论文部分内容阅读
摘 要：查明建筑物场地的工程地质和水文地质条件，为设计提供合适的地质参数，视建筑物的特性建议地基处理的方法是工程勘察界义不容辞的责任。总结沿海软土地基勘探方法、软土物性及地基处理方法，旨在为同类软土工程勘察提供借鉴。
关健词：软土地基勘探方法地基处理
1 软土地基勘探方法
软土地基的勘察工作有其不同于常规地层的特殊性，勘察的重点是进行软土物理力学特性研究， 包括层理特征、均匀性、渗透性、上部硬壳层分布、固结历史、地下水埋藏规律及与潮汐的动态关系，分析基坑开挖、降水、回填以及打入式桩的挤土效应对周边建筑物的影响、判定软土震陷、饱和砂层的液化、地基处理方案等。
某构筑物地基反力120kPa，基坑开挖深度多为3～8m 不等。本工程主要解决软土地基处理问题和软土基坑的围护问题。根据勘察资料，场地地层由上至下为：填砂层①：白色，松散，以中细砂为主含贝壳，新近堆填，未经夯实。厚度为1～1.5m。标贯击数2～4 击。堆碴②：主要由块石组成，厚度1～3m。淤泥质土③：灰黑色，饱和，软塑～流塑，成分均匀，含腐殖质和贝壳残骸，具腐嗅味，面光滑，摇震反应慢，干强度高，韧性中等。分布整个场地，厚度为3～10m。标贯击数实测值N=1～2 击，平均值1.6 击。粉质粘土④：灰黄色，可塑），厚度为1.2～4m，标贯击数实测值为9～11 击。凝灰岩残积粉质粘土⑤：黄色，硬塑，顶板埋深5～12m。标贯击数实测值N=14～30击，平均值23 击。强风化凝灰岩⑥：顶板埋深5.0～24m。实测标贯击数平均值N 大于50 击。中风化凝灰岩⑦：顶板埋深5～20m。
1.1 现场地质工作
（1）周边建筑物地基资料收集、以往的或临近建筑物的勘察及设计处理经验、海潮水文资料收集。收集到的资料主要体现在岩土勘察报告中地形地貌和水文地理环境等章节。目的是判定软土基坑开挖引发的流土特性以及基础施工处理预制樁或钢管桩在软土中的挤密效应对周边建筑物所产生的影响、潮涨潮落的水文动态对场地施工的影响、确定构筑物抗浮设计水位等提供依据。
（2）钻探。勘探点布置主要根据国标《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）、以及设计的要求，一般沿构筑物轮廓线布置，轮廓较密处按中心线布置；勘探深度不是简单的按地基变形影响深度确定，而是根据场地可能采用的几种地基处理方案综合确定，如不仅考虑换土垫层法、排水预压或真空预压法、搅拌桩或旋喷桩法、沉井法，还要考虑预制桩或钢管桩法等等。
（3）地下水位观测。沿海软土地区地下水位对基础施工和基坑围护影响尤为重要，勘察期间必须测定终孔地下水位。查明场地地表海水体与地下水的关系，了解潮涨潮落与地下水的动态联系，根据工程的特点及要求，布置若干水位观测孔，各勘察钻孔要测定初见水位和分层水位观测以及终孔稳定水位。
（4）现场试挖。是获取基坑开挖特征的最好方法。采用挖土机， 开挖深度小于3m。试挖结果表明：干坑，但坑壁连1.0m 都无法自立，四周土层连同上覆填砂层一起塌陷、坍落，影响范围较大，采取基坑围护措施。
（5）场地钎探。查明淤泥质土表层有无堆碴、碎块石，绘出堆碴和碎块石的分布范围。因堆碴和碎块石直接影响地基处理方式和基坑围护方式。堆碴和碎块石分布区不适合采用排水预压或真空预压法、搅拌桩或旋喷桩法、沉井法、预制桩法等等。经勘探厚度1～4m，基础处理前应剥除此层。
1.2 原位测试
本工程采用的原位测试验手段有：标准贯入试验、静力触探试验、十字板剪切试验、孔内剪切波测试。采用多种原位测试手段代替部分勘探孔，一般可布置1/3～1/2 静力触探孔代替常规的钻探孔
