某跨海大桥淤泥质黏土工程地质特性试验研究

基础工程设计『　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　５　ｏｆｔｈｅ　Ｇｒｏｕｎｄ　　ｌ某跨海大桥淤泥质黏土工程地质特性试验研究　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｓｉｌｔ　Ｃｌａｙ　ｉｎ　ａ　Ｃｒｏｓｓ—ｓｅａ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　陶梦玲，安旭　（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，武汉４３００６０）　ＴＡＯ　Ｍｅｎｇ－ｌｉｎｇ，ＡＮ　Ｘｕ　（ＣＣＣＣＳｅｃｏｎｄ　Ｈａｒｂｏｒ　Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ　４３００６０，Ｃｈｉｎａ）　【摘　要】基于某跨海大桥淤泥质黏土的土工试验数据，分析了该类土的天然含水量、孔隙比、液限、塑性指数及抗剪强　度等物理力学性质指标。通过对淤泥质黏土的物理力学性质指标进行线性回归分析，总结归纳了指标问的内在联系和规　律，并计算得到了各参数间的关系式，对该地区类似工程中的淤泥质黏土物理力学指标快速确定及地基加固设计等具有　一定的参考和指导价值。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｔｅｓｔ　ｄａｔａ　ｏｆｓｉｌｔｙ　ｃｌａｙ　ｏｆａ　ｃｒｏｓｓ　ｓｅａ　ｂｒｉｄｇｅ，ｈｔｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｉｎｄｅｘｅｓ　ｏｆｎａｔｕｒａｌ　ｓｏｉｌ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ｖｏｉｄ　ｒａｔｉｏ，ｌｉｑｕｉｄ　ｌｉｍｉｔ，ｐｌａｓｔｉｃ　ｉｎｄｅｘ　ａｎｄ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｒａｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｌｉｎｅａｒ　ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｏｆｔｃｌａｙ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓａｎｄｒｕｌｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｗｅｒｅ　ｓｕｍｍｅｄｕｐ，ａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎ　ａｍｏｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｆａｓｔｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓｉｎｔｈｅａｒｅａｏｆｓｉｌｔｃｌａｙｐｈｙｓｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓｉｎｄｅｘａｎｄｈａｖｅｃｅｒｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅａｎｄ　ｇｕｉｄａｎｃｅｂａｓｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎ．　