王 輝，趙志峰，溫偉光，劉曉磊

（1.天津市勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300191；2.天津泰勘工程技術(shù)咨詢有限公司，天津 300191）

新近沉積土是一種有別于一般第四紀(jì)沉積土的“近代土”，具有獨(dú)特的工程特性，多見于河漫灘、山前沖積、洪積扇的表層和已填塞的溝、塘、谷及河道泛濫區(qū)[1]。國(guó)外有關(guān)新近沉積土研究的文獻(xiàn)較少，一般都是就新近沉積土某些特征進(jìn)行單一探討，研究并不系統(tǒng)和深入[2]。自上世紀(jì)70～80年代開始，國(guó)內(nèi)開始注意到新近沉積土特殊的工程特性，由此開展了一系列相關(guān)研究工作。目前國(guó)內(nèi)對(duì)新近沉積土確切的劃分年代界線并沒有統(tǒng)一[3]，對(duì)其基本工程地質(zhì)性質(zhì)的描述更是過于簡(jiǎn)單和模糊，有待于進(jìn)一步更細(xì)致的研究和探索。此外，雖已被納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但在地質(zhì)學(xué)科中，新近沉積土并不是一個(gè)規(guī)范的專業(yè)術(shù)語，“新近期”不是地質(zhì)年代術(shù)語，在傳統(tǒng)的地層學(xué)中也沒有“新近沉積土”的巖性定名。因此，地質(zhì)地礦部門在第四紀(jì)地質(zhì)年代、地層巖相等研究中，也缺乏對(duì)“新近沉積土”的專項(xiàng)研究。

天津位于渤海西岸，其淺表地層形成于最后一次海退成陸過程，且自內(nèi)陸向沿海的沉積年代由老變新[4?5]。在早期城市建設(shè)中，由于缺乏對(duì)新近沉積土了解，出現(xiàn)了房屋沉降開裂、路面斷裂破壞等現(xiàn)象。為解決上述問題，天津?qū)π陆练e土開始進(jìn)行專項(xiàng)研究，涉及范圍包括市區(qū)及濱海新區(qū)塘沽部分地段，是國(guó)內(nèi)最早一批開展新近沉積土研究的城市。經(jīng)過多年研究[6?11]，現(xiàn)已明確了天津新近沉積土的形成年代以4 000年為界，并給出了其成因類型、分布范圍、巖性組成和物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。實(shí)踐證明，新近沉積土的現(xiàn)有研究成果在天津市區(qū)具有良好的適用性，但在研究涉及較少的濱海新區(qū)則出現(xiàn)了新近沉積層與第Ⅰ陸相層劃分存在重疊沖突的問題，以往為保持與市區(qū)地層一致而劃分第Ⅰ陸相層（上部陸相層）時(shí)，出現(xiàn)了許多問題，如：第Ⅰ陸相層地基承載力或樁基參數(shù)取值偏高，導(dǎo)致實(shí)際工程中建筑物沉降過大、開裂或基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、破壞等問題。

綜上，開展濱海新區(qū)新近沉積土研究，一方面可補(bǔ)充完善天津新近沉積土理論成果，另一方面也為濱海新區(qū)工程建設(shè)中的勘察、設(shè)計(jì)、施工提供可靠依據(jù)。

1 濱海新區(qū)新近沉積土劃分

1.1 新近沉積土形成年代

（1）古海岸線年代分析

歷史上，黃河曾有3次改道至天津附近入海，在海浪沖擊和黃河攜帶泥沙入海時(shí)的造陸作用下，天津平原東部形成了數(shù)條由海生貝類逐漸堆積而成、大致平行的貝殼堤。因此，現(xiàn)存的貝殼堤就是原古海岸線，也就是成陸的歷史見證，同時(shí)也是天津?yàn)I海地層沉積年代的重要資料。根據(jù)《天津市地質(zhì)環(huán)境圖集》[11]和有關(guān)文獻(xiàn)資料[12?13]，天津?yàn)I海新區(qū)共分布有3道貝殼堤，自東向西分別為第一、第二及第三貝殼堤，其形成年代及分布具體見圖1。

圖1 古海岸線（古貝殼堤）分布示意圖Fig.1 Distribution diagram of the ancient coastline(ancient shell dike)