1.3 室内试验
软土地基的固结系数测定除常规的垂直向固结系数Cv外还应测定水平向固结系数Ch。本场地淤泥质土为均质土，不含砂夹层和粉土或粘土夹层，故只需测定垂直向固结系数Cv，无测定水平向固结系数Ch。水平先期固结压力、固结系数、回弹指数等试验主要是
为了评价软土的固结历史、基坑开挖回弹变形等，同时，与垂直向和水平向渗透系数、三轴剪切试验中的固结排水剪数据相结合，成为软土地基排水固结预压法的重要数据，当需计算地基采用排水预压法达到某个设计固结度时需要多少时间，需要这些参数。土的有机质含量、土的酸碱度、土的易溶盐含量分析是软土地基勘察的重要内容。一般认为，有机质含量大于1%就会影响水泥土桩如搅拌桩或旋喷桩的加固效果，PH值＜6 的酸性土不适合水泥土桩。
2 软土物理力学特性及工程性能
2.1 物理性质
根据室内土工试验，本场地淤泥质土成份均匀稳定，不含砂夹层或粘土夹层，软塑～流塑。天然孔隙比1.2～1.5，天然含水量45%～60%，液限30%～40%，压缩系数av1~2=0.8～1.2。天然容重17kN/m3，干容重为11kN/m3，垂直向固结系数Cv=0.8×10-3cm2/s。软塑状淤泥质土土质细腻光滑，干燥后体积收缩，干强度好。
2.2 化学性质
土的化学性质与其物理、力学性质密切相关，对地基加固处理方式和基础材料的腐蚀性均有影响。本工程淤泥质土的有机质含量仅1%～2%，属非有机质土；易溶盐含量0.3%～
2.5%，为滨海盐渍土。土的pH 值=7～9，为碱性土。对水泥土桩如搅拌桩、旋喷桩的加固效果有影响；酸碱度可满足采用水泥土桩地基处理的条件，但易溶盐含量偏高。根据《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-95）腐蚀性标准判别，该场地淤泥质土对钢筋混凝土、素混凝土具中等强腐蚀性，应采取防腐措施。
2.3 变形特性
（1）高压缩性。室内土工试验表明，压缩系数av1-2=0.8～1.2，压缩模量Es1-2=2.5MPa，属高压缩性土；淤泥质土标贯击数<1.5 击，原位静力触探试验成果：锥尖阻力qc=15～70kPa，
承载能力低，侧壁摩阻力fs=0.71～1.24kPa，天然地基承载力fa=30～40kPa，采用换土垫层等浅基处理形式进行沉降计算。
（2）流变性。淤泥质土的流变性在工程上主要表现为堆载预压或受压固结后仍缓慢发生蠕变。
（3）触变性。根据试验成果，本工程淤泥质土无侧限抗压强度低，平均值qu=14.4kPa，重塑样qu’=9.7kPa，灵敏度St=1.2～2.5，属不灵敏～中等灵敏度，基坑开挖时不能立壁，会产生侧向滑移、变形和挤出现象。
（4）欠固结性。进行3 组淤泥质土的室内高压固结试验，测得先期固结压力为63～71kPa，均低于土样所处深度的上覆土压力，超固结比OCR＜1。现场原位十字板剪切试验结果表明，淤泥质土的不排水抗剪强度Cu 并不象正常固结土那样随深度增大而增大，Cu值随深度的关系曲线并非为一条大致成正比直线，其Cu 值基本不随深度增大。
2.4 抗剪特性
淤泥质土的天然抗剪强度指标是通过土样的室内直接剪切试验、无侧限压缩试验、3 轴不固结不排水压缩试验及原位十字板抗剪强度试验得到，增强了指标的可靠程度。直接剪切试验为天然快剪，以快速剪切控制不排水条件，测得C=12.4kPa，Φ=4.9°；无侧限压缩试验测得的无侧限抗压强度平均值qu=14.4kPa， 与Φ=0 时的不固结不排水剪强度Cu 存在如下关系式：Cu=qu/2， 换算得Cu=7.2kPa；3 轴不固结水排水剪测得Cu=6kPa，Φ=0.7°；原位十字板剪切试验共测得不同深度11 个点的Cu 值，平均值4.25kPa。几种方法测得的淤泥质土的天然抗剪强度指标总体均较低，其十字板剪切试验为原位试验土层未受扰动，故选取Cu=4.25kPa 为淤泥质土的天然抗剪强度指标。
