南京河西地区软土工程性质研究
南京河西地区软土工程性质研究
徐久明1，凌国华1
摘要：介绍了南京河西地区软土的成因及分布；根据土层力学性质指标，对其工程性质进行了评价。讨论了工程应用中容易发生的岩土工程问题，并提出相应的防治措施。
关键词：软土；成因及分布；物理力学性质；工程性质；岩土工程问题；防治措施
Abstract The causes of formation and distribution of soft soil at west side of qinghuai river,Nanjing are introduced, The engineering character of this soil layer is evaluated according to it’s mechanical index.Those problems which probably occur in the engineering application have been discussed,and relevant measures for prevent and resolutin have been put forward.
Key words: soft soil,causes of formation and distribution;physical and mechanical property;engineering property;geotechnical engineering issue;measures for prevent and resolution
0 引言
南京河西地区分布着巨厚层第四纪软土层，厚度级45-60m，主要为淤泥质粉质粘土，淤泥质粉质粘土夹薄层粉土、粉砂，该类土具有高含水量、大孔隙比、透水性差、高压缩性、高灵敏度、低强度、固结缓慢，具有显著的结构性和流变特性。该类土构成各类工程建设的地基和边坡，因其特性对地基和边坡的稳定性不利，近几年在河西地区工程事故不断，尤其频繁发生在地铁及深基坑开挖施工中。因此，深入研究该类土的工程特性，对工程建设具有重要意义。
1 河西地区软土的成因及分布
南京河西地区属于近代长江退移形成的河漫滩地，长江漫滩地貌特征极其明显，地层沉积时间很短，软土层厚度大，一般厚度可达45-60m。
在全新世时早中期，气候曾经出现四次寒冷期及期间的相对温暖期，由于冷潮出现时海面都曾下降，温暖期出现时海面迅速回升，这种变化必然影响到南京地区的地貌发育和沉积物特征。由于南京临近入海口，只要地面高程在海潮平面之下，对于长江沟通的低地或凹形谷地区必有江水倒流侵入，江水潮流顶托，流速减缓，因而既有江流海汐携来的泥砂，又有河床两侧就地坍塌的泥砂，含泥量大，在其顶托回水的影响下，淤积速度快，沉积厚度大。而在进入全新世晚期后，气候、海面仍有轻微波动变化，但已不如全新世时早中期显著，海面高程逐步趋向与现代海面相同，而新构造运动相对稳定状态转为轻微上升，江面宽度、水深变得束狭及渐浅，河床两侧漫滩平原发育，而其滩地形显得低凹、平坦。从软土层的颜色、沉积厚度，级配颗粒变化小，微细层理发育等沉积特征反映，软土层是在相对稳定、水流动力潮汐变化，回水淤积的条件下形成的。软土沉积最大厚度处在两岸和秦淮河入江径流处等狭长地带。
2 河西地区软土的物理力学性质
3 河西地区软土的工程特性
3.1 含水率、孔隙比大
河西地区软土颜色主要为灰色、褐灰色，流塑状态。颗粒组成主要由粘粒及粉粒组成。粘粒矿物成份为结合水能力极强的亲水性矿物蒙脱石及水云母组成。絮状结构，有机质含量一般为1%-6%,因而其含水量、孔隙比较大，含水量一般在30%-48%之间，空隙比在1.01-1.5之间，天然含水量的大小一定程度上影响着土的抗剪强度和压缩性。
3.2 高压缩性、低强度。
3.2.1 高压缩性。
河西地区软土具有极高的压缩性，无论在天然或饱和状态下a1-2一般都大于0.5MPa-1(夹薄层粉砂时局部a1-2略小于0.5MPa-1)，属于高压缩性土，其压缩性往往随液性的增大而增大。