由圖1可知，第一道貝殼堤形成于距今約200年，基本沿現(xiàn)代海岸線分布，分布于大神堂—蔡家堡—蟶頭沽—驢駒河—高沙嶺—唐家河—岐口鎮(zhèn)，在岐口附近與第二道貝殼堤合并；第二道貝殼堤形成于距今約2 000年左右，分布于漢沽的灑金坨—茶淀—軍糧城—上古林—馬棚口—岐口，在岐口與第一道貝殼堤匯合，為戰(zhàn)國(guó)前古文化遺址；第三道貝殼堤形成于距今約3 800～3 000年，分布于漢沽的高莊村南—七里海鎮(zhèn)—造甲城鎮(zhèn)—張貴莊及北大港，根據(jù)考證大體與春秋時(shí)期的海岸線相近。

（2）測(cè)年試驗(yàn)分析

為確定濱海新區(qū)新近沉積時(shí)間，根據(jù)歷年研究成果及相關(guān)單位資料，本次在研究區(qū)域及周邊共收集了了31組測(cè)年數(shù)據(jù)，按照采樣深度小于5.0 m的原則進(jìn)行篩選，共篩選出13組進(jìn)行分析。測(cè)年取樣位置見圖2，測(cè)年結(jié)果見表1。

表1 收集的測(cè)年成果數(shù)據(jù)Table 1 Collected dating results

圖2 測(cè)年取樣位置示意圖Fig.2 Location of the sampling points for dating

由于14C測(cè)年樣品的送樣要求高，在補(bǔ)充鉆孔中共取得了5組樣品的有效測(cè)試結(jié)果，如表2所示。

表2 補(bǔ)充測(cè)年數(shù)據(jù)Table 2 Supplementary dating data

根據(jù)以上測(cè)年數(shù)據(jù)分布及結(jié)果可知，大部分測(cè)年數(shù)據(jù)與《天津市地質(zhì)環(huán)境圖集》和有關(guān)文獻(xiàn)資料所提供的3道貝殼堤形成年代界限相符，僅局部在S5、B1等處測(cè)年數(shù)據(jù)有所異常。

（3）綜合分析

經(jīng)過對(duì)古海岸線（貝殼堤）分布研究，依據(jù)實(shí)際測(cè)年成果，可以確定：濱海新區(qū)第三道貝殼堤以東的上部陸相沉積土層形成年代小于4 000年。

1.2 濱海新區(qū)與市區(qū)上部陸相沉積土對(duì)比分析

（1）物理性狀

濱海地區(qū)上部陸相沉積土在顏色、結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度方面與市區(qū)上部陸相沉積土有明顯區(qū)別，但與市區(qū)新近沉積土卻極為相近，詳見表3。

表3 物理性狀對(duì)比Table 3 Comparison of physical properties

（2）物理力學(xué)指標(biāo)

就土的工程性質(zhì)而言，濱海新區(qū)上部陸相沉積土與市區(qū)相比存在明顯差異。其一是巖性差異，濱海新區(qū)許多上部陸相沉積層中出現(xiàn)淤泥質(zhì)土，而市區(qū)除新近沉積層中出現(xiàn)淤泥質(zhì)土外，在上部陸相沉積層中不會(huì)出現(xiàn)；其二是物理力學(xué)性質(zhì)差異，濱海新區(qū)上部陸相沉積土的物理力學(xué)性質(zhì)明顯差于市區(qū)上部陸相沉積土，也差于市區(qū)新近沉積土。本次共統(tǒng)計(jì)了12 858組土樣的試驗(yàn)指標(biāo)，其中位于市區(qū)新近沉積層的有3 037組，位于市區(qū)上部陸相沉積層的有5 758組，位于濱海新區(qū)上部陸相沉積層的有 4 063組。上部陸相沉積層與新近沉積層中相同巖性土層的物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)比情況見表4—表7。

表4 黏土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistics of physical and mechanical indexes of clay

表5 粉質(zhì)黏土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistics of physical and mechanical indexes of silty clay

表6 淤泥質(zhì)土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)Table 6 Statistics of physical and mechanical indexes of silty soil

表7 粉土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)Table 7 Statistics of physical and mechanical indexes of silt

1.3 新近沉積土分析確定

綜合上述研究成果可知，濱海新區(qū)上部陸相沉積土形成年代界限為4 000年，其物理力學(xué)性質(zhì)既差于市區(qū)上部陸相沉積土，也差于市區(qū)新近沉積土，完全符合天津地區(qū)新近沉積土劃分標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合巖土工程實(shí)踐情況，濱海新區(qū)上部陸相沉積土劃入新近沉積層確實(shí)可行。因此，濱海新區(qū)新近沉積層應(yīng)由成陸后在低洼地帶、洪泛區(qū)、古河道、溝坑等地帶形成的原新近沉積土及上部陸相沉積土共同組成，為將兩者區(qū)分，后者可定名為“上部陸相新近沉積土”。

