斯月英

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一三隊(duì)，江蘇南京 201111)

南京市河西漫灘軟土工程地質(zhì)特性研究

斯月英

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八一三隊(duì)，江蘇南京 201111)

以南京市河西南湖、賽虹橋一帶的漫灘軟土為代表，討論了南京市城西漫灘軟土的沉積特征、物質(zhì)成分、粒度成分、物理力學(xué)性質(zhì)及工程地質(zhì)特性，最后介紹了軟土地區(qū)地基與基礎(chǔ)類型的合理選擇原則，為工程建設(shè)提供了相關(guān)處理措施與建議。

軟土，沉積特征，地質(zhì)，特性

0 引言

南京市地處長(zhǎng)江下游，區(qū)內(nèi)河湖水系發(fā)育，屬典型的河流港口城市。本文依據(jù)南京市河西新區(qū)河漫灘相軟土豐富的土工試驗(yàn)成果及鉆孔資料，對(duì)該區(qū)軟土的沉積特征、物質(zhì)成分、物理力學(xué)性質(zhì)、工程地質(zhì)特性進(jìn)行了探討分析與研究，并闡述了該區(qū)軟土應(yīng)力史、壓縮特性以及塑性指數(shù)與液限之間、壓縮系數(shù)與含水量之間的相關(guān)關(guān)系，以助于對(duì)該區(qū)軟土的合理利用。

1 工程地質(zhì)概況

南京河西漫灘軟土位于長(zhǎng)江東側(cè)凸岸，地貌單元屬于長(zhǎng)江河漫灘，地勢(shì)較低，地面開(kāi)闊。地下水埋深一般為0.5 m～1.5 m，并隨季節(jié)性波動(dòng)。

根據(jù)工程勘察大量的鉆孔資料得知:該區(qū)地層自上而下分為五大層:

①-1層雜填土:雜色，松散，含碎石塊、碎磚等，層厚0.6m～3.2m。

①-2層耕植土:灰褐色，濕，具可塑性，含植物根莖。層厚0.5 m～1.5 m。

①-3層淤泥:灰黑色，飽和，流塑，含較多腐殖物。

②層粘土:局部為重粉質(zhì)粘土，黃褐色，可塑～軟塑，層厚0.7 m～3.6 m，該層為河漫灘相軟土的上層。

③-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土:灰褐色，飽和，流塑，局部夾薄層粉砂、粉土。層厚4.0 m～25.0 m，高壓縮性，該層為河漫灘相軟土的中層。

③-2層粉質(zhì)粘土:灰褐色，飽和，軟塑～流塑，層厚0.7 m～20.0 m，底部夾薄層粉細(xì)砂，高壓縮性，該層為河漫灘相軟土的下層。

④層粉細(xì)砂:青灰色，稍密～中密～密實(shí)，層厚10 m～30 m。

⑤層強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖:棕色或紫紅色。強(qiáng)度自上而下由低變高。

本文著重分析和討論②層粘土，③-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，③-2層粉質(zhì)粘土的粒度成分、物質(zhì)成分、物理力學(xué)性質(zhì)和工程地質(zhì)特性。

據(jù)長(zhǎng)江防洪堤附近鉆孔綜合剖面圖得知該區(qū)地層的沉積特征如下:垂向剖面頂部①層是耕土、塘泥或填土，厚度僅為0.45 m～1.50 m;上部歸屬河漫灘相，沉積物以粒徑小于0.075 mm的懸移質(zhì)為主，組成淤泥質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土，富含有機(jī)質(zhì)及貝殼碎屑。該相厚度為10 m～28.0 m。中部為邊灘—河床相，沉積物由粉土—粉砂—細(xì)砂—中砂逐漸變化;下部為河床滯留相，顆粒成分呈粗砂—砂礫—圓礫—卵石變化，以碎石土為主。底部為長(zhǎng)江河床下伏基層，為粉砂質(zhì)泥巖、紫紅色粉砂巖等，與厚度達(dá)55 m的上覆沉積物界限起伏不平，具沖刷特征。垂向剖面特征表明，在基巖沖刷面上的沉積物具典型的河床二元結(jié)構(gòu)，即下部是側(cè)向增大沉積形成的河床滯留和邊灘沉積，上部是垂向增長(zhǎng)加積形成的泛濫淤積。特定的沉積環(huán)境限制沉積物的發(fā)育，形成粒徑自下而上由粗變細(xì)，沉積成土的季節(jié)性間歇加積，使硬殼以下的土層的物理力學(xué)性質(zhì)亦呈規(guī)律性變化，可成為工程勘察中分層和片區(qū)開(kāi)發(fā)的對(duì)比依據(jù)。