2.5 渗透特性
由室内土样渗透试验可知，淤泥质土渗透系数为10-5～10-7cm/s，微～极微透水。其垂直向和水平向渗透系数均为10-5～10-7cm/s，且土中不含水平向砂夹层或砂透镜体，故对堆载预压法进行地基加固排水不利。由于淤泥质土呈高饱和状态，含水量大，孔隙比大，且土颗粒细腻、均匀，无侧限抗剪强度低，故其渗透变形的形式为“流土”。
3 地基处理方案分析
3.1 基坑围护
本工程基坑均在淤泥质土范围内，开挖深度小，淤泥质土虽呈饱和状，但相对不透水，仅在涨潮时会有少量自由水存在，故基坑渗流稳定性不突出，基坑稳定性差主要表现在淤泥质土无侧限抗压强度低，在无侧限条件下会发生挤出变形，当悬臂支护结构嵌入淤泥质土层内深度不足时基坑底会出现隆起变形、支护结构失稳的现象。虽然基坑进入淤泥质土的深度不大，但仍需采取基坑围护措施。由于场地第四系土层中不存在含水层， 地下自由水量小，故基坑开挖不存在大的抽降地下水问题，地下水易于抽干。
3.2 地基处理
3.2.1 浅基础
本工程设计要求的地基承载力不高，但场地淤泥质土直接作为地基持力层不满足要求，而采用桩基利用粉质粘土及其以下的岩土层为持力层工作造价较高，故应研究、利用改良加固淤泥质土作为浅基础。适合本场地的浅基础处理方案有4 种。
（1）换土垫层。基坑成型后，坑底铺设一定厚度的透水性材料如砂石、均质粘土、灰土、粉煤灰、矿碴等。垫层应取料均匀、分层压实，并验算下卧层的承载力。换土垫层用于本工
程，不足之处是基坑内碾压施工困难、基坑无法放坡、垫层处理承载力提高值偏大，技术可靠性不足，同时，下卧淤泥质土的长期稳定性差，容易受周边地基工程影响。
（2）预压法。场地淤泥质土土层结构较均匀，水平和竖直方向上各向异性特征不明显，渗透性变化不大，不含砂夹层或砂透镜体，不存在下卧透水层。
（3）水泥土桩。本场地淤泥质土的各项物理、化学指标除有机质含量和氯化物含量略偏高外，其余均满足水泥土桩如搅拌桩、旋喷桩的适用要求，淤泥质土含水量中等，土层内部不存在或较少流动的水，故均可满足干法、湿法水泥土桩。采用水泥土桩，不仅可以加固地基，还可以进行基坑围护。
（4）沉井。鉴于本工程为基坑工程，基坑开挖深度不大，场地主要分布土层为软土。性质均匀、松软。现场标贯击数<2 击，静力触探锥尖阻力仅15～70kPa，侧摩阻力低仅0.71～1.24kPa，故本工程还可适用沉井基础。
3.2.2 深基础
本场地层位稳定，粉质粘土层④以下各岩土层力学参数较好，无软弱下卧层。根据场地岩土层分布特征，该场地适合进行静压式预制桩或钢管桩施工，施工速度快，技术成熟，质量可靠，一般一根桩4min 就能施工完毕。桩端进入残积粉质粘土以下为持力层。堆碴分布区应剥除表层堆碴后适当进行换土垫層再进行预制桩施工。
5 结语
当上部构筑物荷载不高，但软土地基承载力不满足设计或构筑物的要求，且采用深基础工程造价又高时，可研究利用软土地基。地基处理方法较多，有换土垫层、预压法、水泥
土桩法、沉井法及预制桩法等。我国地基处理技术在改革开放以来发展较快，岩土工程界越来越重视软土地基的研究和加固方法的合理使用。
参考文献：
1 《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）
