太原市綜改區(qū)軟土工程特性綜合分析

葉海東

（山西省勘察設計研究院有限公司，山西太原 030013）

軟土是指天然含水量常大于液限（IL>1），天然孔隙比大（e>1）的土，通常具有高壓縮性、高含水量、高靈敏度、低承載力、低強度、低滲透性、含有機質的特征，如淤泥、淤泥質粉質粘土及飽和粘性土、粉土等[1]。具有觸變性、流變性及各向異性等特征。且軟土埋藏淺，厚度變化大，對工程建設影響大，研究其工程特性具有重要意義。

太原市綜改區(qū)地區(qū)位于汾河沖積平原，地形平坦，地面標高多在770m，地表下普遍分布厚度小于8~10m的類軟土，本區(qū)形成的軟土絕大部分屬于河漫灘相、湖相沉積類型，巖性以粉質黏土、粉土為主，其上表層分布1~2m厚中~低壓縮性粉質黏土或粉土，其下普遍為松散~稍密狀態(tài)砂土。

1 軟土物理力學指標分析

由于其獨特的地質成因和地質環(huán)境而形成了不同于太原盆地其他地區(qū)地基土的工程特性和物理力學指標，具有典型的地域性特征。

根據太原市綜改區(qū)勘察資料，場地內軟土其主要物理力學性質指標詳見表1。

2 軟土工程特性

從表1科研看出本區(qū)軟土具有和一般軟土地區(qū)共有的高壓縮性、高含水率、高靈敏度、低強度、低滲透性、低承載力，本地區(qū)軟土同時具有結構性強，各向異性明顯。

表1 地基土物理力學性質指標統(tǒng)計

第②層、③層中現場注水試驗得出的滲透系數比室內滲透試驗得出的滲透系數大，這是受沉積環(huán)境限制，沉積時形成具有水平層理的沉積韻律，一般情況水平滲透系數明顯高于垂直滲透系數。由于上述土層一般呈水平層理，夾有薄層粉性土、砂土透鏡體，增加了透水能力，而室內滲透試驗受取土質量、試驗邊界條件的限制，所得滲透系數一般偏小。

兩類軟土均為在水的浮力作用單一的土自重壓力緩慢固結的過程，雖大部分地區(qū)軟土之上分布一層厚度較薄的軟可塑的粘土硬殼層（俗稱），但從十字板剪切試驗強度與深度曲線及先期固結壓力曲線分析為欠固結土。

第②層粉質黏土、第③層粉土，其天然地基承載力特征值60~80kPa，波速值小于140m/s，WS≥0.9WL，IL≥0.75，本場地第②層粉質黏土、第③層粉土屬于震陷性軟土。

依據《建筑抗震設計規(guī)范（GB 50011）》標貫試驗判別法及《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)范（JGJ 83）》6.3節(jié)采用雙橋靜力觸探法進行判別，第③層粉土屬于主要液化土層，黏粒含量10%左右，液化指數8~15，由于沉積時間較短，標貫擊數較低，其靈敏度高具有很明顯的觸變效應和在震動情況下具明顯液化現象和震陷現象。

3 軟土地基處理分析

一般條件下軟土地基處理常見的有預固結法、換填墊層法，強夯置換法、CFG樁法等，但在太原綜改區(qū)由于場地液化等級一般為中~嚴重，根據《建筑抗震設計規(guī)范（GB 50011）》4.3.6節(jié)，對于較為重要的建筑物需全部消除液化沉陷影響。目前山西常用的消除大厚度土層液化沉陷措施、地基處理方式主要為振動沉管碎石樁，對荷載要求較高的建筑物常采用碎石樁+水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）多元復合地基進行處理。

但第②層粉質黏土及第③層粉土其強度較低，且屬中~高靈敏度土，具明顯觸變性，對碎石樁的圍限作用有限，采用振動沉管法施工成樁較為困難，處理效果差，且擠土效應明顯，周圍土體承載力恢復休止時間較長。同時在本地區(qū)CFG樁施工如無可靠的施工工藝和保證措施時，易發(fā)生竄孔、縮頸、斷樁等不良工程現象，嚴重影響質量和工期。

因此當場地為嚴重液化時一般采用樁基礎，只有在抗震設防為丙類建筑且場地中等液化及以下場地時荷載不大、變形要求不高時可采用水泥土攪拌樁、強夯置換等地基處理方法。

4 軟土樁基分析

鉆孔灌注樁施工對周邊環(huán)境影響小，但其單樁承載力與施工質量密切相關，故施工時應嚴格按照相關規(guī)程執(zhí)行，需充分考慮軟土的工程特性，并應注意如下問題：

