南通地區(qū)淺層老粘土的特征、分布及其意義

張娟 桑海峰

摘要：粘性土按其沉積年代可分為新近沉積性土，一般粘性土、老粘性土，在南通地區(qū)西北部的工程勘察中常發(fā)育一層粘性土層，其空間分布有一定的變化規(guī)律，工程性質(zhì)良好。通過大量的工程勘察實踐，該層土在許多樁基工程中有較高的利用價值，同時由于其特定的特征，反映出其特定的古地理、古氣候、古環(huán)境，對南通成陸發(fā)展及樁基應(yīng)用具有較強的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：南通地區(qū)；老粘土；特征；分布；意義

一、序言

南通市位于江蘇省東南部長江北側(cè)，東臨黃海，南臨長江。工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜，普遍具有多元地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特點，包括了河漫灘、河口三角洲、沖擊平原、低洼沼澤、低山孤丘等地貌單元。在南通地區(qū)西北部較淺的地基土中常發(fā)育一層粘性土，由于資料的積累及一些工程施工的經(jīng)驗，使我們逐步開始認(rèn)識該層老粘土。那么究竟什么是老粘土？其巖土特性及工程參數(shù)又如何？本文重點就該層老粘土的特征、形成機理、分布規(guī)律及其意義展開討論。

二、老粘土的概念

老粘土的沉積年代應(yīng)為第四紀(jì)全新世以前，其共有特征：礦物成份以粘土礦物為主，天然含水率低，低或中等偏低壓縮性，承載力高，硬塑為主，無層理構(gòu)造。南通地區(qū)的該層粘土特征為：以粘土為主，層頂黑色，含較豐富有機質(zhì)，其下為銹黃色混雜灰色，含少量鈣核，不具層理，層頂軟塑，其下硬塑，其特征屬老粘土范疇。

三、老粘土的形成機理

老粘土系指全新世以前在特定的氣候條件下，大量的細(xì)小的粘土顆粒在河流、風(fēng)等動力作用下，經(jīng)不斷的風(fēng)化、剝蝕、長途搬運后，在遙遠(yuǎn)的濱海湖泊中緩慢堆積，在連續(xù)的漫長的堆積過程中，當(dāng)堆積物厚度達(dá)到一定程度時，便同時又開始漫長的密實、排水、固結(jié)的過程，最終形成了該層老粘土。

四、老粘土的分布范圍

據(jù)我院40多年工程勘察實踐發(fā)現(xiàn)，南通地區(qū)西北部（海安全境、如東大部及如皋局部）淺部地基土發(fā)育一層粘性土，其沉積時代為第四紀(jì)上更新世沉積物，空間分布具有一定的規(guī)律與范圍。其具體分布范圍及變化詳見南通地區(qū)老粘土分布及埋藏圖（圖1）。

從圖1可看出，總體上該層老粘土的分布具有一定的規(guī)律：水平方向上，其分布主要沿古海岸線分布；垂直向上，該層粘土層頂面自東向西緩傾，即自陸地向海洋緩傾，傾角極小，約為0.008～0.011度，地勢平坦，厚度亦由陸地向海洋逐漸變薄，直至尖滅。

當(dāng)然，該層老粘土的分布在局部區(qū)域缺失此層，像如東縣新店鄉(xiāng)與岔南鎮(zhèn)之間的南蕩河一帶等。這些正也反映了南通古地理復(fù)雜的一面。

五、老粘土的參數(shù)特征

南通地區(qū)的老粘土埋深從十幾米至三十米左右，厚度≤6米，各項參數(shù)離散性較小，以粘土為主，硬塑狀態(tài)，中偏低壓縮。由于在該層老粘土形成之后環(huán)境因素的不同，在不同的場地其性質(zhì)也有一定的差異。下面舉例來說明其參數(shù)特征。

如東縣洋興線公路拓寬工程岔河鎮(zhèn)橋。本工程位于如東縣岔南鎮(zhèn)東首，為橫跨如泰運河及省道317線的立交橋。擬建橋凈寬17米，五跨（32m+25m+25m+32m+20m），設(shè)計橋面荷載為汽-20、掛-100，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼空心板，下部采用樁徑φ=1000mm的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，單樁容許荷載要求≥1700kN。場地地基土共發(fā)育有8層土及一個透鏡體層，代表性剖面如圖2，各地基土層的巖土特性參數(shù)見表1。