【关键词】淤泥质黏土；力学特性；液限；抗剪强度　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｓｉｌｔｃｌａｙ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｌｉｑｕｉｄｌｉｍｉｔ；ｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈ　【中图分类号】ｕ４４２．２　【文献标志码】Ａ　【文章编号】１００７．９４６７（２０１７）１２．００５９．０３　［ＤＯＩ］１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１７．１２．０１６　１引言　了解软土的工程力学特陛。然而在实际操作过程中，软土的取　样、运输、代表性样品选择、试验操作、成果整理、数据分析等　软土是指天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑　各个环节都受人为因素的影响，带来一系列的不确定，增加了　到流塑状态的黏性土［１】。它是第四纪后形成的滨海相、三角洲　试验数据的离散型和变异性刚。基于相关规范的理论依据，因　相、湖相和沼泽相的黏性土沉积物，属于近代沉积物，其中淤　地制宜地提出一些简便实用的判断公式，为工程的具体施工　泥和淤泥质土最为软弱。我国软土分布十分广泛，主要有东南　提供指导，是摆在工程技术人员面前的重要问题。　沿海、内陆、山区和平原，如长江三角洲、浙江及福建广卅１的沿　本文试验用土来源于海口市某跨海大桥工程，通过土工　海地区。考虑到各地区的淤泥质黏土的成因、工程地质概况、　试验对工程区域内淤泥质黏土的天然含水量、孔隙比、液限、　地域的不同，各地区的淤泥质黏土的基本物理力学性质也不　塑性指数及抗剪强度等物理力学性质指标进行了测试，分析　尽相同。如何选取一种处理软土地基的方法，首要问题是深入　研究了各参数之间的线性相关性，并建立了线性与非线性相　【作者简介】陶梦玲（１９６７一），女，湖北武汉人，助理工程师，从事土　关公式，以期为该地区类似工程中的淤泥质黏土物理力学指　工试验研究。　标快速确定及地基加固设计等提供一定的参考和指导。　ｑ　ｌ工程建设与设计　ｌ　Ｃｏ￣ｔｒｕｃｔｉｏｎ＆Ｄｅｓ　ＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ　２工程概况　海口市东海岸人工岛规划填海区域为南渡江出海口东北　侧白沙浅滩，距江东海岸线约５．Ｏｍ，距美兰机场约１７ｋｍ，距海　土具有以下物理力学特性。　１）本工程区域内淤泥质黏土的天然含水量均较高，且都　大于液限　最大值为５２．７％，平均含水量为４６．３８％。根据《岩　土工程勘察规范》（ＧＢ　５００２ｌ～２００９）规定，当　＞　，时，厶＞１，　口市中心约１２ｋｍ。该工程主要由人工岛岛体、上岛通道、交通　集散地三部分组成。其中，上岛通道是连接人工岛和海口市的　验所取土样液陛指数，　为１．０２～１．７４，根据黏性土软硬状态　则土处于流态。即天然含水量越高，，』就越大，土就越软。本试　唯一通道，长约５．５ｋｍ，分为３段：陆域引桥段、跨海大桥段、上　划分，可判定本区域内的淤泥质黏土处于流塑状态。　岛匝道及弓１桥段，其中跨海大桥为主体工程，里程桩号　ＣＫ０＋６２０￣ＣＫ４＋９７５。跨海大桥为“风帆”斜拉桥，南北岸引桥　２）土中孔隙大小、形状、分布特征、连通情况与总体积等，　称为土的孔隙胜。其主要取决于土的颗粒级配与土粒排列的　为主跨７０ｍ、５０ｍ的正交组合板桥面箱梁构成，跨座式单轨轨　疏密程度。本区域内淤泥质黏土的压缩系数均值为　道梁搁置在城市道路桥梁左、右幅箱梁之间的横梁之上。　Ｏ．７６２５ＭＰａ～，压缩模量均值为３．３ＭＰａ，孔隙比都大于１。均值　地层自上而下依次为：（１）淤泥及淤泥质土，灰色、褐灰　为１．２８％。由此可知，本区域淤泥质黏土属于高压缩性软土，　色，饱和，流塑状，平均层厚１．９８ｍ；（２）中粗砾砂，灰色，饱和，　当该层土体的上覆压力大于前期固结压力时，土体的压缩系　松散状，局部稍密，厚度１．