珠江口土層及其固結(jié)程度的探討

蔡澤明，林琳

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 210230）

依托珠江口地區(qū)的港口工程建設(shè)，中交四航院承擔(dān)了珠海港、深圳港、中山港、東莞港和廣州港主要的工程勘察任務(wù)，為港口工程的設(shè)計(jì)和施工提供了大量可靠的勘察資料，積累了豐富勘察經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境和巖土工程條件有比較全面、深入的認(rèn)識(shí)。在對(duì)本地區(qū)早期勘察資料的整理和分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)以往的勘察報(bào)告一般都欠缺區(qū)域地質(zhì)方面的資料，也欠缺第四紀(jì)覆蓋層的時(shí)代成因，經(jīng)過查找和研究資料，發(fā)現(xiàn)珠江口的覆蓋層中有不少土層的時(shí)代應(yīng)該定為晚更新世（Q3），而且土層的固結(jié)程度也值得探討。

1 珠江口的沉積土層探討

在珠江口大量的港口工程勘察中，發(fā)現(xiàn)廣州南沙港地區(qū)和珠海高欄港地區(qū)的土層結(jié)構(gòu)比較有代表性，廣州南沙港所處地段受珠江的影響比較大，其土層變化比較大，黏性土層與砂土層交互分布的特征非常明顯；珠海高欄港地區(qū)受珠江的影響相對(duì)較小，其土層比較穩(wěn)定，更主要呈現(xiàn)濱海相沉積的特征。

1.1 廣州南沙港地區(qū)的土層

根據(jù)勘察資料，南沙港地區(qū)的覆蓋層，上部是以淤泥、淤泥質(zhì)土為主的全新統(tǒng)土層；中部是一套軟層與硬層交互分布的全新統(tǒng)-晚更新統(tǒng)過渡土層，局部分布膠結(jié)層；下部是晚更新統(tǒng)土層，為砂層和黏性土層交互分布土層。覆蓋層大致可分為：①人工填土層；②淤泥、淤泥質(zhì)土；③雜色黏性土（Q3-Q）4；④淤泥質(zhì)土；⑤砂混黏性土；⑥淤泥質(zhì)土；⑦黏性土；⑧淤泥質(zhì)土、黏性土；⑨粉細(xì)砂、中粗砂；⑩淤泥質(zhì)土、黏性土；[11]粉細(xì)砂、中粗砂；[12]黏性土；[13]粉細(xì)砂、中粗砂；[14]殘積土?？梢姡仙掣鄣貐^(qū)受珠江的影響比較大，土層的變化比較大，海陸相交互沉積特征明顯。

1.2 珠海市區(qū)附近珠江河段的土層

根據(jù)勘察資料，珠海市區(qū)附近珠江河段覆蓋層大致可分為：①人工填土（未揭示）；②淤泥、淤泥質(zhì)土，厚度很大，底標(biāo)高約為-15m；③雜色黏性土（Q3-Q4）；④淤泥質(zhì)土、黏性土，厚度很大，底標(biāo)高約為-30m；⑤砂土；⑥黏性土；⑦砂土；⑧殘積土?？梢?，上部土層的濱海相沉積特征較明顯，下部土層受珠江影響較大，海陸交互沉積特征較明顯。

1.3 珠海高欄港地區(qū)的土層

根據(jù)勘察資料，高欄港附近的覆蓋層大致可分為：①砂土，厚度1～2m；②淤泥、淤泥質(zhì)土，厚度很大，底標(biāo)高約為-12～-15m；③雜色黏性土（Q3-Q4）；④淤泥質(zhì)土、黏性土，厚度很大，底標(biāo)高約為-30m；⑤砂土、黏性土；⑥殘積土。覆蓋層主要表現(xiàn)濱海相沉積特征。

1.4 土層描述

[1]以黃茅海高欄海域的土層為例對(duì)珠江口的土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，參見圖1。

