汕头市软土的分布及工程地质特征.doc

汕头市地处祖国东南沿海 ,辖区内有汕头市区 、澄海市 、潮阳市 、南澳县 ,其间有韩江 、榕江 、练江在其各县市出海 ,这 里的水系发育 ,沼泽 、洼地棋布 ,又处于新构造运动较剧烈地 段 ,河道变迁快 ,软土分布广 。建造在其上的建筑工程都发生过不少的地基事故 ,严重影响了工程质量 。因此 ,正确认识汕头市软土的工程地质特征 、处理好软土地基具有十分重 要的意义 。笔者通过钻探 、原位测试 、地基工程处理等资料的统计分析 ,对汕头市软土的分布 、工程地质特征 、地基工程 处理进行初步总结 ,现作一简介 。3 、庵埠梅林湖地段 : 梅林湖附近为裸露型 ,其余为埋藏型的双层 三层结构 。出露岩性为淤 泥 或 粉 砂 质 淤 泥 。双层上层顶板埋深 4 . 05 . 0 m ,厚 2 . 03 . 55 m ;下层顶板埋深 7 . 5 9 . 95 m , 厚 11 . 0 16 . 55 m , 夹 粉 细 砂 层0 . 11 m 。三层结构仅见于 ZK32 ,上层顶板埋深 3 . 35 m ,厚27 . 45 m ;中层顶板埋深 57 . 45 m ,厚 4 . 20 m ;下层顶板埋 深 107 m ,厚 6 . 0 m 。为上更新统海陆交互相沉积 ,中间夹中细砂层 。4 、新溪经澄海至凤洲地段 : 全为埋藏型 ,双层和三层结 构 。双层结构者 ,上层顶板埋深 4 . 75 24 . 5 m ,层厚 7 . 8413 . 15 m ;下层顶板埋深 27 . 3941 . 30 m ,厚 7 . 679 . 61 m 。三层结构者 ,上层顶板埋深 0 . 87 . 5 m ,厚 2 . 217 . 10m ;中层顶板埋深 5 . 040 . 21 m , 厚 2 . 0520 . 06 m ,夹粘土 层 0 . 10 . 45 m ;下层顶板埋深 20 . 8392 . 0 m ,为上更新统海陆交互相沉积 ,含粉细砂较多 ,厚 2 . 1529 . 02 m 。2 . 3 濠江广澳区河浦至达濠广澳一带 ,裸露型 ,单层结构为主 ,局部见双 层结构 。单层顶板埋深 0 . 0 m ,厚 2 . 53 m ,上部夹砾砂层 ,厚0 . 20 . 45 m 。双层者 , 上层顶板埋深 0 . 0 m ,厚 2 . 74 m ;下 层顶板埋深 7 . 35 m ,厚 4 . 79 m 。埋藏多为单层 , 顶板埋深10 . 017 . 33 m ,厚 5 . 279 . 0 m ,含粉细砂较多 。2 . 4 练江河口区分布于井都经梅花至潮阳县城南部一带 ,为裸露型 ,厚 度 1 . 014 . 75 m ,淤泥层含较多粉细砂 、贝壳及腐植物 。沙 陇至 古 埕 地 段 为 埋 藏 型 , 单 层 结 构 , 顶 板 埋 深 0 . 8 17 . 30 m ,厚 1 . 99 . 4 m 。 汕头市海积平原几乎都存在软土层 ,且自南向北厚度增大 ,由单层变双层至三层结构 。根据全区 104 个样品统计 ,软土主要物理力学指标垂向 变化有如下特征 : 各结构层的软土 ,自地面往下 ( 0 30m) ,天然含水量 、孔隙比随埋深增大而递减 ,压缩模量则随埋深 增 大 而 增 加 , 但 其 中 汕 头 和 澄 海 的 软 土 层 , 埋 深 为1020 m ,天然含水量 , 孔隙 比 为 最 高 值 , 压 缩 模 量 为 最 低 值 (见下表) ,压缩模 量 变 化 受 土 层 天 然 含 水 量 及 孔 隙 比 制 约 ,天然含水量及孔隙比大 ,压缩模量小 ,反之压缩模量大 。综上所述 :我们可以看到 :1软土的分布通过对该区域内 104 个 (图中只标明 32 个) 地质钻孔资 料的分析及野外地质调查 ,我们初步掌握了该区域内软土的 分布情况 ,绘制出了软土分布的工程地质图 ( 详见软土体工 程地质图及 AB 剖面图) 。