2 濱海新區(qū)新近沉積土發(fā)育分布

按成因，濱海新區(qū)新近沉積土分為古河道、洼淀沖積和濱海河流相沖積兩類。其中，古河道、洼淀沖積按沉積環(huán)境又可進(jìn)一步細(xì)分為洪泛沉積及古河道沉積兩類，前者為河流近期洪水泛濫堆積而成，后者為廢棄河道自然沉積而成。所以，濱海新區(qū)新近沉積土可劃分為洪泛新近沉積土、古河道新近沉積土及上部陸相新近沉積土三類。根據(jù)區(qū)內(nèi)分布較為均勻的1 655個(gè)地質(zhì)鉆孔，其空間分布示意圖如圖3所示。

由圖3可知，濱海新區(qū)新近沉積土除在北大港水庫(kù)西側(cè)劉塘莊周邊及海岸沿線地帶缺失外，全區(qū)均有分布。其中，上部陸相新近沉積土分布最廣，位于東臺(tái)子村—北大港水庫(kù)—沙井子一線（第三道貝殼堤）以東地區(qū)；洪泛新近沉積土次之，分布于東臺(tái)子村—北大港水庫(kù)—沙井子一線（第三道貝殼堤）以西地區(qū)；古河道新近沉積土僅在塘沽響螺灣零星分布，為海河古河道沉積而成。

圖3 新近沉積土分布圖Fig.3 Distribution of the recent sedimentary soil

濱海新區(qū)新近沉積土厚度不大，一般在1～2 m，局部在楊家泊鎮(zhèn)、營(yíng)城、太平鎮(zhèn)等地不到1 m，新城鎮(zhèn)、響螺灣、邱莊子及馬棚口等地大于2 m，最大厚度位于響螺灣海河河曲處，平均4 m以上（圖4）；底板埋深較淺，一般在3～4 m，局部在楊家泊鎮(zhèn)東側(cè)、營(yíng)城、胡家園、中塘鎮(zhèn)、小王莊鎮(zhèn)及太平鎮(zhèn)等地小于3 m，于家堡、于莊子及馬棚口等地大于4 m，最深位于響螺灣處，可達(dá)12 m（圖5）。

圖4 新近沉積土厚度等值線圖Fig.4 Contour map of thickness of the recent sedimentary soil

圖5 新近沉積土底板埋深等值線圖Fig.5 Contour map of floor depth of the recent sedimentary soil

3 濱海新區(qū)新近沉積土工程特性

3.1 巖性組成

依據(jù)濱海新區(qū)新近沉積土中各巖性層沉積深度，結(jié)合市區(qū)新近沉積土巖性層序，經(jīng)專家論證分析，最終確定：濱海新區(qū)新近沉積土主要巖性層層序繼續(xù)延用市區(qū)巖性層序劃分標(biāo)準(zhǔn)，一是符合各巖性層的沉積先后順序，二是保證了地方標(biāo)準(zhǔn)層序的一致性。各巖性層序具體如下：③1層黏性土；③2層粉土；③3層淤泥質(zhì)土；③4層粉質(zhì)黏土。

3.2 物理性質(zhì)

濱海新區(qū)新近沉積土土質(zhì)整體軟，一般含水量較高，孔隙比較大，物理性質(zhì)差。其中，黏性土主要呈流塑—軟塑狀態(tài)；淤泥質(zhì)土多呈流塑狀態(tài)；粉土一般呈稍密狀態(tài)，但由于沉積時(shí)間短，結(jié)構(gòu)較松散，在地震作用下易發(fā)生液化。通過區(qū)內(nèi)13 861組土樣的室內(nèi)試驗(yàn)成果，對(duì)新近沉積土的常規(guī)物理指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表8。

表8 物理指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表Table 8 Statistics of physical index

3.3 抗剪強(qiáng)度

濱海新區(qū)新近沉積土一般土層黏聚力較低、內(nèi)摩擦角較小，整體抗剪強(qiáng)度較低，這與土層沉積時(shí)間短、埋深淺、固結(jié)度低有關(guān)。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，濱海新區(qū)進(jìn)行基坑設(shè)計(jì)時(shí)，新近沉積土應(yīng)選擇直接剪切指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，采用水土合算的模型進(jìn)行支護(hù)樁樁長(zhǎng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)區(qū)內(nèi)1 054組土樣的室內(nèi)抗剪試驗(yàn)成果，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值見表9。

表9 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)Table 9 Statistics of shear strength index