第②、③層為飽和軟弱土，成樁施工時易產生縮孔，宜加強泥漿護壁或護筒埋置深度，建議通過試樁確定鉆進速率、泥漿比重等各項參數，確保成樁質量。

預制樁施工迅速，精度高，但受地質條件限制大，故施工時應嚴格按照相關規(guī)程執(zhí)行，并應注意以下問題：

（1）大面積施工時易造成上部第②、③層軟弱土超孔隙水壓力上升，且消散較慢，施工后固結過程中會產生承臺與其下土體脫空、樁基負摩阻力等不利影響。

（2）水平擠壓力易造成的樁體上浮，土體上涌以及樁位偏移等問題。

（3）擠土效應使樁間土、樁端土結構破壞，從而降低其強度。

（4）如采用錘擊法施工易造成場地第②、③層軟弱土震陷及液化土層的震動液化。

針對以上不利影響，施工時應控制沉樁速率，設置排水板或砂井等措施，加快孔隙水壓力消散，并應合理確定沉樁順序，采取挖設防擠溝槽或設置應力釋放孔，以減小側向擠土效應。場地屬嚴重液化場地，管樁接頭部位應設置在非液化土層中，且接頭位置應錯開。

5 場地回填處理

由于本地區(qū)大部分項目需進行大面積回填，回填厚度介于1.0~5.0m。第②層粉質黏土、第③層粉土具有強度低、壓縮性高、滲透性低、靈敏度高、明顯觸變等特征。其在外荷載作用下壓縮變形量大，易產生較大的沉降和不均勻沉降；抗剪強度低，基坑開挖及坑邊堆載時易導致坑邊失穩(wěn)及較大的土壓力；透水性差，在外荷載作用下排水固結緩慢，工后沉降量大；快速加荷使超孔隙水壓力快速升高，有效應力降低，導致土層強度降低，甚至產生結構破壞；土體受到擾動或震動后，影響土體結構，強度驟然降低，導致土體沉降或滑動。

由上述可知，在大面積填方且在快速堆填的情況下，可能造成已施工建筑物產生附加沉降及不均勻沉降，且沉降歷時長、總沉降量大，對已施工的樁基可能產生負摩阻力、較大的不平衡水平側壓力、引起樁基內力較大變化等不良工程地質問題。因此，本工程應先進行回填處理，使地基獲得充分預壓，減少地面沉降和建筑物的附加沉降。

根據《建筑地基基礎設計規(guī)范（GB 50007-2011）》大面積填土宜在基礎施工前3個月完成，回填方法可采用分層、均勻壓實，具體的回填材料、回填施工方法、回填質量、回填速率等應根據現場施工條件等確定，且應均衡堆載。如需加快固結速度、縮短沉降穩(wěn)定時間，可考慮設置塑料排水板或砂井等排水豎井。

6 基坑圍護設計、開挖施工應注意的巖土工程問題

（1）本工程第②層粉質黏土、第③層粉土土質軟弱，具有明顯流變和觸變特性，其在外部填方荷載及機械車輛動荷載作用下土體受擾動強度極易降低。基坑工程開挖時易產生側向變形和剪切變形，易導致支護結構產生過大變形或失穩(wěn)。開挖過程中應盡量減少土體擾動，限制每層開挖厚度，同時開挖過程中嚴禁在基坑周邊堆載及設置重型車輛行車路線，防止基坑失穩(wěn)?；娱_挖應按“分層、分段、對稱、均衡、適時”的原則開挖。

（2）當基坑挖至第②、③層一定深度時，由于該層呈流塑～軟塑狀態(tài)，容易產生坑底土隆起和坑壁土側向位移，土體會有一定的回彈，對基坑圍護結構、周圍鄰近道路等產生不利影響，必要時可對坑底土進行適當的加固處理?；拥撞康鼗敛灰碎L期暴露，更不得積水。

（3）一般情況下本地區(qū)基坑降水常采用管井降水，井間距一般10~12m，由于地層滲透性差，降水效果大部分不甚理想，一方面可能引起周邊地面產生比較大的附加沉降，另一方面存在疏不干的現象，在采用管井結合滲水井降水時能取得比較滿意的效果。

7 結語

（1）太原市綜改區(qū)軟土，成層性好，微層理發(fā)育，常夾厚薄不均的松散砂層，厚度8~10m。

（2）太原市綜改區(qū)軟土均具有高壓縮性、高含水率、高靈敏度、低強度、低滲透性、低承載力的特征。

（3）對軟土進行工程評價時，應分析其成因類型、成層條件、層理特征、水平垂直方向的均勻性、固結歷史、靈敏度、排水條件、應力狀態(tài)及變形影響。

（4）應根據建筑物的安全等級、結構特點、軟土分布特征選擇不同的地基處理形式，地基處理形式多樣，應考慮其適用性和經濟可靠。對安全要求較高的建筑物，基礎形式宜采用樁基。

（5）本地區(qū)基坑在采用管井結合滲水井降水時能取得比較滿意的效果。