从图上我们可以清楚地看到 , 软土体主要分布于榕江河口区 ,韩江三角洲区 ,濠江广澳区 , 练江河口区 。2 软土的工程地质特征汕头市软土的共同特点是 : 天然含水量高 ( W Wl ) ,孔 隙比大于 1 ,压缩性高 ,透水性差 ,处于饱和流塑状态 ,含有 机质 (1 . 697 . 76 %) 及贝壳碎片较多 。根据软土的出露条 件可分为裸露型及埋藏型 ,依据其垂直方向的组合关系 ,可 分为单层 、双层 、三层结构 ,现依据软土体的沉积环境 、沉积 特征及物理力学性质把汕头市软土分四个区进行叙述 (参见 软土体工程地质图) 。2 . 1 榕江河口区1 、裸露型 :出露于牛田洋两岸 ,宽 2 . 510 km ,分单层和 双层结构 ,上层露出地表 ,厚度 12 . 0424 . 85 m ; 下层顶板埋深 21 . 1722 . 67 m ,厚度 5 . 439 . 28 m 。2 、埋藏型 : 上部覆盖粘土”硬 壳”层 。分 单 层 和 双 层 结 构 ,单层顶板埋深 1 . 08 . 91 m ,厚度 5 . 8527 . 53 m ,夹厚0 . 10 . 75 m 的细砂或砾砂薄层 ;双层上层顶板埋深 1 . 753 . 35 m , 厚 度 8 . 56 16 . 45 m ; 下 层 顶 板 埋 深 26 . 49 32 . 05 m ,厚度 4 . 458 . 61 m 。2 . 2 韩江三角洲区1 、西港月浦裸露型地段 : 分单层和双层结构 ,单层埋 深 0 . 01 . 0 m ,厚度 2 . 4128 . 14 m ,淤泥含贝壳夹细中砂层 0 . 10 . 5 m 。双层结构者 ,上层顶板埋深 0 . 00 . 72 m , 厚度 6 . 29 m ;下层顶板埋深 11 . 20 m ,厚 9 . 51 m ,该层含碳 化木较多 ,夹砾砂层 0 . 20 . 47 m 。2 、珠池地段 :裸露型 ,分单层及双层结构 ,单层顶板埋深0. 0 m ,厚 9 m。双层上层顶板埋深 0. 00. 7 m ,厚 13. 20 m ;下层顶板埋深 20. 4 m ,厚 9. 20 m。埋藏型 :单层顶板埋深 3. 96. 0 m ,厚 1. 1517. 65 m ,含腐木及贝壳碎片 ,夹细砂层 0.10. 97 m。双层上层顶板埋深 3. 96. 0 m ,层厚 1. 158.75 m ;下层顶板埋深 9. 427. 2 m ,厚 8. 2818. 13 m。表层 ( Q3 ) 淤 泥 为 新 近 沉 积 出 露 于 榕 江 口 之 牛 田 洋 两4岸 ,西港月浦 ,珠池梅林湖等地段 ,潮阳练江河口等地段 。灰深灰色 。单层厚度 2 . 5014 . 45 m ,流塑状态 ,压缩模量 Esl - 2 = 0 . 753 . 33M Pa ,一般不宜作建筑场地 ,工程地质 处理费昂贵 。中层埋藏于全新统 ( Q2 、Q1 ) 海相沉积地层中 ,上覆中细4 4砂或粘性土 ,顶板埋深 2 . 029 . 08 m ,局部地段埋深达 27 . 332 . 23 m ,单层厚度 1 . 4728 . 2 m 。下层一般为淤泥质土 ,为上更新统 ( Q2 ) 海相沉积 ,单层3厚度 1 . 5 37 . 4 m , 顶 板 埋 深 10 . 65 35 . 23 m , 最 深 达50 . 12 m ,在榕江河口多为 12 层 ,在韩江下游区多为 23收稿日期2001 - 05 ;责任编辑肖 辰 。层 ,在练江口多为单层 。局部含粉砂及贝壳 ,和其他类土构成双层结构 。图 1 软土体工程地质图据 18 个钻孔十字板野外测试 ,原状土抗剪强度 0 . 0120 . 721M Pa ,地基土容许承载力 0 . 010 . 