軟土地基的巖土工程勘察研究

李田芬 高賀佳

1.江蘇省核工業(yè)二七二地質(zhì)大隊(duì)，江蘇南京 210003；2.江蘇省徐州市泉山區(qū)中石化管道儲(chǔ)運(yùn)有限公司，江蘇徐州 221000

1 軟土

軟土是在海灘、三角洲、河口灣、潟湖、湖泊、沼澤等地區(qū)的淡水或鹽水中沉積而成的。軟土顏色多為灰綠、灰黑色，摸上去比較滑膩，帶有腥臭味；具有典型的海綿狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)，孔隙比大、含水率高、透水性小、壓縮性大、強(qiáng)度低。

軟土分布范圍極廣，面積極大。在長(zhǎng)江中下游地區(qū)，從連云港到溫州，從洞庭湖、洪湖到廣州灣，從上海到廈門(mén)， 都廣泛分布著大量軟土。

軟土地基主要包括內(nèi)陸湖塘盆地、江河海洋沿岸和山間洼地沉積的各種淤泥和淤泥質(zhì)黏性土，由黏土和粉土等細(xì)微顆粒含量多的松軟土、孔隙大的有機(jī)質(zhì)土、泥炭以及松散砂等土層構(gòu)成。

軟土受到外部干擾時(shí)，結(jié)構(gòu)性會(huì)發(fā)生破壞，強(qiáng)度大幅降低。在承載壓力后，軟土?xí)l(fā)生變形，軟土中的空隙會(huì)逐漸變小。軟土的壓縮系數(shù)大，穩(wěn)定性差，強(qiáng)度低。雖然軟土含水量很高，但軟土的透水性卻較差，且軟土分布極不均勻。

2 軟土地基病害

軟土肥沃，天然含水量大，適宜種莊稼，但它的壓縮性高、承載力低、透水性差，軟塑到流塑狀態(tài)，黏性飽和，抗剪強(qiáng)度低，靈敏度高，不適宜充當(dāng)建筑、路橋的地基[1]。這種人與自然的內(nèi)在矛盾決定了生活在軟土上、離不開(kāi)軟土的人們不得不面對(duì)軟土地基造成的種種危害——路堤失穩(wěn)，路、橋結(jié)合部出現(xiàn)3cm甚至0.5m的沉降，造成路面開(kāi)裂、錯(cuò)臺(tái)（“錯(cuò)臺(tái)型”“馬鞍型”），車輛行駛發(fā)生跳車；路橋出現(xiàn)沉降縫、不規(guī)則裂紋、八字墻；邊坡出現(xiàn)坍塌，甚至延伸到道路內(nèi)部，造成路面開(kāi)裂或塌陷；路面無(wú)法恢復(fù)疲勞，產(chǎn)生永久性變形積累形成的帶狀車轍；還有路面出現(xiàn)大面積的“蜂窩”“麻面”等。

處理軟土地基，必須想方設(shè)法地降低土質(zhì)中的含水量，成本非常高，耗時(shí)又長(zhǎng)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于軟土地基都沒(méi)有科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、快速、高效的處理方法。因此，必須加強(qiáng)對(duì)軟土地基的巖土工程勘察，盡可能地避開(kāi)軟土地基。

3 軟土地基巖土工程勘察

3.1 軟土地基勘察的內(nèi)容

軟土地基巖土工程勘測(cè)必須摸清軟土地基分布地區(qū)的地形、地貌、軟土的成因、軟土的類型、軟土的具體分布范圍、軟土的滲透性能、基底地層的性質(zhì)、軟土層的深度、厚度；地下水水位、排水與補(bǔ)水情況、軟土的強(qiáng)度、軟土的變形特征、軟土隨著應(yīng)力變化而變化的規(guī)律以及軟土地基含水量、容重、孔隙比、液限、塑限、成分等。

3.2 軟土地基勘察方法

對(duì)軟土地基勘察必須采用綜合方法，要進(jìn)行鉆探取樣、原位測(cè)試（包括靜力觸探、十字板剪切試驗(yàn)）和室內(nèi)土工試驗(yàn)、室內(nèi)水土腐蝕性試驗(yàn)。以計(jì)算出軟土地基分層土的壓縮系數(shù)、壓縮模量、固結(jié)系數(shù)、滲透系數(shù)、e-p曲線、快剪黏聚力及內(nèi)摩擦角、固結(jié)快剪黏聚力及內(nèi)摩擦角、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、分層土的側(cè)壁摩阻力、分層土的地基承載力等物理、力學(xué)、化學(xué)、水理性質(zhì)[2]。