圖1 高欄海域土層剖面圖

從圖1可見土層可分為上、下兩部分：

下部的A、B、C 3層為較老的晚更新世沉積土層，底部的C層為陸相沖洪積層～殘積、風(fēng)化層，一般厚度約為10m；其上的B層為濱海相的灰色淤泥質(zhì)土、黏性土，一般厚度約10m，14C年齡為（23800±520）年B.P.；B層的上部遭受風(fēng)化形成雜色黏性土或接受陸相洪泛沉積形成晚更新世沉積的頂層A層，A層不穩(wěn)定，一般厚度約為2～10 m。A層的頂部與上覆全新世地層為不整合接觸，其間經(jīng)歷了最后一次冰期形成的沉積間斷。晚更新世土層反映了一次海侵至海退沉積旋回。

全新世土層也可分為3層，底部的Ⅲ層為陸相沖洪積砂礫層和濱海相淤泥混砂，厚度約為2～10m；中部的Ⅱ?qū)訛榛疑暮硿\海相淤泥質(zhì)土、淤泥，厚度約為5～15m；Ⅱ?qū)酉蜿懼饾u變?yōu)楝F(xiàn)在的黃茅海河口灣沉積。黃茅海全新世沉積的14C年齡，海底以下約15m處為（9240±360）年B.P.，約4m處為（2480±95）年B.P.。全新世沉積也反映了一次海侵至海退過程。

1.5 珠江口地區(qū)的標(biāo)志性土層

總的來看，上述的土層結(jié)構(gòu)是一致的，都有一個(gè)共同的土層，即上述的A層雜色黏性土，可以認(rèn)定這是珠江口地區(qū)的標(biāo)志性土層，形成時(shí)代為Q3末期至Q4初期，成因主要是末次冰期海面下降、原來的濱海相土層遭受長期風(fēng)化作用。研究資料[2]認(rèn)為末冰期發(fā)生在距今24000～8000 a，灰黑色的濱海相土層暴露于大氣中遭受長達(dá)16000 a的風(fēng)化作用，形成了上述的雜色黏性土。該層在珠江三角洲地區(qū)普遍存在。同時(shí)也就可以認(rèn)定該層下面的B層淤泥質(zhì)土、黏性土都是Q3時(shí)期沉積的土層，距今約24000 a。

2 黏性土層的固結(jié)程度探討

2.1 土層固結(jié)程度的研究和結(jié)論

黏性土的固結(jié)程度一般采用超固結(jié)比（OCR）來衡量，其值等于先期固結(jié)壓力（PC）與當(dāng)前有效上覆壓力（）的比值，即：

1）由于干燥作用或者風(fēng)化作用，導(dǎo)致土層形成膠結(jié)，膠結(jié)作用形成土層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，表現(xiàn)出超固結(jié)特征；

2）形成年代比較久遠(yuǎn)的黏性土層，在有效應(yīng)力不變的情況下會(huì)發(fā)生黏滯固結(jié)，相當(dāng)于次固結(jié)，形成了更為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)排列，表現(xiàn)出超固結(jié)特征。

這兩種情況表現(xiàn)出來的超固結(jié)特征，并不是因?yàn)檎嬲腜C＞造成的，其超固結(jié)比被稱為似超固結(jié)比（或者表觀超固結(jié)比）。

研究資料[3]表明，因干燥作用和風(fēng)化作用而表現(xiàn)出超固結(jié)特征的，其似超固結(jié)比一般可以達(dá)到1.5～2.0，甚至更大，一般隨深度而減小。因黏滯固結(jié)而表現(xiàn)出超固結(jié)特征的，其似超固結(jié)比大約為1.4，并且不隨深度而變。一般認(rèn)為黏滯固結(jié)不會(huì)使土層的靜止側(cè)壓力系數(shù)K0值大于正常固結(jié)土的K0值。

2.2 雜色黏性土（A層）的固結(jié)程度

根據(jù)前面所述，雜色黏性土是珠江口地區(qū)的標(biāo)志地層，是遭受長期干燥、風(fēng)化作用形成的，由于膠結(jié)形成了土層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，導(dǎo)致該層表現(xiàn)出超固結(jié)的特征，似超固結(jié)比會(huì)比較大，離散性也較大。