2 中华人民共和国国家标准. 建筑抗震设计规范( GB50011 -2001) 中国建筑工业出版社
关健词：软土地基勘探方法地基处理
1 软土地基勘探方法
软土地基的勘察工作有其不同于常规地层的特殊性，勘察的重点是进行软土物理力学特性研究， 包括层理特征、均匀性、渗透性、上部硬壳层分布、固结历史、地下水埋藏规律及与潮汐的动态关系，分析基坑开挖、降水、回填以及打入式桩的挤土效应对周边建筑物的影响、判定软土震陷、饱和砂层的液化、地基处理方案等。
某构筑物地基反力120kPa，基坑开挖深度多为3～8m 不等。本工程主要解决软土地基处理问题和软土基坑的围护问题。根据勘察资料，场地地层由上至下为：填砂层①：白色，松散，以中细砂为主含贝壳，新近堆填，未经夯实。厚度为1～1.5m。标贯击数2～4 击。堆碴②：主要由块石组成，厚度1～3m。淤泥质土③：灰黑色，饱和，软塑～流塑，成分均匀，含腐殖质和贝壳残骸，具腐嗅味，面光滑，摇震反应慢，干强度高，韧性中等。分布整个场地，厚度为3～10m。标贯击数实测值N=1～2 击，平均值1.6 击。粉质粘土④：灰黄色，可塑），厚度为1.2～4m，标贯击数实测值为9～11 击。凝灰岩残积粉质粘土⑤：黄色，硬塑，顶板埋深5～12m。标贯击数实测值N=14～30击，平均值23 击。强风化凝灰岩⑥：顶板埋深5.0～24m。实测标贯击数平均值N 大于50 击。中风化凝灰岩⑦：顶板埋深5～20m。
1.1 现场地质工作
（1）周边建筑物地基资料收集、以往的或临近建筑物的勘察及设计处理经验、海潮水文资料收集。收集到的资料主要体现在岩土勘察报告中地形地貌和水文地理环境等章节。目的是判定软土基坑开挖引发的流土特性以及基础施工处理预制樁或钢管桩在软土中的挤密效应对周边建筑物所产生的影响、潮涨潮落的水文动态对场地施工的影响、确定构筑物抗浮设计水位等提供依据。
（2）钻探。勘探点布置主要根据国标《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）、以及设计的要求，一般沿构筑物轮廓线布置，轮廓较密处按中心线布置；勘探深度不是简单的按地基变形影响深度确定，而是根据场地可能采用的几种地基处理方案综合确定，如不仅考虑换土垫层法、排水预压或真空预压法、搅拌桩或旋喷桩法、沉井法，还要考虑预制桩或钢管桩法等等。
（3）地下水位观测。沿海软土地区地下水位对基础施工和基坑围护影响尤为重要，勘察期间必须测定终孔地下水位。查明场地地表海水体与地下水的关系，了解潮涨潮落与地下水的动态联系，根据工程的特点及要求，布置若干水位观测孔，各勘察钻孔要测定初见水位和分层水位观测以及终孔稳定水位。
（4）现场试挖。是获取基坑开挖特征的最好方法。采用挖土机， 开挖深度小于3m。试挖结果表明：干坑，但坑壁连1.0m 都无法自立，四周土层连同上覆填砂层一起塌陷、坍落，影响范围较大，采取基坑围护措施。
（5）场地钎探。查明淤泥质土表层有无堆碴、碎块石，绘出堆碴和碎块石的分布范围。因堆碴和碎块石直接影响地基处理方式和基坑围护方式。堆碴和碎块石分布区不适合采用排水预压或真空预压法、搅拌桩或旋喷桩法、沉井法、预制桩法等等。经勘探厚度1～4m，基础处理前应剥除此层。
1.2 原位测试
本工程采用的原位测试验手段有：标准贯入试验、静力触探试验、十字板剪切试验、孔内剪切波测试。采用多种原位测试手段代替部分勘探孔，一般可布置1/3～1/2 静力触探孔代替常规的钻探孔
1.3 室内试验