10M Pa ,同一岩性 其抗剪强度随深度增加而增加 。大的地震力作用下易出现震陷 ,静 、动荷载作用下会产生较大沉降 ;具有良好的层理 ,在互层中伴随有少量粉土或砂层 , 成为软土中的变异土层 ;我国软土随沉积环境 、自然地质 、地 理的不同还有一定的差异 ,但上述特征普遍存在 。3软土的共同特点天然含水量大于液限 ,天然孔隙比大于或等于 1 . 0 ; 其4软土地基处理试验对比表 1软土的埋藏条件结构类型及物理力学性质一览载力 R( 度 - 分)23o300. 112 0. 464潮阳2) 袋装砂井设计直径为 7 cm ,长度有 12 m 和 16 . 8 m ,袋装砂井端伸入砂垫层 30 cm ,则总长度为 12 . 3 m 和 17 . 1 m ,袋装砂井按正三角形布置 ,中心间距为 1 . 0 m 。3) 振冲碎石桩设计直径为 0 . 8 m ,设计桩长为 12 m ,按三角形布置 ,两桩中心间距为 2 . 0 m ,要求挤密材料为碎石 ,粒径为 2 . 55 cm 。4) 塑料排水板要求断面为 100 mm 4 mm ,深度 17 m ,按正三角形布置 ,间距为 1 . 0 m 。5) 强夯 ,夯点间距为 7 . 0 m ,夯击遍数为 5 遍 。第一 、三 遍的位置相同 ,二 、四遍位置相同为插夯 ,第五遍为满夯 ,每 夯点 34 击 ,第一 、二遍夯击能为 3000 kNm ,第三遍 、四遍 夯能为 2800 kNm ,第五遍夯击能为 1800 kN . m 。例 2 :某试验区堆载预压效果检验 。1) 软基处理施工过程简介 :试验区 ,设计平面尺寸为 50 m 50 m ,该试验区于 96年 5 月份施插塑料排水板 ,施插深度为 28 . 5 m 。96 年 12 月25 日开始加第一级荷载 ,至 97 年 4 月 20 日三级荷载加满 , 历时 116 天 ,又静载 79 天 (至 97 年 7 月 7 日) 97 年 7 月 7 日 开始卸载 。该区在插塑料排水板之前 ,于 96 年 2 月 11 日2 月 14 日进行了堆载预压前的地基强度检测工作 ,按要求在区中部 布置了一个原状取样孔和一个十字板原位测试孔 ,卸载后于97 年 7 月 24 日7 月 28 日也于区中部分别进行了原状取 样和十字板原位测试检验工作 ,为保证前后检测资料的可比 性 ,对取样和十字板测试及土工试验均严格按照有关规范 ,表 2软土主要物理力学指标垂向变化统计例 1 :某高速公路软基处理试验段工程该试验段共长 400 米 ,在其中分段采用了挤密砂桩 、袋 装砂井 、碎石桩 、塑料排水板 、袋装砂井加强夯 、强夯 。1) 挤密砂 桩 的 设 计 桩 长 为 18 m , 砂 桩 的 设 计 直 径 为0 . 4 m ,按正三角形布置 ,两桩中心间距为 1 . 3 m ,砂桩材料 为中 、粗砂 。深度 ( m )地区 分析项目01010202030汕 头 澄 海 区单层W ( %)59 . 35563 . 3552 . 805e1 . 5431 . 7011 . 561Es1 - 2 ( M Pa)2 . 532 . 502 . 92双层W ( %)61 . 01564 . 3545 . 75e1 . 6311 . 7331 . 29Es1 - 2 ( M Pa)1 . 8911 . 7742 . 915三层W ( %)56 . 1462 . 98550 . 4e1 . 5351 . 6281 . 452Es1 - 2 ( M Pa)2 . 2281 . 8932 . 238潮 阳 区单层W ( %)65 . 4762 . 28e1 . 591 . 68Es1 - 2 ( M Pa)1 . 541 . 85双层W ( %)78 . 069 . 5346 . 54e2 . 131 . 911 . 