3.3 鉆探

鉆探前，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況合理確定鉆探點(diǎn)間距，最大間距應(yīng)在30～50m區(qū)間，最小間距應(yīng)在2～3m區(qū)間；要根據(jù)地質(zhì)條件、建筑物（或高速公路）的特點(diǎn)以及可能的基礎(chǔ)類型來(lái)確定鉆探深度。

為避免破壞軟土地層性質(zhì)、避免振動(dòng)，一般采用干鉆法；對(duì)軟土取樣，宜采用薄壁取土器靜壓法。對(duì)細(xì)砂層采樣，可采用貫入器進(jìn)行采樣。

3.4 靜力觸探

靜力觸探可以減少鉆探取樣的工作量，節(jié)約勘察時(shí)間，提高勘察質(zhì)量。靜力觸探的靜探孔孔位、孔口高程必須與鉆探孔相同，孔深則應(yīng)穿過(guò)軟土層，深入持力層3m。靜探孔位置應(yīng)布置于軟土層厚度出現(xiàn)較大變化的地方、軟土層內(nèi)砂夾層的尖滅帶，以確定軟土與砂夾層的邊界、厚度、性質(zhì)。若要對(duì)鉆探孔的地質(zhì)劃分進(jìn)行檢驗(yàn)，則靜探孔位置應(yīng)布置于鉆探孔附近5m內(nèi)。

進(jìn)行靜力觸探前，必須平整場(chǎng)地，將觸探主機(jī)對(duì)準(zhǔn)孔位，用分度值為1mm的水準(zhǔn)尺校準(zhǔn)機(jī)座，并將機(jī)座緊固在反力裝置上。然后將穿入探桿內(nèi)的傳感器引線連接到量測(cè)儀器上，打開(kāi)電源，預(yù)熱并調(diào)試至正常工作狀態(tài)；再試壓探頭，檢查頂柱、錐頭、摩擦筒工作是否正常（若測(cè)孔隙壓力時(shí)，應(yīng)使孔壓傳感器透水面飽和）；若各部件工作一切正確，將連接探頭的探桿插入導(dǎo)向器，調(diào)整垂直并緊固導(dǎo)向裝置，保證探頭垂直貫入土中。

3.5 十字板剪切試驗(yàn)

十字板剪切試驗(yàn)可以快速測(cè)定軟土層快剪強(qiáng)度，簡(jiǎn)便易行，且極為可靠。用這種方法不需要采取土樣，也可以得到天然土層不排水抗剪強(qiáng)度。因此，在沿海軟土地區(qū)廣泛采用十字板剪切試驗(yàn)。十字板剪切試驗(yàn)的原理是：對(duì)軟土施加一定的扭轉(zhuǎn)力矩，剪壞土體，測(cè)定土體對(duì)抗扭剪的最大力矩，再換算出土體的抗剪強(qiáng)度值。十字板插入深度不應(yīng)小于鉆探孔直徑的3～5倍，間距應(yīng)超過(guò)0.75～1m，十字板插入土體后應(yīng)停留2～3min。

3.6 室內(nèi)土工試驗(yàn)

在現(xiàn)場(chǎng)采樣完成后，就要對(duì)土樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，分析軟土的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)形式。要對(duì)樣本進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、固結(jié)不排水抗剪試驗(yàn)、固結(jié)和直剪試驗(yàn)。進(jìn)行土工試驗(yàn)，要充分考慮軟土的顆粒大小不同、軟土的礦物成分差別較大、軟土的三相間數(shù)量比例不同問(wèn)題。

3.6.1 土的含水量試驗(yàn)

在土樣中，選取碎土30g，砂土與有機(jī)土50g，放進(jìn)稱量盒內(nèi)，蓋上盒蓋，質(zhì)量。然后打開(kāi)盒蓋，將樣品放進(jìn)烘箱，用恒溫烘干，細(xì)土的烘干時(shí)間要超過(guò)8h，砂土的烘干時(shí)間要達(dá)到6h。有機(jī)質(zhì)超過(guò)5%的土，要在70℃下進(jìn)行恒溫烘干。烘干后，取出樣品，放進(jìn)干燥器冷卻0.5～1h，最后蓋上盒蓋，稱量重量，精確度保持在0.01g左右[3]。

3.6.2 土的密度試驗(yàn)