2 南京市河西漫灘軟土的物質(zhì)成分

1)粒度成分及顆粒組成。通過(guò)顆粒分析試驗(yàn)得知:南京河西漫灘軟土粒度成分主要由粉粒(0.075 mm～0.005 mm)及粘粒(＜0.005 mm)組成。并且呈現(xiàn)從上而下粘粒含量逐漸減小，粉質(zhì)含量逐漸增多的趨勢(shì)。2)軟土的物質(zhì)成分。該區(qū)軟土的物質(zhì)成分基本均勻。軟土的靜力觸探曲線的特征為無(wú)明顯的峰谷，其主要成分是粘土礦物和粒砂以下的碎屑。

3 南京市河西漫灘軟土的物理力學(xué)性質(zhì)

南京市河西長(zhǎng)江漫灘垂向剖面中的河漫灘相軟土是一種高壓縮，較高孔隙比，低強(qiáng)度軟土。其壓縮性系數(shù)為0.5 MPa-1～1.20 MPa-1，孔隙比為1.0＜e＜1.5，天然含水量接近或大于液限含水量(見(jiàn)表1)，計(jì)算承載力60 kPa～110 kPa。河漫灘相軟土分為上、中、下三個(gè)層位，上層一般為粘土或重粉質(zhì)粘土，俗稱硬殼層，強(qiáng)度稍高，一般為可塑～軟塑狀態(tài)。中層為淤泥質(zhì)粘土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，天然含水量較高，孔隙比大，強(qiáng)度低。下層為粉質(zhì)粘土或粉質(zhì)粘土夾粉砂，該層強(qiáng)度稍高，但依然是較大孔隙比，低強(qiáng)度的軟土。根據(jù)該區(qū)內(nèi)近千個(gè)土工試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，各土層的物理力學(xué)指標(biāo)如表1，表2所示。

表1 南京市河西漫灘軟土物理力學(xué)指標(biāo)表(一)

表2 南京市河西漫灘軟土物理力學(xué)指標(biāo)表(二)

另外根據(jù)區(qū)內(nèi)近千個(gè)河漫灘相軟土的物理力學(xué)指標(biāo)，通過(guò)作相關(guān)關(guān)系圖，得出該區(qū)軟土的塑性指數(shù)Ip與液限WL(%)之間存在相關(guān)關(guān)系(正相關(guān))，液限值越大，塑性指數(shù)越大，反之亦然。相關(guān)公式為:

力學(xué)指標(biāo)壓縮系數(shù)(a1-2)與天然含水量(W)之間也存在相關(guān)關(guān)系，通過(guò)作相關(guān)關(guān)系圖，得知:壓縮系數(shù)與含水量成正比，天然含水量越大，孔隙比越大，壓縮系數(shù)也越大，壓縮性越高，強(qiáng)度越低。反之，天然含水量越小，孔隙比也越小，壓縮系數(shù)亦越小，強(qiáng)度越高，其相關(guān)公式為:

