試析黃河三角洲濱岸某場(chǎng)區(qū)粉土工程特性

盧超健，胡建華

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北武漢 430071）

0 引言

某場(chǎng)區(qū)現(xiàn)有突堤南側(cè)及北側(cè)地貌單元為黃河河口沖積與海陸交互沉積地貌，水下地勢(shì)開(kāi)闊平坦，屬海底平原，從西到東地勢(shì)逐漸傾斜變低。由于長(zhǎng)時(shí)期的地殼運(yùn)動(dòng)和流水沖刷、沉積，黃河攜帶大量的泥沙流經(jīng)此處，在該區(qū)形成粉砂質(zhì)沖積區(qū)，呈現(xiàn)出砂土和黏性土多次交疊的現(xiàn)象。而粉土是介于砂性土和粘性土之間的一種過(guò)渡類型土，工程性質(zhì)既與砂性土不同，又與黏性土有較大區(qū)別，體現(xiàn)出低粘結(jié)性、高分散性、易被水沖刷的特性。由于粉土獨(dú)特的性質(zhì)，探索其對(duì)場(chǎng)區(qū)工程建設(shè)的影響具有重要意義[1]。

通過(guò)以某一突堤陸域形成工程及其鄰近3個(gè)工程的粉土為研究對(duì)象，在現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試、土工試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用理論分析與試驗(yàn)成果相結(jié)合的方法展開(kāi)對(duì)黃河三角洲濱岸粉土的特性探究，以供工程建設(shè)借鑒。

1 粉土的成因及分布規(guī)律

由于地處黃河入?？?，其沉積受海水水位影響波動(dòng)起伏，加上構(gòu)造作用，在渤海的基底形成粉砂質(zhì)的沖積區(qū)，地表沉積總厚度在500～900m之間，呈現(xiàn)多次交疊，砂土和黏性土相隔。該區(qū)域覆蓋層地質(zhì)屬新生界第四系全新統(tǒng)，為黃河沖積與海陸交互沉積。因此，由于板塊運(yùn)動(dòng)以及潮汐運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致粉土的沉積呈現(xiàn)出不均勻和無(wú)規(guī)律性。

通過(guò)全斷面取芯，結(jié)合室內(nèi)巖土試驗(yàn)，揭示出粉土在該區(qū)廣泛分布，在垂向上表現(xiàn)出呈層狀、分布不均，層厚變化大，局部呈透鏡體狀零星分布的特點(diǎn)，并混有黏性土、局部夾砂，含云母、偶見(jiàn)貝殼屑[2-4]?？眳^(qū)粉土層的分布情況見(jiàn)表1。

表1 勘區(qū)粉土分層情況表

2 粉土的基本物理力學(xué)性質(zhì)

2.1 原位測(cè)試與孔隙比

根據(jù)對(duì)不同深度粉土的土工試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（S.P.T），經(jīng)統(tǒng)計(jì)不同粉土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)與孔隙比基本情況見(jiàn)表2。

由圖表中的數(shù)據(jù)可知：

（1）不同深度的粉土的孔隙比變化幅度不大，始終在0.6～0.8之間規(guī)律性起伏；

（2）隨著深度的增加，孔隙比呈現(xiàn)出先增加后減小再增加的趨勢(shì)。其中⑤-2粉土孔隙比最小，說(shuō)明該層粉土的孔隙所占土的體積最小，飽和狀態(tài)下，孔隙中含水量最少；

（3）標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與孔隙比成反向關(guān)系。②、③-3、⑤-2、⑥-2粉土孔隙比平均值小于0.75，其對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)均值超過(guò)15擊，②-1粉土的錘擊數(shù)低于10擊且孔隙比的平均值大于0.75；

