曹江濤，翟偉強(qiáng)

(華北地質(zhì)勘查局五一九大隊(duì) ，河北保定 071051)

新近沉積土是指第四紀(jì)全新世(Q4)中、晚期形成的土，是在流水、重力和風(fēng)力作用下重新搬運(yùn)堆積(沉積)或由其它因素形成的沖洪積、坡積和風(fēng)積土。由于我國(guó)對(duì)新近沉積土研究時(shí)間短，不同地域的新近沉積土又受所處地貌特征、沉積環(huán)境、成因等諸多因素的影響，所以無(wú)論是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]還是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]，均未單獨(dú)對(duì)新近沉積土進(jìn)行明確、詳細(xì)地分類，多是按土的堆積年代、地質(zhì)成因或顆粒級(jí)配、塑性指數(shù)等，對(duì)其進(jìn)行宏觀分類；1996年，由我國(guó)勘察大師林宗元主編的《巖土工程勘察設(shè)計(jì)手冊(cè)》在參考各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范后，對(duì)新近沉積土進(jìn)行了較為詳盡的劃分，以土的力學(xué)性質(zhì)為主要?jiǎng)澐忠罁?jù)，把新近沉積土劃分為：新近沉積黏性土、新近沉積粉土和砂礫土、新近沉積黃土。

由于新近沉積土地層不穩(wěn)定、工程性能差，承載力低等多種因素，往往對(duì)工程產(chǎn)生不利的影響，建筑施工時(shí)需要進(jìn)行處理。因此，許多勘察單位施工時(shí)，對(duì)新近沉積土也相當(dāng)重視，以免因勘察不準(zhǔn)確而產(chǎn)生工程質(zhì)量問題。

但在實(shí)際工作中，由于受鉆孔內(nèi)取土的限制，在新近沉積土特征不明顯的情況下，很難全部辨認(rèn)出或根本不能區(qū)分，在這種情況下，就要結(jié)合野外觀察與室內(nèi)鑒定綜合判定、分析、評(píng)價(jià)。

1 工程概況

1.1 工程概況

某單位擬建一棟辦公樓與一棟試驗(yàn)樓，磚混結(jié)構(gòu)，其中辦公樓長(zhǎng)59.8 m、寬16.2 m、6層，試驗(yàn)樓長(zhǎng)59.8 m、寬17.6 m、5層，均擬采用條形基礎(chǔ)，工程安全等級(jí)為二級(jí)。

擬建場(chǎng)地的地貌單元為華北沖洪積平原的西部邊緣帶，地勢(shì)平坦開闊。

1.2 勘察方案布署及勘察手段

本次勘察技術(shù)方法采取以鉆探取樣試驗(yàn)為主，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及單橋靜力觸探兩種原位測(cè)試、波速測(cè)試等多種測(cè)試手段進(jìn)行。按建筑物周邊布孔原則，共布置勘探孔16個(gè)，其中取土試樣鉆孔8個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔3個(gè)，靜力觸探試驗(yàn)孔3個(gè)，鑒別孔2個(gè)，孔深10.0～15.0 m。通過上述勘察手段,為查明擬建場(chǎng)地巖土層的分布及其工程特性取得了必要的數(shù)據(jù)。工程地質(zhì)勘探點(diǎn)平面布置見圖1。

圖例:①取土試樣鉆孔;②標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔;③靜力觸探試驗(yàn)孔;④波速測(cè)試孔;⑤鑒別孔;⑥鉆孔編號(hào);⑦工程地質(zhì)剖面位置及編號(hào);⑧推測(cè)軟硬場(chǎng)地分界線;⑨推測(cè)新近沉積地層與正常沉積地層分界線;⑩不同力學(xué)性能場(chǎng)地單元范圍及編號(hào)。圖1 工程地質(zhì)勘探點(diǎn)平面布置

2 新近沉積土的判定

2.1 野外施工特征

在野外施工過程中，發(fā)現(xiàn)整個(gè)擬建場(chǎng)地地質(zhì)產(chǎn)生條件較復(fù)雜，南北向土層間厚度變化大或局部地層缺失，東西兩側(cè)場(chǎng)地軟硬不均等，具體情況為：

(1)通過勘察發(fā)現(xiàn)，各土層水平方向上厚度變化不大，如1-1’工程地質(zhì)剖面圖中，鉆孔ZK1、ZK2、ZK3、ZK4之間各土層的厚度最大差值為1.2 m，各土層的層面坡度均小于10 %；而在縱向上厚度變化較大，如8-8’工程地質(zhì)剖面圖中，鉆孔ZK4、ZK8與ZK12、ZK16間各土層的厚度最大差值為4.6 m，⑧層以上各土層的層面坡度均大于10 %，如圖2所示。結(jié)合1-1’、8-8’及其它工程地質(zhì)剖面圖中同一土層在水平方向、縱向上厚度的變化，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員懷疑場(chǎng)地內(nèi)存在一條近東西向的埋藏古溝槽產(chǎn)生。