得出這兩個(gè)相關(guān)公式，在實(shí)際工作中具有重要的意義。土的塑性指數(shù)是土的定名的重要指標(biāo)，土的液限WL在土工試驗(yàn)中一般容易測(cè)準(zhǔn)確，而土的塑限WP在聯(lián)合測(cè)定法及搓條法中均不易測(cè)準(zhǔn)，該指標(biāo)受人為因素影響較大，因此在準(zhǔn)確測(cè)出土的液限WL值后，利用相關(guān)式(1)，可以大致求得土的塑性指數(shù)Ip。相關(guān)式(2)在實(shí)際工作中意義更大，因?yàn)檐浲烈讛_動(dòng)，擾動(dòng)后其力學(xué)指標(biāo)往往變小，而天然含水量受土的擾動(dòng)影響較小，容易測(cè)得準(zhǔn)確。利用式(2)，就可以根據(jù)土的天然含水量大致求出土的壓縮系數(shù)值，對(duì)實(shí)測(cè)的壓縮系數(shù)值進(jìn)行校正或?qū)Ρ?，以便得出擾動(dòng)土的壓縮系數(shù)的準(zhǔn)確值。

4 南京市河西漫灘軟土的工程地質(zhì)特性

1)軟土的應(yīng)力史。據(jù)市內(nèi)埋藏型河漫灘相軟土沉積物中14C年齡值為6190年±260年～3310年±120年，推測(cè)南京市河西漫灘軟土系現(xiàn)代沉積物。由于該相直接暴露或接近地表，處在接受沉積的季節(jié)性間歇增量加荷階段，即小增量加荷。并在單一的土的自重應(yīng)力作用下發(fā)生壓縮固結(jié)現(xiàn)象，成為一種緩慢堆積起來(lái)的欠固結(jié)土。

2)軟土的壓縮特性。通過(guò)有側(cè)限的固結(jié)試驗(yàn)，e—log P曲線無(wú)拐點(diǎn)形態(tài)較陡，曲線的形態(tài)呈“L”形，而不是“乙”形。表明軟土的前期所承受的固結(jié)壓力較低。

3)軟土的抗剪特性。對(duì)河西漫灘軟土不同層位的土層進(jìn)行直接快剪，發(fā)現(xiàn)上層粘性土抗剪強(qiáng)度較高，一般為C=9 kPa～30 kPa，內(nèi)摩擦角φ=6°～18°，中層淤泥質(zhì)粘性土一般在4°～15°，如表2所示，下層粉質(zhì)粘土夾粉細(xì)砂的軟土內(nèi)摩擦角稍高，可達(dá)15°～24°。內(nèi)摩擦角φ與塑性指數(shù)成反比，Ip越高φ值越低，Ip越低φ值越大。

4)軟土的滲透特性。對(duì)南京河西漫灘軟土進(jìn)行滲透試驗(yàn)得出，該軟土的滲透性很小，滲透系數(shù)很低，一般垂直方向?yàn)?.54× 10-6～4.55×10-8，水平方向?yàn)?.20×10-6～8.20×10-7。

5)軟土的觸變性。通過(guò)多次做無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得知:該區(qū)軟土的上層靈敏度一般為St=1.5～2.0，中層St=4.0～10.0，下層St=3.0～6.0，屬于高靈敏土。該區(qū)軟土除上部硬殼層外具有明顯的觸變性。

6)具有明顯的不均勻性。同一個(gè)場(chǎng)地軟土的厚度不等。有的鉆孔在8m左右見(jiàn)粉細(xì)砂層;有的鉆孔到30m左右才能見(jiàn)粉細(xì)砂層。因此，在該地區(qū)進(jìn)行工程勘察時(shí)一定要注意軟土的分布特征，詳細(xì)準(zhǔn)確地探明場(chǎng)地內(nèi)軟土層的分布狀況，以便提供準(zhǔn)確的工程勘察成果資料。

5 南京河西漫灘軟土地區(qū)地基與基礎(chǔ)類型的合理選擇

前面分析和闡述了河西漫灘軟土的沉積特征、物理力學(xué)性質(zhì)及工程地質(zhì)特性。目的是有助于對(duì)該區(qū)軟土的合理開(kāi)發(fā)和利用。

對(duì)于荷載小，沉降量要求不高的三級(jí)建筑物，宜采用淺基礎(chǔ)，應(yīng)盡量使用上部的硬殼層。將頂部的填土、淤泥挖除，換填工程性質(zhì)較好的粉質(zhì)粘土或碎石土，并分層壓實(shí)?？捎芒趯诱惩磷鞒至印?/p>