（4） 根據(jù) 《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）（2009版）可知粉土的密實(shí)度，②、③-3、⑤-2、⑥-2粉土為密實(shí)，②-1粉土為中密。對(duì)應(yīng)各層標(biāo)貫統(tǒng)計(jì)指標(biāo)及物理力學(xué)統(tǒng)計(jì)值，說(shuō)明孔隙比越小，土越密實(shí)，壓縮性越低；孔隙比越大，土越疏松，壓縮性越高。

表2 粉土標(biāo)貫及孔隙比基本情況

2.2 顆粒組成情況

根據(jù)該區(qū)域粉土的顆粒組成特點(diǎn)，以及不均勻系數(shù)CU=的公式計(jì)算可知，不均勻系數(shù)CU=1.1～1.6，曲率系數(shù)CC=0.8～1.0，所有粉土土樣均不能同時(shí)滿足Cu＞5，Cc=1～3的要求，屬于級(jí)配不良土。 粒徑級(jí)配見(jiàn)圖1。

圖1 不同深度粉土粒徑級(jí)配圖

不同深度內(nèi)粉土粒徑組成特點(diǎn)：各種粒徑都有，并且出現(xiàn)＞2mm的礫石；各顆粒成分所占百分比不相同，但在該土層中所占的比重趨勢(shì)基本相同，其粒徑組成主要以粉砂 （粒徑＜0.075mm）為主。隨著深度的變化粉粒含量呈現(xiàn)出先減少再增加的趨勢(shì)，⑤-2、⑥-2主要以粉粒含量為主，所占比例高達(dá)84%以上。粉土基本顆粒組成見(jiàn)圖2。

2.3 含水率、液塑限規(guī)律

由表3可知：不同深度的粉土的含水率變化幅度不大，始終在23.2～28.7之間起伏。

各層粉土的塑限 （平均值）、液限（平均值）較穩(wěn)定，變化不大。液限均值在26.2%～29.8%之間，范圍值在23.3%～43.5%之間，塑限均值在18.0%～19.7%之間，范圍值在15.4%～26.1%之間。塑性指數(shù)IP基本滿足小于10的條件，大部分試驗(yàn)樣本的IP＞8，反應(yīng)出該場(chǎng)區(qū)粉土的塑性指數(shù)低，粘性小，粘粒含量少。

2.4 壓縮性

場(chǎng)區(qū)不同深度粉土在壓縮性指標(biāo)上有相同亦有區(qū)別。

相同的是各層粉土的壓縮系數(shù)處于0.1MPa＜a1-2＜0.5 MPa之間。其中②、⑤-2、⑥-2粉土的壓縮系數(shù)分別為0.12、0.13、0.12，與之對(duì)應(yīng)的壓縮 模 量 分 別 為 14.489、13.300、14.400。反應(yīng)出不同深度的三層粉土的壓縮系數(shù)幾乎相等，說(shuō)明壓縮性幾乎相同，且壓縮模量也近似相等。

②-1與③-3粉土的壓縮系數(shù)較大，壓縮模量較小。說(shuō)明較之②、⑤-2、⑥-2三層粉土具有較高壓縮性，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差，土質(zhì)較松軟。

綜上所述，該區(qū)域的粉土總體為中等壓縮性土[5-7]（②、⑤-2、⑥-2粉土為中偏低壓縮性土、②-1中偏高壓縮性土、③-3粉土為中等壓縮性土）。

圖2 粉土基本顆粒組成

表3 物理、力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值

圖3 粉土含水率、液塑限規(guī)律

2.5 抗剪強(qiáng)度

根據(jù)抗剪強(qiáng)度的庫(kù)侖定理公式τf=σtanΦ+c加上表4中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，試驗(yàn)中施加的剪切面法向應(yīng)力一定時(shí)，抗剪強(qiáng)度與粘聚力和內(nèi)摩擦角成正比。直接剪切實(shí)驗(yàn)中，②-1、③-3、⑤-2不同深度三層粉土的粘聚力平均值相同，根據(jù)理論公式分析可知，該三層土體的抗剪強(qiáng)度近似相等，而⑥-2土的粘聚力平均值最大，該層土的抗剪強(qiáng)度最強(qiáng)。通過(guò)比較直接剪切和固結(jié)快剪試驗(yàn)可知，②、③-3、⑤-2三層不同深度的粉土，兩種試驗(yàn)的抗剪強(qiáng)度波動(dòng)很小，近似相等，而②-1土層有明顯變化，進(jìn)一步說(shuō)明，土體固結(jié)在一定程度上有利于增加土體的抗剪強(qiáng)度。