22Es1 - 2 ( M Pa)1 . 171 . 293 . 17地 区分布 地段埋藏 条件结构 类型层次天然含 水量W ( %)孔隙比 e液限WL ( %)塑性指数I P压缩模量Es 1 - 2( M Pa)天然快剪十字板剪 切强度( M Pa)容许承( M Pa)凝聚力 C( M Pa)摩擦角 榕 江 河 口牛田洋 内缘裸露单层56 . 297. 41. 502. 54506414 . 3330. 051. 460 . 00190. 00681010310. 0480. 1080 . 0240. 05双层上 层32 . 371. 31 . 0872. 0722 . 353. 311 . 124. 81. 1472. 3430. 0030. 0131040300 . 050. 10牛田洋 外缘埋藏单层40. 88110. 11. 162. 56536. 16010. 128. 640. 1613. 010. 0010. 0780013300. 0120. 1440. 010. 09双层上层54. 092. 81. 512. 5883259. 310. 230. 70. 8032. 040. 0040. 05850100. 010. 05韩 江 三 角 洲汕头市 区北 西段裸露单层39. 264. 41. 051. 75125. 559. 97. 5251. 673. 500. 0030. 0161103200. 0480. 7210. 050. 09双层上层59. 576. 41. 5872. 05242. 364. 920. 031. 11. 702. 37. 117. 01301000. 030. 07埋藏单层26. 785. 01. 2152. 21622597. 928. 91. 143. 200. 0020. 013001400. 030. 10双层上层40. 165. 21. 101. 78124. 358. 76. 724. 11. 702. 300. 0030. 0171304300. 050. 08汕头市 区东 北段裸露单层50. 082. 41. 612. 1042. 559. 718. 031. 71. 403. 200. 0020. 0141303200. 040. 08双层上层70 . 11 . 8760261 . 2840 . 0126o00 . 04埋藏单层37. 275. 01. 0331. 9480. 0020. 015001190. 010. 04双层上层44. 0660. 11. 341. 7743. 049. 514. 120. 21. 7154. 8670. 0430. 012240100. 050. 10庵埠 梅林湖裸露双层上层70. 51. 92328. 010. 71. 010. 0030. 04下层66. 967. 71. 781. 85223. 150. 112. 027. 21. 482. 980. 0010. 0074309300. 040. 05埋藏三层上层50. 272. 51. 201. 904150. 114. 422. 92. 132. 620. 0060. 0081307- 00. 050. 09新溪澄 海凤洲埋藏双层上层45. 264. 91. 2361. 76539. 650. 914. 824. 41. 52. 90. 0050. 0181308300. 0460. 10030. 050. 10三层上层40. 872. 51. 141. 9825. 651. 712. 326. 61. 442. 920. 0010. 008107300. 0040. 1090. 040. 09中层42. 087. 71. 142. 2037. 067. 017. 031. 01. 342. 730. 0030. 0040020300. 080. 