2.3 先期固結(jié)壓力估算

在分析珠江口相關(guān)工程的勘察資料時(shí)，選取了有代表性的鉆孔，對(duì)雜色黏性土下面的B層淤泥質(zhì)土、黏性土的先期固結(jié)壓力進(jìn)行了估算。根據(jù)區(qū)域資料，珠江口地區(qū)沒有大剝蝕的地質(zhì)歷史，粗略認(rèn)為，海退后經(jīng)過長期的干燥，地下水位下降到雜色黏性土底面時(shí)，B層淤泥質(zhì)土、黏性土的上覆壓力最大，其值即先期固結(jié)壓力（PC）。重新海侵后，雜色黏性土層完全飽和，并接受上部濱海相沉積，形成了現(xiàn)在的上部土層和有效上覆壓力（）。估算結(jié)果表明：PC≤。

2.4 淤泥質(zhì)土、黏性土（B層）的固結(jié)程度

從前面估算的結(jié)果PC≤看，實(shí)際發(fā)生的先期上覆壓力可能不是導(dǎo)致表現(xiàn)出超固結(jié)特征的主要因素。

本層是Q3時(shí)期形成的地層，時(shí)代久遠(yuǎn)，應(yīng)考慮到在有效應(yīng)力不變的情況下發(fā)生黏滯固結(jié)，表現(xiàn)出超固結(jié)特征?？梢哉J(rèn)為引起的似超固結(jié)比約為1.4，并且不隨深度而變。

在長期的地質(zhì)歷史中，地下水位的變化也會(huì)導(dǎo)致土層表現(xiàn)出超固結(jié)特征，研究資料[3]表明，由于地下水位變化和黏滯固結(jié)這兩個(gè)因素共同作用產(chǎn)生的超固結(jié)比值多數(shù)是相同的，一般為1.25～1.8。另外盡管珠江口沒有大剝蝕的地質(zhì)歷史，但是在漫長的地質(zhì)歷史中剝蝕是存在的，局部地段剝蝕可能還會(huì)比較顯著，也會(huì)引起一定程度的超固結(jié)。

綜上分析，該層土表現(xiàn)出超固結(jié)的特征，主要應(yīng)該是由于黏滯固結(jié)和地下水位變化這兩個(gè)因素共同作用產(chǎn)生的，其（似）超固結(jié)比應(yīng)在1.4～1.8，局部可能會(huì)更大。

3 勘察成果的對(duì)比

在珠江口相關(guān)工程的勘察中，為了確定B層淤泥質(zhì)土、黏性土的固結(jié)程度，采用了多種先進(jìn)的勘察手段：

1）采用活塞取土器取得一級(jí)土樣進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)，以求得準(zhǔn)確的先期固結(jié)壓力；

2）采用國際先進(jìn)的CPTU探頭和設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場觸探試驗(yàn)；

3）采用改進(jìn)工藝的十字板剪切試驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場剪切試驗(yàn)。

經(jīng)過對(duì)以上測試資料的整理分析，B層的超固結(jié)比多數(shù)為1.4～2.2，靜止側(cè)壓力系數(shù)K0值與一般的正常固結(jié)土接近。實(shí)際測試的結(jié)果與上面的分析基本是吻合的。

4 結(jié)語

廣州南沙港地區(qū)的土層海陸交互沉積的特征比較明顯，珠海高欄港地區(qū)的土層更主要呈現(xiàn)濱海相沉積的特征。珠江口地區(qū)揭示的雜色黏性土層是該地區(qū)的標(biāo)志性土層，是在末次冰期海退后，原來的濱海相土層經(jīng)過長期的干燥、風(fēng)化形成的，形成時(shí)代為Q3末期至Q4早期，該層因膠結(jié)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而顯現(xiàn)超固結(jié)特征。雜色黏性土下面的灰色淤泥質(zhì)土、黏性土是Q3時(shí)期沉積的濱海相土層，該層顯現(xiàn)超固結(jié)的特征，主要應(yīng)該是由于黏滯固結(jié)和地下水位變化這兩個(gè)因素共同作用產(chǎn)生的，其（似）超固結(jié)比大約為 1.4～1.8。

黏性土層的固結(jié)程度對(duì)本地區(qū)的工程建設(shè)有重大影響，在相關(guān)工程的地質(zhì)問題研討會(huì)上，都重點(diǎn)探討了這個(gè)問題。

參考文獻(xiàn)：

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