表4 粉土直接快剪和固結(jié)快剪數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3 工程特性

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆探和室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)該區(qū)淺層粉土的基本性質(zhì)和工程特性有了一定的了解。不同深度粉土分析如下：

② 粉土，濕，密實(shí)，分布較穩(wěn)定，厚度變化不大，中偏低壓縮性，有一定強(qiáng)度；

②-1粉土，濕，中密，呈透鏡體狀分布，厚度變化大，中偏高壓縮性，工程性質(zhì)較差，強(qiáng)度較低；

③-3粉土，濕，密實(shí)，局部密實(shí)，該層分布不均，厚度不均，中等壓縮性，力學(xué)強(qiáng)度中等；

⑤-2粉土，濕，密實(shí)，呈透鏡體狀零星分布于⑤粉質(zhì)黏土中，中偏低壓縮性，力學(xué)性能較好，但分布不穩(wěn)定、層厚不均；

⑥-2粉土，濕，密實(shí)，呈透鏡體狀零星分布于⑤粉質(zhì)黏土中，中偏低壓縮性，力學(xué)性能較好，但分布不穩(wěn)定、層厚不均。

綜合分析可知：粉土是一種具有特殊工程性質(zhì)的土，該區(qū)域粉土的成因復(fù)雜、鉆探取樣困難、分布不均、層厚變化大，力學(xué)性能較穩(wěn)定，粉土塑性指數(shù)低、中等壓縮性、粘性小、粘粒含量少、低粘結(jié)性、高分散性，但是粉土的工程特性與它的形成條件、物質(zhì)成分、堆積年代、所處的地理環(huán)境與空間分布規(guī)律密切相關(guān)，所以不同區(qū)域不同深度的粉土，屬性上存在著較大的差異。②、②-1、③-3土層工程性質(zhì)較差，作為天然的工程地基有所欠缺，⑤-3、⑥-2該土層性質(zhì)相對(duì)較穩(wěn)定，基本滿足設(shè)計(jì)對(duì)持力層的要求。由于粉土性質(zhì)的特殊性，針對(duì)于不同的工程項(xiàng)目而言，對(duì)于粉土的要求也有所差別。

4 結(jié)論

通過(guò)鉆探、原位測(cè)試以及室內(nèi)試驗(yàn)，獲得了該場(chǎng)區(qū)粉土的分布規(guī)律、基本物理力學(xué)性質(zhì)等成果：

（1）粉土分布不均，層厚變化大，局部呈透鏡體狀零星分布?；煊叙ば酝?、局部夾砂，含云母，偶見(jiàn)貝殼屑。

（2）不同深度的粉土的孔隙比變化幅度不大，在0.6～0.8之間；

（3） 粉土的不均勻系數(shù)C∪=1.1～1.6，曲率系數(shù)Cc=0.8～1.0，所有粉土土樣均不能同時(shí)滿足 Cu＞5，Cc=1～3的要求，屬于級(jí)配不良土；

（4）部分粉土具高粉粒含量的特性，其物理力學(xué)性質(zhì)主要受粉粒影響，其最大含量達(dá)到84%以上；

（5）粉土總體為中等壓縮性土[5-7]。

反應(yīng)出不同深度、相同深度的粉土性質(zhì)上的差異，其成果為工程建設(shè)提供了地質(zhì)基礎(chǔ)資料，亦可為同類工程借鑒。