09濠江 广澳 区河浦 达濠 广澳裸露单层43. 164. 21. 2361. 64339. 151. 015. 025. 01. 52. 94. 818. 91308300. 04双层上层39 . 61 . 07238 . 03 . 330 . 006000 . 09埋藏单层41 . 01 . 1535 . 313 . 217 . 00 . 0050 . 001800 . 09练江 河口 区沙隆 古埕裸露单层39. 026. 061. 082. 05724. 152. 59. 026. 40. 933. 740. 0010. 0415021300. 0630. 2750. 040. 09规程进行 。2) 堆载预压前后软土层物理力学性质对比 :对于 层淤泥 ,堆载预压前厚 18 . 6 m ,堆载预压后变 为淤泥质粘土 ,厚度 13 . 3 m 。该层堆载预压前后各取原状土样 13 件 ,成果对比如表 3 。对于 淤 泥 质 粘 土/ 淤 泥 质 亚 粘 土 , 堆 载 预 压 前 厚6 . 7m ,堆载预压后为 4 m ,该层堆载预压前后各取原状土样3 件 ,成果对比如表 4 。表 3层堆载预压前后土样性能比 R 表 4层堆载预压前后土样性能比 R 是互相约束的 。通过多次的试验 ,我们试验得出编织袋的经密 43 根/ 10 cm ,纬密 45 根/ 10 cm 的编织袋既能满足抗拉强 度要求 ,又能满足渗透系数的要求 。5 . 3 关于施工无论是砂桩 ,袋装砂井 、碎石桩或排水板 ,都要求施工时 桩位准确 ,保证设计深度和垂直度 ,灌料饱满即满足密实度 要求 (除排水板外) 。要想达到以上的质量要求必须做到以下几点 :1) 下承层要坚实 、平整 ,从根本上保证垂直度 ,保证桩 机移动 、平稳 、方便 、易于安平 、施工快捷 。2) 对于大型工程认真做好试验桩的施工 ,总结出一套 有效的适宜现场地质条件的施工方法 。如 :针对不同的地质 条件的拔管时间 、振动频率与振幅的大小 、回插次数以及灌 砂量 。用以指导大面积施工 。3) 严格控制拔管时间和速度 ,是保证砂和砂袋井密实的关键 。砂桩上部距地面 2 m 左右 ,要求 : 慢 、振 、多次回插(最少 3 次) ,才能保证桩头密实度 。4) 严格控制碎石桩的分批落料量 ,它是碎石桩均匀不缩颈 的根本保证 ,而密实电流则是碎石桩密实度的根本保证 。5 软土地基处理的体会通过以上软基试验段的施工及堆载预压分析 ,我们对软 基处理过程中有一些心得体会 :5 . 1 成果分析及说明1) 砂桩处理地基一段具有固结排水速度快 、效果好 ,但 造价高 、施工进度慢 ,袋装砂井及塑料排水板具有施工速度快 ,造价低 ,对于有较充足施工期限的深厚层软基特别显著 , 碎石桩成本高 ,对施工场地要求高 ,容易造成环境污染 ,强夯 对改良软土地基没有较明显的效果 。2) 由成果对比表可见 ,经堆载预压后 ,淤泥地基承载力(综合土工试验结果和十字板强度所得) ,增幅很大 。3) 堆载预压历时 195 天 ,该区总沉降 3 . 8 m 多 ,说明土 体经过充分的排水固结 ,土体结构已有很大的改变 ,土的强度有了很大的提高 。4) 资料表明 ,采用塑料排水板或袋装砂井加堆载预压 来改善深厚软土地基 ,其效果是明显 ,只要设计合理 ,施工质 量较好 ,一般能满足工程建设需要 。5 . 2 关于材料1) 关于砂桩用砂的渗透性 ,技术规范规定为粗砂或砂 砾 ,渗透性不小于 0 . 1 cm/ s ,交通部 J TJ 017 - 96公路软土地基设计与施工技术规范中 6 . 7 . 1 中的要求中粗砂 ,渗透 性为 5 10 - 3 cm/ s 。渗透系数 0 . 1cm/ s 与 5 10 - 3 cm/ s 相 差太大 ,故我们建议根据当地砂的情况 ,调整砂桩材料的渗 透系数标