表1

層次 土層名稱 天然含水率 密度 比重

孔隙比 粘聚力 內(nèi)摩擦角 壓縮系數(shù) 壓縮模量 標(biāo)貫擊數(shù) 錐尖阻力 側(cè)壁阻力 承載力容許值

% g/cm3 kPa 度 MPa-1 MPa 擊 MPa kPa kPa

1 素填土 36.1 1.83 2.72 1.03 17.5 13.5 0.42 5.3 5.0 1.6 32

2 亞砂土與淤質(zhì)亞粘 34.3 1.84 2.71 0.98 13.4 22.1 0.33 6.1 6.4 2.8 39 120

3 粉砂夾亞粘土 32.1 1.86 2.68 0.91 5.5 29.5 0.21 9.1 11.0 4.8 53 150

4 亞砂土夾亞粘土 33.4 1.84 2.69 0.95 8.5 26.0 0.27 7.1 7.2 2.8 46 125

5 粉砂 26.7 1.94 2.68 0.75 3.5 35.0 0.10 17.4 24.4 9.9 110 235

6 粘土 26.6 1.91 2.74 0.81 59.0 11.3 0.15 11.6 12.0 2.0 65 230

7 粉砂夾亞粘土 28.1 1.92 2.68 0.79 4.5 32.5 0.12 14.7 23.2 9.2 125 220

T 粘土夾亞砂土 3.1 171 215

8 亞粘土與亞砂土 29.1 1.90 2.71 0.84 16.3 25.0 0.17 10.7 21.8 6.0 221 210

根據(jù)表1，場地內(nèi)層1～層4強度較低，工程性質(zhì)較差，層5及其以下土層工程性質(zhì)較好。若以層5粉砂作樁端持力層，樁底端置于-16.0米（1956年黃海高程，下同），單樁豎向容許承載力[P]=1080kN，≤1700kN，不能滿足單樁設(shè)計荷載要求。層7粉砂夾亞粘土強度高，埋藏較深，若以層7作樁端持力層，樁底端置于-27米，單樁豎向承載力[P]=2370kN，遠(yuǎn)大于1700kN。層6粘土是否能作樁端持力層？若作樁基持力層是否滿足單樁設(shè)計荷載要求？層6的各項參數(shù)統(tǒng)計值見表2。

表2

天然含水率 密度 比重 孔隙比 液限 塑限 塑性指數(shù) 液性指數(shù) 壓縮系數(shù) 壓縮模量 粘聚力 內(nèi)摩擦角 承載力基本值

% g/cm3 % % MPa-1 MPa kPa 度 kPa

最小值 26.0 1.91 2.74 0.80 40.5 23.2 17.3 0.18 0.14 10.8 56 11 220

最大值 27.6 1.92 2.74 0.83 40.9 23.8 17.5 0.29 0.17 12.8 63 12 240

樣本數(shù) 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13

平均值 26.6 1.92 2.74 0.81 40.7 23.4 17.4 0.21 0.15 11.9 59 11.3 230

變異系數(shù) 0.03 0.00 0.00 0.02 0.01 0.01 0.01 0.09 0.10 0.09 0.06 0.05

據(jù)表2可看出，層6最少試驗數(shù)量按公式計算，η=13，滿足統(tǒng)計要求。層6粘土天然含水率低，孔隙比較小，強度高，土質(zhì)均勻，離散性小，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，層6粘土為老粘土，其工程參數(shù)可較一般粘性土適當(dāng)提高取值，可作樁端持力層，若樁端置于-22米，經(jīng)計算，單樁豎向容許承載力[P]=1840kN，≥1700kN，滿足設(shè)計要求。

六、意義

1、根據(jù)南通地區(qū)的該層老粘土特征，其單一的成份，反映出粘土礦物其沉積環(huán)境應(yīng)是當(dāng)時的濱海湖泊或低洼地，碎屑物來源一致，同時其分布范圍及變化規(guī)律亦說明當(dāng)時南通地區(qū)的西北部區(qū)域為沿海區(qū)，地勢西高東低，向海洋緩傾。

2、層頂富含有機質(zhì)，顏色為黑色，反映了其沉積期間濕潤的氣候條件，有利于植物生長，其下顏色為銹黃色混雜灰色，以氧化環(huán)境為主，混有短時的還原環(huán)境。這些反映出當(dāng)時的該區(qū)已成陸出水，間有階段性的海進。

3、從若干個工程實例的物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計中可看出老粘土的穩(wěn)定性，在最少試驗量滿足要求的前提下，可采用其算術(shù)平均值作推薦值，由于該層土的形成年代久遠(yuǎn)，在工程參數(shù)的取值時，可比一般粘性土適當(dāng)提高取值。同時對單一工程場地而言，該層老粘土層位及層厚較為穩(wěn)定，在中小型橋梁及一般高層建筑樁基礎(chǔ)工程中，其為較理想的樁基持力層，在工程基礎(chǔ)建設(shè)中可節(jié)省投資，具有較高的指導(dǎo)作用及經(jīng)濟價值。