3.4 地基承載力

本次采用物性法、原位法、理論法及經(jīng)驗(yàn)法四類八種方法分別對(duì)濱海新區(qū)新近沉積土的地基承載力進(jìn)行研究，經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，給出了各巖性層的地基承載力特征建議值。其中，物性法及原位法依據(jù)的是《天津市巖土工程技術(shù)規(guī)范》中物理指標(biāo)及靜力觸探指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)貫入指標(biāo)查表法；理論法依據(jù)的是《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（公式1）及《天津市巖土工程技術(shù)規(guī)范》（公式2）中理論計(jì)算公式；經(jīng)驗(yàn)法依據(jù)的是“天津市地基可靠度的研究”中根據(jù)天津市多年經(jīng)驗(yàn)、載荷試驗(yàn)驗(yàn)證而總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式（公式1）及根據(jù)“應(yīng)用原位測(cè)試評(píng)價(jià)天津市地基土性質(zhì)”成果及多年工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式（公式2）。其地基承載力研究成果見表10。

表10 地基承載力成果Table 10 Results of foundation bearing capacity

由表10可知，濱海新區(qū)新近沉積土的承載力較低，普遍在100 kPa左右。根據(jù)多年工程經(jīng)驗(yàn)，新近沉積黏性土（③1）承載力特征值可取80～110 kPa，粉土（③2）可取110～140 kPa，淤泥質(zhì)土（③3）可取80～100 kPa，粉質(zhì)黏土（③4）可取100～115 kPa。

3.5 變形特性

根據(jù)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)，濱海新區(qū)新近沉積土的壓縮性較高。其中，黏性土一般呈中—高壓縮性，淤泥質(zhì)土多呈高壓縮性，粉土主要呈中壓縮性，但其標(biāo)貫擊數(shù)平均值僅為7.2擊，固結(jié)程度差，密實(shí)度低。在工程上，濱海新區(qū)新近沉積土易造成建筑物地基不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致建筑物傾斜、開裂，影響建筑物正常使用，對(duì)于基坑工程和其它地下工程的安全施工、建造成本、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等影響重大。區(qū)內(nèi)13 180組土樣的壓縮及標(biāo)貫指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表11所示。

表11 壓縮及標(biāo)貫指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表Table 11 Statistics of compression and standard penetration test index

4 結(jié)論

（1）通過對(duì)濱海新區(qū)古海岸線及測(cè)年試驗(yàn)分析，結(jié)合該區(qū)上部陸相沉積土與市區(qū)新近沉積土及上部陸相沉積土的物理性狀及物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)比分析，明確了濱海新區(qū)上部陸相沉積土的形成年代界限為4 000年，完全符合天津地區(qū)新近沉積土劃分標(biāo)準(zhǔn)。為此，將濱海新區(qū)上部陸相沉積土劃為新近沉積土，與成陸后在低洼地帶、洪泛區(qū)、古河道、溝坑等地帶形成的原新近沉積土共同組成該區(qū)新近沉積層，為作區(qū)分，將其定名為“上部陸相新近沉積土”。

（2）按成因及沉積環(huán)境，濱海新區(qū)新近沉積土可劃分為洪泛新近沉積土、古河道新近沉積土及上部陸相新近沉積土三類。在平面分布上，上部陸相新近沉積土分布最廣，洪泛新近沉積土分布次之，兩者以東臺(tái)子村—北大港水庫(kù)—沙井子一線（第三道貝殼堤）為界；古河道新近沉積土呈零星分布，僅在響螺灣的海河河曲處有分布。

（3）為指導(dǎo)巖土設(shè)計(jì)，此次從土層厚度及底板埋深分別對(duì)濱海新區(qū)新近沉積土的發(fā)育分布規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明：濱海新區(qū)新近沉積土厚度不大，一般在1～2 m，最大位于響螺灣海河河曲處，平均4 m以上；其底板埋深較淺，一般在3～4 m，最深也位于響螺灣的古河道處，可達(dá)12 m。

（4）依據(jù)土層沉積深度，結(jié)合市區(qū)新近沉積土巖性層序，確定了濱海新區(qū)新近沉積土主要巖性層層序繼續(xù)延用市區(qū)新近沉積土的層序劃分標(biāo)準(zhǔn)，具體為：③1層黏性土、③2層粉土、③3層淤泥質(zhì)土、③4層粉質(zhì)黏土4個(gè)亞層。

（5）濱海新區(qū)新近沉積土工程性質(zhì)較差，其土質(zhì)軟，一般含水量較高，孔隙比較大，抗剪強(qiáng)度較低，壓縮性較高，地基承載力普遍在100 kPa左右。