圖例:①雜填土；②5粉土；③粉質(zhì)黏土；④細(xì)砂；⑤中砂；⑥鉆孔內(nèi)取樣位置及編號(hào)；⑦標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)位置及擊數(shù)；⑧單橋靜力觸探曲線；⑨推測(cè)新近代沉積地層與正常沉積地層分界線;⑩土層編號(hào)。圖2 8-8’工程地質(zhì)剖面

(2)在施工過程中，野外觀察場(chǎng)地東側(cè)8.0 m左右以上土層的含水量明顯高于西側(cè)土層的含水量，可按含水狀態(tài)及軟硬程度劃分為2個(gè)區(qū)段，其分界線如圖1中A-A’所示。

(3)整個(gè)擬建場(chǎng)地砂層以上的粉土、粉質(zhì)黏土等土層，呈褐黃或黃褐色，密實(shí)度較好，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)一般為4～15擊。其內(nèi)未見貝殼、碎磚瓦、陶瓷片、朽木等包含物。野外觀察該土層，無(wú)論從顏色、結(jié)構(gòu)及包含物上均未見明顯新近沉積土的特征，僅是局部粉土中含少量砂質(zhì)或粉質(zhì)黏土中粉質(zhì)、砂質(zhì)略重。

場(chǎng)地內(nèi)是否存在埋藏古溝槽，埋藏古溝槽的方向如何，是否因存在一條南北向的古溝槽導(dǎo)致產(chǎn)生場(chǎng)地東西兩側(cè)軟硬程度不均，還是其他原因?qū)е庐a(chǎn)生場(chǎng)地西硬東軟的問題成為本次巖土工程勘察以及對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)條件能否正確分析、評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。

2.2 根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行鑒別

根據(jù)目前的工作狀況，依據(jù)野外勘察施工中描述的土層情況不能準(zhǔn)確判定是否為新近沉積土，此時(shí)，則可依據(jù)室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行判別，以此進(jìn)行借鑒、參考。

依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025-2004)對(duì)新近堆積黃土的劃分，采用判別分析方法，將新近堆積黃土和一般黃土分成兩組，計(jì)算出判別函數(shù)分界值R0，然后根據(jù)判別式計(jì)算待判別未知土層的判別值R。

其判別式為：R= -68.45e+10.98a-7.16γ+1.18ω

R0=-154.80

式中：e為孔隙比；a為壓縮系數(shù),取0～100 kPa，或50～150 kPa壓力段的壓縮系數(shù)之大者(MPa-1)；γ為土的重度(kN/m3)；ω為土的天然含水量( %)。

當(dāng)R>R0時(shí)，待判別土層為新近堆積黃土。當(dāng)R

經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)，得出本場(chǎng)地各鉆孔內(nèi)樣品的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)?，F(xiàn)僅以ZK16孔內(nèi)數(shù)據(jù)為例，依據(jù)上述公式進(jìn)行計(jì)算(表1)。

依據(jù)規(guī)范[3]要求，當(dāng)有一半以上土樣R>R0時(shí)，則可判定該場(chǎng)地內(nèi)的黃土為新近堆積黃土。該規(guī)范要求同樣適用于新近沉積的粉土及粉質(zhì)黏土等。ZK16鉆孔中R>R0的土樣比例為63 %，滿足規(guī)范要求，可判定此孔內(nèi)的土樣為新近沉積土。用同樣的方法對(duì)其他取土試樣鉆孔進(jìn)行判別，均可滿足規(guī)范要求，故可判定本場(chǎng)地內(nèi)②～⑤層為新近沉積土層。

表1 ZK16孔土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)及判別值R計(jì)算結(jié)果

注：壓縮系數(shù)(a)采用50～150 kPa壓力段的數(shù)值。

同時(shí)，從表1及其他鉆孔中數(shù)據(jù)可以看出新近沉積粉土、新近沉積粉質(zhì)黏土的天然孔隙比、液限普遍比第四紀(jì)正常沉積的粉土、粉質(zhì)黏土均稍高，而壓縮模量值則相對(duì)較低，大部分在4～7 MPa之間。

2.3 根據(jù)原位測(cè)試進(jìn)行鑒別

當(dāng)野外施工不能準(zhǔn)確判定是否為新近沉積土?xí)r，亦可依據(jù)一些較成熟的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行鑒別。

雖然河北省及保定市均沒有相關(guān)的室內(nèi)判別新近沉積土的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由于保定緊鄰北京，二者同屬于華北平原地層，為山前沖洪積平原，在地貌特征、沉積環(huán)境、成因等方面極其類似，而北京對(duì)于新近沉積土的研究時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)、較系統(tǒng)，故而亦可借鑒北京方面較成熟的取值標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行鑒別。

依據(jù)北京地區(qū)對(duì)新近堆積土采用以原位測(cè)試為主的研究成果[4]，以靜力觸探比貫入阻力Ps( MPa)與土的壓縮模量Es( MPa)為變量建立的判別函數(shù)公式為：

