金新鋒 許水潮 劉秀珍

(中機(jī)三勘巖土工程有限公司，湖北武漢 430031)

武昌長(zhǎng)江古河道地層巖土工程性質(zhì)分析

金新鋒 許水潮 劉秀珍

(中機(jī)三勘巖土工程有限公司，湖北武漢 430031)

針對(duì)武昌地區(qū)古河道地層特殊的巖土工程性質(zhì)，從古河道地層的物理力學(xué)特征、滲透性等方面對(duì)巖土工程性質(zhì)進(jìn)行了研究，通過(guò)兩個(gè)公式計(jì)算出含粘性土粉砂層壓縮模量和承載力特征值，以供參考。

古河道，含粘性土粉砂，壓縮模量，承載力

0 引言

長(zhǎng)江古河道是長(zhǎng)江在遷徙改道過(guò)程中所遺留下來(lái)的廢棄河道，武漢市武昌地區(qū)古河道主要分布于首義路—武昌火車站—大東門—中南路—水果湖—武重一帶，據(jù)前人研究，武昌古河道形成時(shí)間約在第四紀(jì)中更新世～晚更新世初期［1］，由于沉積物年代較早，且大都處于武漢地區(qū)長(zhǎng)江三級(jí)階地，古河道表層一般分布有較厚的老粘性土層，具有較高的承載力，其所分布地區(qū)均為良好的建筑場(chǎng)地。但老粘土層下存在一套粘土質(zhì)砂性土，其物理力學(xué)性質(zhì)較上部地層稍差，使得擬建建筑物、特別是高層建筑物的地基承載力及沉降驗(yàn)算成為必要［2］?，F(xiàn)有國(guó)家及地方規(guī)范規(guī)程均未對(duì)古河道地層的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行論述，本文對(duì)該砂性土層特別是含粘性土粉砂層的巖土工程性質(zhì)進(jìn)行初步分析，為武昌古河道分布區(qū)范圍內(nèi)的巖土工程勘察與設(shè)計(jì)提供參考。

1 古河道地層定名與物理力學(xué)特征

古河道地層上部為老粘土層，下部分布著砂性土層，該砂性土層野外巖芯管取樣呈柱狀，可塑性較好，但切面粗糙，砂感強(qiáng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆探該層有如下特點(diǎn)：1)地層一般表現(xiàn)為由上到下從細(xì)到粗的沖洪積地層，具層理和韻律結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)在地層結(jié)構(gòu)上由淺到深分布為粉砂、細(xì)砂、中粗砂，底部局部為礫砂及卵石，與長(zhǎng)江一級(jí)階地砂層特征一樣。2)粘粒含量高，使土層表現(xiàn)出明顯的粘性土特性，這是該砂性土層最顯著的特點(diǎn)［2，3］。根據(jù)中南路附近兩工程對(duì)該層分試驗(yàn)表明，其粘粒含量為 16．2% ～22．0%［4，5］。

粘粒的存在造成了該砂層在土類劃分上的困難，從而導(dǎo)致該砂土層在承載力確定上的困難。該層土既具有粘性土(粉質(zhì)粘土或粉土)的特征，又具有砂土的特征，我們不妨把它看成是一種混合土并以砂土為主，按GB 50021-2001(2009年版)，巖土工程勘察規(guī)范3．3．6的定義可定名為“含粘性土粉砂”［6］;如果按 GBJ 145-90土的分類標(biāo)準(zhǔn)該層可定名為“粘土質(zhì)粉砂”［7］，用于工民建勘察時(shí)建議根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》采用“含粘性土粉砂”。無(wú)論定名如何，它們都具有相同的物理力學(xué)特征，主要表現(xiàn)在：野外可采取原狀樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，塑性指數(shù)一般為粉土～粉質(zhì)粘土的范圍，含水量較小，孔隙比較小，壓縮性為中偏低，粘聚力比相同狀態(tài)的粘性土小而比砂土大，內(nèi)摩擦角比砂土小而比粘性土大，標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)比相同狀態(tài)的粘性土大而比砂土小，靜力觸探曲線具有砂性土的特征且數(shù)值接近粉土的Ps值。總之，它是一種介于粘性土和砂土性質(zhì)之間的土，物理力學(xué)性質(zhì)與二者有較大差別。

