,可以适用于部分堤防工程或道路工程。

(3) 湖沼相软土地基,其物理力学性质相对前两者较好,在埋深较大且厚度较薄时一般可不作处理。若厚度较大时,也可采用灌入固化法,如高压喷射注浆法或水泥搅拌桩等,排水固结法及换填法均不实际。

4 结语

(1) 根据沉积环境及工程特性,深圳市软土可分为三类:滨海相软土、三角洲相软土、湖沼相软土。

(2) 三类不同沉积环境下的软土,在工程特性上亦存在差异。其中,滨海相软土沉积时间最短,其物理力学性质也最差;三角洲相软土次之;湖沼相软土相对来讲,稳定性较好,力学性质较好,但应重视其有机质含量较高的问题。

(3) 滨海相软土分布范围广、连续性强、工程特性差,对工程建设影响最不利;在一定范围内三角洲相软土也会给工程建设带来不良影响;一般来讲,湖沼相软土的影响相对较小。

(4) 选择软基处理措施时应重视不同类型软土的工程特性,充分考虑软土的沉积环境和物理力学性质等因素,更好地提高地基处理的效益。

[1] 深圳市地质学会.深圳地质[M].北京:地质出版社,2009.

[2] 张文华,张镇.浅议深圳地区软土工程性质及其勘察要点[J].水文地质工程地质,1993(3):52-53.

[3] 张运标.深圳地区第四系主要地层特征探讨[J].广州建筑,2011(5):3-10.

[4] 深圳市勘察研究院有限公司.深圳市地基基础勘察设计规范:SJG01—2010[S].深圳:深圳市住房和建设局,2010.

[5] 林春秀,彭功勋,钟涛.广州地区软土的工程特性分析[J].工程地质学报,2016(S1):29-32.

[6] 赖玉明.珠江三角洲海陆交互相沉积软土特性浅析[J].西部探矿工程,2006,123(7):171-172.

[7] 王启国,杨汉良.番禹地区软土特征及对堤防工程的影响[J].资源环境与工程,2010,24(5):579-586.

[8] 赵有明,江辉煌,张惠明.深圳地区软粘土变形参数研究[J].中国铁道科学,2004,25(3):40-43.

[9] 骆以道,杨光华.深圳西部滨海海积软土工程特性及统计分析[J].土木工程于管理学报,2012,29(2):79-86.

[10] 张运标.深圳地区常见的工程地质问题和工程实例[J].广州建筑,2009,37(5):50-56.

(责任编辑：陈姣霞)

Discussion on the Engineering Properties of Soft Soil andTreatment Measures for Soft Foundation in Shenzhen

MENG Yun, ZHOU Shu

(ShenzhenWaterPlanningandDesignInstituteCo.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong518008)

After research on depositional environment for soft soil in Shenzhen and its engineering characteristics,this paper divides the soft soil in the region into three types:marine soft soil,delta soft soil,lacustrine soft soil. Through the contrast of statistical results for physical and mechanical properties of these three types of soft soil,this paper reveals their engineering characteristics,analyzes and discusses the suitable treatment measures for soft foundation with various types.

soft soil; depositional environment; soft ground treatment measures

2016-04-22;改回日期:2016-05-19

蒙韵(1990-),男,助理工程师,勘察技术与工程专业,从事水利、市政工程地质勘察工作。E-mail:522256678@qq.com

TU447

A

1671-1211(2016)03-0450-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.047

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.036.html 数字出版日期:2016-05-05 15:31