將土樣風(fēng)干，攤成薄薄的一層，放置在空氣中1～2d，讓水分徹底的自然蒸發(fā)，然后進(jìn)行試驗(yàn)。如果樣品出現(xiàn)結(jié)塊，應(yīng)用棒子在磁缽中進(jìn)行研磨，把結(jié)塊搗成顆粒。若采用環(huán)刀法，要進(jìn)行2次平行測(cè)定，取平均值，平行差不能超過(guò)0.03g/cm3。

3.6.3 測(cè)定土的液性和塑性

測(cè)定土的液塑性時(shí)，直接用肉眼觀察樣品是否含有較多的沙粒。若沙粒過(guò)多必須用0.5mm的篩篩分砂礫。

4 軟土地質(zhì)巖土工程勘測(cè)的數(shù)據(jù)處理

4.1 土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

進(jìn)行土工試驗(yàn)后便可獲取數(shù)據(jù)，但要保證室內(nèi)試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)必須從工程性質(zhì)、巖土類型出發(fā)，并結(jié)合工程分析計(jì)算的要求確定試驗(yàn)方式與數(shù)據(jù)處理方法，這樣才能最終確定軟土的基本性質(zhì)。由于現(xiàn)場(chǎng)地層情況復(fù)雜，土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能作為現(xiàn)場(chǎng)分層的唯一依據(jù)。

4.2 原位測(cè)試的數(shù)據(jù)處理

在進(jìn)行原位測(cè)試時(shí)，必須根據(jù)地層的情況選擇具體的技術(shù)參數(shù)，這樣可以獲得更精確的數(shù)據(jù)資料。然后對(duì)原位測(cè)試獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納，形成統(tǒng)計(jì)表，最后產(chǎn)生分析結(jié)果。

4.3 地下水影響分析

必須將地下水的水文情況也納入勘察數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理之中。要考慮地下水的補(bǔ)給方式（若地下水補(bǔ)水方式為降雨，還要考慮現(xiàn)場(chǎng)的年降雨量），地下水是否存在周期性波動(dòng)、地下水水質(zhì)是否會(huì)發(fā)生酸性變化。地下水的變化會(huì)改變軟土的物理力學(xué)性質(zhì)，所以必須認(rèn)真研究地下水水文情況。

4.4 施工影響分析

由于施工作業(yè)要進(jìn)行打樁，會(huì)引起軟土應(yīng)力狀態(tài)、軟土強(qiáng)度、軟土壓縮性的變化。所以，進(jìn)行勘察數(shù)據(jù)處理時(shí)必須考慮施工影響。

5 軟土地基巖土工程勘察的注意事項(xiàng)

（1）要根據(jù)工程性質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜程度，以及相關(guān)規(guī)范，對(duì)巖土勘察的等級(jí)進(jìn)行劃分，確定工程等級(jí)。

（2）施工前，必須明確勘探工作量與具體的勘察措施。要確定勘察點(diǎn)的具體位置、間距、孔深，以及鉆孔數(shù)量，并對(duì)孔的參數(shù)制定明確規(guī)范，最后確定工作量。為節(jié)約勘察成本，工作量不宜過(guò)大；為提高勘察質(zhì)量，必須適當(dāng)增大鉆孔的密度，增加鉆孔的數(shù)量。

（3）在明確勘探工作量與具體勘察措施后，就要確定取樣的具體數(shù)量。根據(jù)取樣的數(shù)量制定勘察流程與時(shí)間表，以提高勘察效率。

（4）評(píng)定軟土的力學(xué)性質(zhì)時(shí)，必須查明軟土的固結(jié)歷史。確定軟土究竟屬于欠固結(jié)、正常固結(jié)，或是超固結(jié)。

（5）在勘察中，為降低勘察人員的工作壓力，應(yīng)盡可能選用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)。

6 結(jié)語(yǔ)

軟土是江河泥沙千萬(wàn)年沉積形成的產(chǎn)物。人類的生存、生活離不開(kāi)江河，現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)海洋貿(mào)易，當(dāng)今中國(guó)經(jīng)濟(jì)最繁榮、最富庶的地區(qū)都在軟土地帶（日本的情況也完全如此）。這種不以任何意志為轉(zhuǎn)移的自然現(xiàn)實(shí)，決定了我們必須適應(yīng)軟土、研究軟土。所以，我們有必要做好軟土地基巖土工程的勘察，取樣、土工試驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。