压缩系数0.48-0.8 MPa-1说明压缩过程缓慢，随着压力的增大，孔隙比减少的幅度很小，长期沉降量很大。
回弹指数0.010-0.030，表明随着压力减小，土体回弹不明显，土体弹性部分变化很小，主要以塑性变形为主。
3.2.2 抗剪强度小，承载力低
河西地区软土具有抗剪强度小，承载力低的特点，总的来说C值随着含水量的增大而增大，Φ值随着含水量的增大而减小，当土体固结排水时，C值减小，Φ值增大。直接快剪C值在5-12KPa之间，Φ值在8°-12°之间，直剪固快C值在5-10KPa，Φ值在10°-15°之间，三轴（uu）的C值在8-16 KPa，Φ值在1.5°-3.0°之间，三轴（cu）C值在6-20KPa，Φ值在4°-15°之间，十字板不排水强度Cu在15-35 KPa之间。承载力特征值fak=60-70 KPa，承载力的大小与土层的固结排水条件有密切的关系，故其强度随着深度的增大而增大。如果没有条件排水固结，随着荷
载的增大，强度可随着剪切变形的增大而衰减。
3.3 具有显著的结构性和触变性、蠕变性
河西地区软土抗剪强度低，灵敏度较高（一般灵敏度St=4-6），软土一旦受到扰动，其絮状结构受到破坏，土体强度显著降低。基坑开挖过程中，由于应力场的变化，土体在一定剪应力作用下随时间增长发生缓慢而长期的剪切变形（即幅变）引起土体位移，沿开挖面蠕动，从而造成塌方。
3.4 低透水性、地基变形时间长
河西地区软土的渗透系数小。透水性微弱，一般渗透系数K=10-6-10-8cm/s,排水固结非常缓慢，使地基变形延续时间很长，软土中具有夹砂结构特征时，土质均匀性差，又容易引起地基不均匀变形。
4 主要岩土工程问题及预防措施
河西地区软土的主要工程地质问题是地基的稳定性和基坑边坡稳定性。地基稳定性主要为地基承载力、变形、固结压密。准确认识并掌握其工程特性，针对性采取有效的防治措施，保证工程的安全。
a) 对于多层砖混结构住宅，由于软土承载力或变形（沉降量过大）不满足要求，一般不宜直接采用天然地基，可采用人工地基或桩基础。人工地基主要以深层水泥土搅拌桩为主，在保证施工质量、满足承载力要求的前提下，按变形控制设计要求确定桩长，可有效控制沉降量，沉降速率满足要求，缩短沉降稳定时间。
b) 对于多层框架结构及小高层建筑，天然地基和人工地基均不能满足要求，可采用预制桩或钻孔灌注桩，以中下部粉砂、细砂作为桩端持力层。
c) 对高层和超高层建筑，采用预制桩和大直径钻孔灌注桩，预制桩以下部粉、细砂作为桩端持力层，大直径钻孔灌注桩一般以底部中风化基岩作为桩端持力层。
d) 河西地区软土属高压缩性，低透水性土，顶制桩（预应力管桩或方桩）等挤土桩在沉桩过程中，由于土体受挤压产生超孔隙水压力，由于软土的低透水性，超孔隙水压力消散缓慢，沉桩时超孔隙水压力的聚集可造成以桩身为中心向四周围扩散的挤土效应。挤土效应的大小与桩数及沉桩速度有关。挤土效应可造成相邻桩移位、上浮、甚至被挤断，还可引起邻近建筑物及道路、管线地基变形破坏，其影响半径约为1-2倍桩长。设计师应尽可能的加大桩距，采用较小的布桩系数。施工时应控制好沉桩速度，设计好成桩路线或顺序，并施行跳打，必要时在施工场地周围开挖防震沟或预钻孔。
e) 对于基坑工程重点是基坑边坡的稳定性，由于近几年高层建筑的大量使用，地下室层数也由2层发展到3-4层，挖深由10米左右发展到18-20米不等，大部分基坑的底板仍在软土中。由于河西软土抗剪强度低，具有触变性、蠕变性、低透水性，因此地基开挖过程中变形大，变形时间长。对于浅基坑应采用放坡土钉墙或水泥土重力式挡墙进行支护，对于深基坑则应采用排桩加内支撑等支护结构形式，桩的长度为2.5-3倍H（基坑挖深），止水帷幕采用双轴或三轴深层水泥土搅拌桩。
5 结语
本文对南京地区软土成因、分布、工程地质特性及由此带来的一些岩土工程问题及预防措施提出一些粗浅的认识，希望对勘察、设计行业同行能有所借鉴。
参 考 文 献
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