2 古河道地層滲透性分析

由于含粘性土粉砂層粘粒含量較大，雖具有砂性土的特征，但粘粒的存在降低了它的滲透性。根據(jù)中南路一工地水文地質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果表明：場(chǎng)地內(nèi)45．0 m以上段含粘性土粉、細(xì)砂層綜合滲透系數(shù)建議值K=3．37 m/d，影響半徑為117 m［4］。同時(shí)根據(jù)中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司在中南路工行廣場(chǎng)(原金宮大廈)及中南商業(yè)大樓注水試驗(yàn)結(jié)果，含粘性土粉砂層的滲透系數(shù)K=2．10 m/d。該場(chǎng)地承壓水水頭標(biāo)高在12月份時(shí)為14．50 m～15．00 m，其承壓水水頭變化幅度為6．60 m左右［5］。因此，古河道地層滲透系數(shù)為武漢市長(zhǎng)江一級(jí)階地砂性土地層的1/5～1/10，但遠(yuǎn)比粘性土大，承壓水水頭變化幅度亦比長(zhǎng)江一級(jí)階地大。由于其上部一般覆蓋有較厚的老粘性土層，基坑降水時(shí)一般不會(huì)產(chǎn)生地面沉降等次生災(zāi)害。

3 古河道地層巖土工程性質(zhì)分析

作為巖土工程勘察來(lái)講，最主要的目的是獲取巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，其中以壓縮性指標(biāo)、承載力指標(biāo)及剪切指標(biāo)為主。本文巖土工程性質(zhì)主要指壓縮性指標(biāo)和承載力指標(biāo)，由于含粘性土粉砂層的特殊性，根據(jù)DB 42/169-2003巖土工程勘察工作規(guī)程，湖北省地方規(guī)范推薦經(jīng)驗(yàn)表格無(wú)論采用粘性土和砂土原位測(cè)試指標(biāo)來(lái)查表均無(wú)法獲得較為真實(shí)的結(jié)果。

含粘性土粉砂層具有粘性土和砂土的特征，但總體具有可塑性，壓縮系數(shù)較相同狀態(tài)的粘性土小而比砂土大，壓縮模量較相同狀態(tài)的粘性土大而比砂土小。根據(jù)土工試驗(yàn)得出的壓縮模量一般較可靠。目前，我國(guó)規(guī)范(國(guó)家或地方)推薦的土的承載力確定方法有3種：查表法、理論公式計(jì)算法、現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)法。查表法對(duì)于不在承載力表范圍內(nèi)而無(wú)法使用;采用理論公式計(jì)算法求地基承載力，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣和土工試驗(yàn)結(jié)果要求很高，且不同的公式計(jì)算結(jié)果尚有差別;現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)法，結(jié)果最為準(zhǔn)確可靠，不足之處是試驗(yàn)費(fèi)用高、周期長(zhǎng)。對(duì)湖北省來(lái)說(shuō)，查表法用的最廣泛，但對(duì)于古河道的含粘性土粉砂層不在承載力表范圍內(nèi)而無(wú)法直接使用。古河道地層由于粘粒含量高而具有可塑性，因此，如果粘粒含量越低其性質(zhì)就越接近砂土，粘粒含量越高越接近粘性土。根據(jù)本單位及武漢市其他單位在古河道地區(qū)所做的工作，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后對(duì)于不在地方規(guī)范經(jīng)驗(yàn)表格里的含粘性土粉砂層，其壓縮模量和承載力特征值指標(biāo)分別按粘性土和粉砂按照原位測(cè)試結(jié)果來(lái)查表，再按以下經(jīng)驗(yàn)公式換算得出含粘性土粉砂層壓縮模量和承載力特征值。

以上兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式中：fak和Es(1～2)為含粘性土粉砂承載力特征值和壓縮模量，fak粘，Es(1～2)粘及 fak砂，Es(1～2)砂為根據(jù)原位測(cè)試指標(biāo)分別按粘性土和砂土查表所得的承載力特征值和壓縮模量，ρ為粘粒含量。