软土地基的固结系数测定除常规的垂直向固结系数Cv外还应测定水平向固结系数Ch。本场地淤泥质土为均质土，不含砂夹层和粉土或粘土夹层，故只需测定垂直向固结系数Cv，无测定水平向固结系数Ch。水平先期固结压力、固结系数、回弹指数等试验主要是
为了评价软土的固结历史、基坑开挖回弹变形等，同时，与垂直向和水平向渗透系数、三轴剪切试验中的固结排水剪数据相结合，成为软土地基排水固结预压法的重要数据，当需计算地基采用排水预压法达到某个设计固结度时需要多少时间，需要这些参数。土的有机质含量、土的酸碱度、土的易溶盐含量分析是软土地基勘察的重要内容。一般认为，有机质含量大于1%就会影响水泥土桩如搅拌桩或旋喷桩的加固效果，PH值＜6 的酸性土不适合水泥土桩。
2 软土物理力学特性及工程性能
2.1 物理性质
根据室内土工试验，本场地淤泥质土成份均匀稳定，不含砂夹层或粘土夹层，软塑～流塑。天然孔隙比1.2～1.5，天然含水量45%～60%，液限30%～40%，压缩系数av1~2=0.8～1.2。天然容重17kN/m3，干容重为11kN/m3，垂直向固结系数Cv=0.8×10-3cm2/s。软塑状淤泥质土土质细腻光滑，干燥后体积收缩，干强度好。
2.2 化学性质
土的化学性质与其物理、力学性质密切相关，对地基加固处理方式和基础材料的腐蚀性均有影响。本工程淤泥质土的有机质含量仅1%～2%，属非有机质土；易溶盐含量0.3%～
2.5%，为滨海盐渍土。土的pH 值=7～9，为碱性土。对水泥土桩如搅拌桩、旋喷桩的加固效果有影响；酸碱度可满足采用水泥土桩地基处理的条件，但易溶盐含量偏高。根据《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-95）腐蚀性标准判别，该场地淤泥质土对钢筋混凝土、素混凝土具中等强腐蚀性，应采取防腐措施。
2.3 变形特性
（1）高压缩性。室内土工试验表明，压缩系数av1-2=0.8～1.2，压缩模量Es1-2=2.5MPa，属高压缩性土；淤泥质土标贯击数<1.5 击，原位静力触探试验成果：锥尖阻力qc=15～70kPa，
承载能力低，侧壁摩阻力fs=0.71～1.24kPa，天然地基承载力fa=30～40kPa，采用换土垫层等浅基处理形式进行沉降计算。
（2）流变性。淤泥质土的流变性在工程上主要表现为堆载预压或受压固结后仍缓慢发生蠕变。
（3）触变性。根据试验成果，本工程淤泥质土无侧限抗压强度低，平均值qu=14.4kPa，重塑样qu’=9.7kPa，灵敏度St=1.2～2.5，属不灵敏～中等灵敏度，基坑开挖时不能立壁，会产生侧向滑移、变形和挤出现象。
（4）欠固结性。进行3 组淤泥质土的室内高压固结试验，测得先期固结压力为63～71kPa，均低于土样所处深度的上覆土压力，超固结比OCR＜1。现场原位十字板剪切试验结果表明，淤泥质土的不排水抗剪强度Cu 并不象正常固结土那样随深度增大而增大，Cu值随深度的关系曲线并非为一条大致成正比直线，其Cu 值基本不随深度增大。
2.4 抗剪特性
淤泥质土的天然抗剪强度指标是通过土样的室内直接剪切试验、无侧限压缩试验、3 轴不固结不排水压缩试验及原位十字板抗剪强度试验得到，增强了指标的可靠程度。直接剪切试验为天然快剪，以快速剪切控制不排水条件，测得C=12.4kPa，Φ=4.9°；无侧限压缩试验测得的无侧限抗压强度平均值qu=14.4kPa， 与Φ=0 时的不固结不排水剪强度Cu 存在如下关系式：Cu=qu/2， 换算得Cu=7.2kPa；3 轴不固结水排水剪测得Cu=6kPa，Φ=0.7°；原位十字板剪切试验共测得不同深度11 个点的Cu 值，平均值4.25kPa。几种方法测得的淤泥质土的天然抗剪强度指标总体均较低，其十字板剪切试验为原位试验土层未受扰动，故选取Cu=4.25kPa 为淤泥质土的天然抗剪强度指标。
