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河北沿海经济带软土基地变形研究

2016-05-30刘有才

华夏地理中文版 2016年1期

摘 要:河北省海沿海地区是京津冀协同发展产业聚集区及经济隆起带,该区软土发育,可分浅海相沉积、河流相沉积等成因类型,具有触变性、流变性、高压缩性、低强度、低透水性和不均匀性,易造成建筑物的不均匀沉降、侧向滑移,堤岸、边坡不稳,给工程建设造成危害。结合黄骅港、曹妃甸、秦皇岛等不同地段特点提出了软土工程措施建议。

关键词:沿海经济带;软土地基变形;工程措施

软土是指天然孔隙比大于或等于1.0,且天然含水量大于液限的细粒土,包括淤泥质土、泥炭及泥炭质土。我国地域辽阔,地质情况复杂多变,其中软土在我国分布广泛,给公路工程建设带来了巨大的负面影响。道路选线应尽可能避开软土地区,但是有时又不得不将路线选在软土地基上,所以,对软土地基变形规律的研究及处理成为公路工程建设中亟待解决的问题。软土地基沉降分析是岩土工程中的重要课题之一。自从Terzaghi的一维固结理论问世一来,土体固结沉降理论研究取得了长足的发展,此后又有很多人对该方法进行了进一步的完善。

软土地基变形规律的研究是岩土界的一个古老的课题,所涉及问题之广,变化之多,具有极大的研究空间。近20年来,高等级公路进入快速发展时期,高速公路基本已经遍布全国各地,对软土路基处理的问题已成为影响工程造价和道路使用质量的突出矛盾之一。在国外,对软土路基的处理非常重视,有很多高速公路的软基处理都是提前几年开工。因此,由软土路基造成的公路使用过程中的病害较少。防患于未然,及早发现,提前处理这种施工理念值得我们学习和研究。

河北省沿海地区软土由全新世早、中期的潟湖相沉积、海湾相沉积、浅海相沉积、河流三角洲相沉积、风沙沉积等构成。潟湖相、海湾相沉积主要分布于张庄湾至七里海海岸地区,河流三角洲相沉积主要分布于滦河三角洲及其东部入海河口地区,浅海相沉积主要分布于大清河以西海岸地区。

一、软土分布特征

河北省沿海地区软土主要分布在老龙头东北部的南张庄湾海岸、秦皇岛市区及山东堡、秦皇岛湾海岸、洋河口至大蒲河口的东苏撑子一带、七里海、滦河至陡河和歧口至大口河口沿岸地带,软土分布不连续,较分散分布于石河口、洋河口、潟湖平原等地。沧州海岸带基本均为软土分布区,唐山地区软土分布西厚东薄,唐山岸段软土主要分布在海积平原区及滦河三角洲区内,区内软土分布界线为姜各庄-胡家坨-崔魏埝-坨里-西玉坨-草泊水库北-西葛各庄-丰南南部么家泊一线。岩性以淤泥质粉质粘土为主,具备自西向东厚度逐渐增大的趋势。

二、软土厚度规律

唐山沿海软土分布连续、稳定,覆盖王滩一南堡的全部沿海区,岩性以淤泥质粉质粘土为主,有少量淤泥质粘土及淤泥质粉土,局部见泥浆薄层透镜体。在大清河地区因河流相堆积,软土沿古河道呈南北向线状缺失。软土分布厚度2-11m不等,大致由南向北,由西向东,逐渐变薄;层底埋深6-17m,层顶界埋深2-9.7m,由西向东层顶埋深逐渐增大。垂向以双层结构最多,有单层状产出,常夹有硬塑粉质粘土,以及粉土、粉细砂薄层或透镜体。

成因主要为全新世的海积、冲积海积及少量沼泽堆积和风积。

沧州沿海主要为全新世中期海相沉积的第II工程地质层中的淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土,全区均有分布,而且软土厚度、层数变化较大,软土厚度一般为4-6m,最厚达8.2m,埋藏深度2-15m。

秦皇岛软土不良工程地质亚层分布在河口区、泻湖区、海湾平原区的含淤泥、淤泥质粘性土,厚度1-3m,呈透镜体状分布。淤泥土含水量大,孔隙比大,呈软塑-流塑,抗压强度很低,沉降量大,易产生不均匀沉降,允许承载力4-8t/m2。不宜作建筑物的持力层。

三、软土物理力学性质及危害

软土主要特性是天然含水量高、孔隙比大、压缩性能高、强度低、渗透系数小,因此它具有由于软土具有触变性、流变性、高压缩性、低强度、低透水性和不均匀性,易造成建筑物的不均匀沉降、侧向滑移,堤岸、边坡不稳等,给工程建设造成危害。软土地基会造成勘查设计不准确或者不详细,忽视本应该做软土地基处理的施工地段,容易造成地基失稳。概况地说,软土地基较高的压缩性会使建筑物发生不均匀沉降,以致开裂和损坏。

尽管软土地基的天然含水量普遍大于液限,但其透水性却非常差,这就导致土体在载荷的作用下呈现出很高的孔隙水压,对地基的压密固结带来不良影响。在排水不够通畅的软土地基处,积水很容易侵入地基内层结构,在地基土体的自重、外界附加荷载、以及水温变化等因素作用下,会引起地基表面产生裂缝,积水渗入裂缝后往往会导致地基表面出现凹陷、积水、颠簸等“翻浆”情况。

四、重点经济区软土工程措施建议

(一)黄骅港。黄骅港软土具有典型的软土特征:高含水量、高孔隙比、高压缩性、低强度和低渗透性。软土颗粒成分以粉粒和粘粒为主,粉土夹层以极细颗粒和粉粒为主。软土属于中-高灵敏度、超固结、液限无机粘质土。因此,对于黄骅港软土地基处理,采用真空预压法和水泥搅拌桩法是适宜的。

(二)曹妃甸。曹妃甸地区软土的含水量一般接近或大于其液限值,孔隙比均值为1.08,与我国其他地区相比,沿海软土孔隙比相对偏小,基本与上海地区淤泥质粉质粘土类似;渗透性较差,其固结历时较长;高压缩性;低强度。软土颗粒以粉粒和粘粒为主,含量分别在50%、30%左右。软土大多属于粉质粘土。因此,对于曹妃甸地区软土地基处理,采用深层处理法和水泥搅拌桩法是适宜的。

(三)秦皇岛。秦皇岛软土含水量大、孔隙比大、抗压强度很低、高压缩性。软土多为淤泥、淤泥质粘性土,厚度1-3m。因此,对于秦皇岛软土地基处理,采用排水固结法和水泥搅拌桩法是适宜的。

参考文献

[1] 张舟.软土上覆有限砂土基坑支护层间受力分布与计算方法研究[D].广华南理工大學硕士论文,2015.

[2] 王晨曦.真空预压在软基处理中的应用及变形分析[D].华南理工大学硕士论文,2014.

作者简介:刘有才,河北省地矿局水文工程地质勘查院。