經(jīng)過(guò)武昌古河道分布區(qū)幾個(gè)工程實(shí)例及載荷試驗(yàn)驗(yàn)證，采用上式來(lái)確定含粘性土粉砂層的承載力和壓縮模量與載荷試驗(yàn)結(jié)果較為接近。由于含粘性土粉砂層孔隙比較粘性土小，采用e和IL來(lái)查表得出的承載力往往偏大，實(shí)際工作中應(yīng)盡量以原位測(cè)試結(jié)果來(lái)獲取承載力特征值，而壓縮模量選用土工試驗(yàn)得出的結(jié)果較為可靠，且與本文經(jīng)驗(yàn)公式得出的結(jié)果較為一致。含粘性土粉砂層在具有較大內(nèi)摩擦角的同時(shí)也具有較大的粘聚力，其數(shù)值一般介于砂土和粘性土之間，對(duì)于剪切指標(biāo)則可采用土工試驗(yàn)結(jié)果或參照DB 42/169-2003巖土工程勘察工作規(guī)程，湖北省地方規(guī)范附錄R中粉土的c，φ值采用靜力觸探值來(lái)確定［8］。對(duì)于古河道地層下部含粗顆粒的中粗砂或礫卵石層，由于其不易取原狀樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，因此其承載力和壓縮模量應(yīng)盡量以原位測(cè)試結(jié)果來(lái)獲取。

4 結(jié)語(yǔ)

1)武昌地區(qū)古河道粉砂性土地層建議根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》采用“含粘性土粉砂”。

2)古河道地層含粘性土粉砂可以看作是粘性土與粉砂的混合土，盡管它在成分上以砂粒為主，但其粘粒含量高，工程物理力學(xué)性質(zhì)介于砂土和粘性土之間，其滲透性為武漢市長(zhǎng)江一級(jí)階地砂性土地層的1/5～1/10，但遠(yuǎn)比粘性土大。

3)含粘性土粉砂層壓縮模量和承載力特征值可按下列經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)取值：fak=fak粘× ρ+fak砂× (1 － ρ)，Es(1～2)=Es(1～2)粘× ρ+

Es(1～2)砂× (1 － ρ)。

采用此經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按要求進(jìn)行原位測(cè)試和取樣，并參照地區(qū)成功經(jīng)驗(yàn)，重要工程必要時(shí)應(yīng)有一定數(shù)量的現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)結(jié)果作為參照。

4)由于古河道地層在武昌和漢陽(yáng)等地分布較廣，建議在充分收集該類土資料的基礎(chǔ)上，今后的湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)將該類土的物理力學(xué)指標(biāo)與承載力的統(tǒng)計(jì)關(guān)系納入其中，以便工程應(yīng)用［3］。

［1］鄧健如，伍維周．長(zhǎng)江武漢河段的形成和貫通時(shí)間［J］．湖北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1992(4)：414-418．

［2］宋榜慈，武予東．沖洪積成因粘土質(zhì)粉砂的工程地質(zhì)特性［J］．土工基礎(chǔ)，2002(4)：56-58．

［3］周 平，朱長(zhǎng)歧，黃理興，等．武昌地區(qū)含粘性土粉砂承載力探討［J］．巖土力學(xué)，2005(3)：471-474．

［4］中機(jī)三勘巖土工程有限公司．武漢市軌道交通二號(hào)線中南路建設(shè)廳還建樓及綜合樓巖土工程勘察報(bào)告書(詳勘)［R］．中機(jī)三勘巖土工程有限公司，2011．

［5］中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司．武漢市軌道交通二號(hào)線一期工程勘察Ⅳ標(biāo)段(中南路站)巖土工程勘察報(bào)告書(詳勘)［R］．中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司，2008．

［6］GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］．

［7］GBJ 145-90，土的分類標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［8］DB 42/169-2003，湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)巖土工程勘察工作規(guī)程［S］．

Analysis on stratum geological engineering quality of ancient Yangze river in Wuchang

JIN Xin-feng XU Shui-chao LIU Xiu-zhen

(China Machinery TIDI Geotechnical Engineering Co．，Ltd，Wuhan 430031，China)

In light of the geological engineering quality of special stratum of ancient Yangze river in Wuchang region，the paper studies the geological engineering quality from aspects of physical-mechanical features and penetration of ancient river stratum，and calculates the compression modulus and bearing capacity value of cohesive soil silt with two formulas，with a view to provide some guidance．

ancient river，cohesive soil silt，compression modulus，bearing capacity

TU441．4

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.129

1009-6825(2013)10-0083-02

2013-01-28

金新鋒(1981-)，男，工程師; 許水潮(1969-)，男，高級(jí)工程師; 劉秀珍(1981-)，女，工程師