2.5 渗透特性
由室内土样渗透试验可知，淤泥质土渗透系数为10-5～10-7cm/s，微～极微透水。其垂直向和水平向渗透系数均为10-5～10-7cm/s，且土中不含水平向砂夹层或砂透镜体，故对堆载预压法进行地基加固排水不利。由于淤泥质土呈高饱和状态，含水量大，孔隙比大，且土颗粒细腻、均匀，无侧限抗剪强度低，故其渗透变形的形式为“流土”。
3 地基处理方案分析
3.1 基坑围护
本工程基坑均在淤泥质土范围内，开挖深度小，淤泥质土虽呈饱和状，但相对不透水，仅在涨潮时会有少量自由水存在，故基坑渗流稳定性不突出，基坑稳定性差主要表现在淤泥质土无侧限抗压强度低，在无侧限条件下会发生挤出变形，当悬臂支护结构嵌入淤泥质土层内深度不足时基坑底会出现隆起变形、支护结构失稳的现象。虽然基坑进入淤泥质土的深度不大，但仍需采取基坑围护措施。由于场地第四系土层中不存在含水层， 地下自由水量小，故基坑开挖不存在大的抽降地下水问题，地下水易于抽干。
3.2 地基处理
3.2.1 浅基础
本工程设计要求的地基承载力不高，但场地淤泥质土直接作为地基持力层不满足要求，而采用桩基利用粉质粘土及其以下的岩土层为持力层工作造价较高，故应研究、利用改良加固淤泥质土作为浅基础。适合本场地的浅基础处理方案有4 种。
（1）换土垫层。基坑成型后，坑底铺设一定厚度的透水性材料如砂石、均质粘土、灰土、粉煤灰、矿碴等。垫层应取料均匀、分层压实，并验算下卧层的承载力。换土垫层用于本工
程，不足之处是基坑内碾压施工困难、基坑无法放坡、垫层处理承载力提高值偏大，技术可靠性不足，同时，下卧淤泥质土的长期稳定性差，容易受周边地基工程影响。
（2）预压法。场地淤泥质土土层结构较均匀，水平和竖直方向上各向异性特征不明显，渗透性变化不大，不含砂夹层或砂透镜体，不存在下卧透水层。
（3）水泥土桩。本场地淤泥质土的各项物理、化学指标除有机质含量和氯化物含量略偏高外，其余均满足水泥土桩如搅拌桩、旋喷桩的适用要求，淤泥质土含水量中等，土层内部不存在或较少流动的水，故均可满足干法、湿法水泥土桩。采用水泥土桩，不仅可以加固地基，还可以进行基坑围护。
（4）沉井。鉴于本工程为基坑工程，基坑开挖深度不大，场地主要分布土层为软土。性质均匀、松软。现场标贯击数<2 击，静力触探锥尖阻力仅15～70kPa，侧摩阻力低仅0.71～1.24kPa，故本工程还可适用沉井基础。
3.2.2 深基础
本场地层位稳定，粉质粘土层④以下各岩土层力学参数较好，无软弱下卧层。根据场地岩土层分布特征，该场地适合进行静压式预制桩或钢管桩施工，施工速度快，技术成熟，质量可靠，一般一根桩4min 就能施工完毕。桩端进入残积粉质粘土以下为持力层。堆碴分布区应剥除表层堆碴后适当进行换土垫層再进行预制桩施工。
5 结语
当上部构筑物荷载不高，但软土地基承载力不满足设计或构筑物的要求，且采用深基础工程造价又高时，可研究利用软土地基。地基处理方法较多，有换土垫层、预压法、水泥
土桩法、沉井法及预制桩法等。我国地基处理技术在改革开放以来发展较快，岩土工程界越来越重视软土地基的研究和加固方法的合理使用。
参考文献：
1 《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）
2 中华人民共和国国家标准. 建筑抗震设计规范( GB50011 -2001) 中国建筑工业出版社