R=1.014Es-1.518Ps

判別函數(shù)分界值：R0=4.4

當(dāng)判別土層的R>R0時(shí)，為一般堆積土；當(dāng)判別土層的R

下面僅以ZK16孔內(nèi)壓縮模量Es數(shù)值及ZK12孔內(nèi)靜力觸探比貫入阻力Ps數(shù)值為例，依據(jù)上述公式進(jìn)行計(jì)算(表2)。

表2 判定計(jì)算結(jié)果

依據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)公式，可判定ZK16、ZK12孔內(nèi)②～⑤層為新近沉積土層。利用其他鉆孔內(nèi)壓縮模量Es數(shù)據(jù)及靜力觸探比貫入阻力Ps數(shù)據(jù)均得出相同結(jié)論，故可判定整個(gè)場(chǎng)地內(nèi)②～⑤層為新近沉積土層。

3 場(chǎng)地綜合評(píng)價(jià)

3.1 場(chǎng)地條件分析

通過利用室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合野外地質(zhì)特征綜合判定場(chǎng)地內(nèi)②～⑤層為新近代沉積土層。

同時(shí)，經(jīng)調(diào)查，擬建場(chǎng)地西部原為該單位的庫(kù)房區(qū)范圍，地表大部分為路面硬化較好，地表排水通暢，庫(kù)房前后高大的樹木較多，受其影響，淺部土層含水量較少，土質(zhì)干硬。場(chǎng)地東部原為居住區(qū)，且原有鍋爐房位于東北角，上下水管道較多，設(shè)備老舊，滲漏水較多，且地表排水不暢，土質(zhì)相對(duì)較濕軟，是導(dǎo)致擬建場(chǎng)地西硬東軟的原因，屬正常沉積土層，排除了南北向存在埋藏古溝槽的可能性，因此判定場(chǎng)地內(nèi)埋藏古溝槽的方向?yàn)榻鼥|西向。

該埋藏古溝槽地層與正常沉積地層分界線如圖1中B-B’所示。由于場(chǎng)地內(nèi)土層在相同巖性上力學(xué)性能也很不均勻，故而按分界線A-A’、B-B’將整個(gè)擬建場(chǎng)地劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個(gè)不同力學(xué)性能的小區(qū)塊(圖1)。

綜合評(píng)定整個(gè)擬建場(chǎng)地為工程地質(zhì)條件不利地段。

3.2 場(chǎng)地地基條件評(píng)價(jià)

就整個(gè)擬建場(chǎng)地地基而言，4個(gè)不同力學(xué)性能小區(qū)塊的土質(zhì)軟硬程度差異明顯，承載力值相差較大，各層分布厚度及層面坡度變化較大，地基均勻性差異較大，試驗(yàn)樓地基跨越正常沉積地層軟硬區(qū)分界及西南角極少部分處于兩種不同工程地質(zhì)單元，辦公樓地基處于新近代古溝槽地層內(nèi)且跨越軟硬區(qū)分界。

根據(jù)上述情況，建議試驗(yàn)樓以⑥層粉土為淺埋基礎(chǔ)的主要持力層，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)地基承載力取軟弱區(qū)的數(shù)值，同時(shí)采取加大基礎(chǔ)措施及上部結(jié)構(gòu)的剛度與整體性，以降低地基不均勻沉降對(duì)工程的影響?；蛟谲浫鯀^(qū)采用少量水泥土樁復(fù)合地基，以增強(qiáng)軟弱區(qū)的地基承載力，二者進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案對(duì)比后而定。對(duì)于西南角處極小部分的新近代沉積地層，可采用換填法進(jìn)行處理。

對(duì)于辦公樓，以②層新近沉積粉土為淺埋基礎(chǔ)的主要持力層，采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行處理，以提高地基承載力及降低地基不均勻沉降對(duì)工程的影響?？紤]辦公樓地基跨越新近代古溝槽沉積地層內(nèi)軟硬區(qū)分界，建議可采用不同樁長(zhǎng)或不同置換率進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足復(fù)合地基均勻性的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

工程中對(duì)新近沉積土的判定，在野外施工過程中，可依賴其現(xiàn)場(chǎng)所處地貌部位、土的外觀特征進(jìn)行判定；當(dāng)其野外識(shí)別特征不明顯，對(duì)其判定把握性不大時(shí)，應(yīng)根據(jù)土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)做出判別分析；亦可依據(jù)當(dāng)?shù)匮芯砍潭容^高的、較成熟的取值標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行鑒別，或是按上述方法進(jìn)行綜合判定。只有對(duì)擬建場(chǎng)地地層做出正確的認(rèn)識(shí)，才能進(jìn)一步對(duì)整個(gè)場(chǎng)地做出準(zhǔn)確的分析、評(píng)價(jià)，才能更好地為建設(shè)工程服務(wù)。

[1] GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范[S]

[2] JTS 133-1-2010港口工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[3] GB 50025-2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S]

[4] 林宗元 .巖土工程勘察設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].沈陽(yáng)： 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1996