對(duì)于6層～7層住宅樓，由于軟土承載力低，壓縮性高，滿足不了住宅樓對(duì)變形的要求，可采用深層水泥攪拌樁，形成復(fù)合地基，提高地基土的強(qiáng)度，降低地基土的變形量，不但提高了軟土的地基承載力，而且解決了軟土容易產(chǎn)生不均勻沉降的問(wèn)題，施工效果較好。采用振動(dòng)沉管灌注樁處理地基，也可以滿足住宅樓對(duì)變形的要求。

對(duì)于荷載大，沉降限制嚴(yán)格的高層建筑物，宜采用樁基，如鉆孔灌注樁，預(yù)制樁等。樁基礎(chǔ)應(yīng)穿過(guò)軟土層，采用④層粉細(xì)砂或強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化基巖作為樁端持力層。在該地區(qū)進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)，要注意軟土具有的流變特性，將引起土體位移，而可能導(dǎo)致對(duì)鄰近建筑物的危害。

6 結(jié)語(yǔ)

1)南京河西漫灘軟土中粒度成分主要由粉粒(0.075 mm～0.005 mm)和粘粒(＜0.005 mm)組成，物質(zhì)成分基本均勻。

2)南京河西漫灘軟土天然含水量(W=35%～54%)大，重度小，孔隙比大(e=1.0～1.5)，壓縮性高(a1-2=0.5 MPa～1.2 MPa)，抗剪性強(qiáng)度低，滲透系數(shù)小(K=1.20×10-6cm/s～4.55×10-8cm/s)，是一種高壓縮，較大孔隙比，低強(qiáng)度的軟土。計(jì)算承載力低(60 kPa～110 kPa)。

3)南京河西漫灘軟土的塑性指數(shù)Ip與液限WL之間，壓縮系數(shù)a1-2與天然含水量W之間存在著相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)公式分別為:

當(dāng)WL=35%～55%時(shí)Ip=0．743WL-16．5;當(dāng)W=32%～50%時(shí)a1-2=0．039W-0．85。此相關(guān)公式是根據(jù)大量數(shù)據(jù)得出的，可作為該區(qū)軟土的經(jīng)驗(yàn)公式。

4)南京城西漫灘軟土具有明顯的觸變性和不均勻性，在該區(qū)進(jìn)行工程勘察和地基處理時(shí)，一定要考慮這兩方面因素。

5)由于河西漫灘軟土的上部0 m～3.6 m厚的粘性土強(qiáng)度較高，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=110 kPa左右，應(yīng)盡量使用該層作三級(jí)建筑物的持力層，對(duì)樁基礎(chǔ)宜用軟土底部的粉細(xì)砂層或強(qiáng)風(fēng)化～微風(fēng)化基巖作為樁端持力層，由于軟土中伊利石含量較高，樁基礎(chǔ)施工中要注意縮徑現(xiàn)象。

［1］ 劉大鵬，張青喜.地基與基礎(chǔ)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2009.

［2］ 《工程地質(zhì)手冊(cè)》編寫委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.第4版.北京:中國(guó)建筑出版社，2007.

［3］ GB 50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

Research on soft soil engineering geological characteristics in Nanjing Hexi overbank

Si Yueying

(Jiangsu Non-ferrousMetal East China Geological Survey Team 813，Nanjing 201111，China)

Taking the overbank soft soil near Nanjing Hexi south lake，Saihong bridge as a representative，this paper discussed the sedimentary characteristics，material composition，particle size composition，physical and mechanical properties and engineering geological characteristics of Nanjing west overbank soft soil，finally introduced the reasonable selection principle of soft soil area types and ground foundation，provided relevantmeasures and suggestions for engineering construction.

soft soil，sedimentary characteristic，geological，characteristic

TU447

A

1009-6825(2015)29-0058-02

2015-08-06

斯月英(1962-)，女，高級(jí)工程師