６～７．６ｍ；（３）粉细砂，灰黄色，饱和，　数明显增大，即此类土受荷载压缩后沉降比较大。典型式样压　中密状，级配较差，局部中砂富集，平均层厚３．４９ｍ；（４）淤泥质　缩试验结果见表２，典型试样压缩试验的ｅ－ｐ曲线，见图１。　黏土，灰色，饱和，流塑状，层厚１～５ｃｍ不等，分布不规则；（５）　粉质黏土，灰色，局部灰绿色，饱和，可塑状为主，不规则夹有　粉细砂，平均层厚６．７８ｍ。　表２典型试样压缩试验的结果　３试验用土及试验方法　３．１淤泥质黏土的物理、力学指标　本文试验用土来源于某跨海大桥工程。所取土样呈灰　１．３Ｓ　色～褐灰色，含云母、贝壳屑及腐殖质，流塑状，局部软塑，饱　和状态，厚度为０．３～７．Ｏｍ。　１．２Ｓ　ｉ．１Ｓ　依照《土工试验规程）（ＳＬ２３７－－１９９９），对所取土样进行　Ｌ０５　物理力学眭质试验，包括含水率、密度、颗粒分析、界限含水率　及直接剪切试验等州。根据试验结果计算，得到了淤泥质黏土　凿０．９５　Ｏ．８５　的各项物理力学参数性质指标，如表１所示。　０．７５　表１土的物理力学性质指标　Ｏ．６Ｓ　Ｕ　Ｏ　ｌ（　ｌ　Ｏ　【　２５０　３ｏ０　３５Ｏ　４００　压Ｊ３ｐ／ｋＰａ　图１典型试样压缩试验的ｅ＿ｐ曲线　３）该区域内淤泥质黏土的渗透系数小，透水性差，垂　直渗透系数取值范围为１．５ｘ１０　～９．８×１０—８ｃｍ／ｓ，水平渗透　系数为１．７ｘ１０　～１　１　ｘ１０一ｃｒｖｄｓ。不管是垂直向或是水平向，　渗透系数都很小。在本区域内的建构筑物的沉降过程会非　常缓慢，固结沉降时间可能长达几十年，而且后期沉降量　３．２淤泥质黏土的工程地质特性　根据表１中统计数据分析可知，本工程范围内淤泥质黏　６Ｏ　的比值较大。　４）采用不固结不排水剪（快剪）和固结不排水剪（固结快　剪）试验方法，对所取土样进行测试，计算得到了黏聚力和内　摩擦角。其中，黏聚力ｃ取值范围为８～２２ｋＰａ，平均值　１２．５ｋＰａ，内摩擦角　为５～１５￣，平均值１Ｏ．９ｏ。ｃ和妒反映了土　体抗剪强度的大小，是土体非常重要的力学性质指标【５］。本试　验ｃ和ｐ两个指标都较低，反映了土体的抗剪强度较低。即这　是影响桥梁地基承载能力的主要因素。因此，在本地区软土地　基开挖过程中，需要对软土地基进行地基加固处理。　４淤泥质黏土参数及相关性分析　通过对淤泥质黏土的特性参数进行分析，可以发现某些　无关参数之间存在相关性。然后对这些参数的相关性进行深　入研究和分析，能建立各物理力学参数之间的关系，并给出经　验公式，对其他实际工程具有重要的指导和借鉴价值。　４．１天然含水量与孔隙比的关系　由表１可知，本区域内淤泥质黏土的天然含水量较高，均　值达４６．３８％，趋向于饱和，即土颗粒间孔隙大部分充满了孔　隙水。因此，对于饱和淤泥质黏土，孔隙体积占比越大，则淤泥　质黏土的含水量越大。对本区域内淤泥质黏土的含水量与孔　隙比数据进行线性拟合，得到了天然含水量一孔隙比关系曲　线，如图２所示。结果显示，线性相关性良好，相关系数Ｒ为　Ｏ．９２６８，线性关系式为ｙ＝ｏ．０２５２ｘ＋０．１０９６。根据得到的天然含　水量与孔隙比关系式，可以通过测定简单易测的天然含水量　进而快速计算得到孔隙比数据。　ｉ．Ｓ　１ｌ３　嚣１．２　１．１　∞４１　４４　４６　４ｔ５　５０　５７，　５，４　天然含水量　／％　图２天然含水量一子Ｌ隙比关系曲线　４．２液性指数与黏聚力的关系　淤泥类软土地基加固的目的主要有２个：一是降低土层的　压缩性，使绝大部分在荷载作用下可能发生的沉降在施工期　完成，另一个是提高土层自身的抗剪强度。而评价土体抗剪强　基础工程设计Ｉ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｄ，舭Ｇｒｏｕｎｄ　ｌ　度的２个重要指标分别是黏聚力Ｃ和摩擦角　。土体黏聚力　的大小取决于土粒之间的联结力，它与土体的黏稠状态有关，　含水量越大，土的黏聚力越小，即土的强度也随之降低。图３　是液性指数与黏聚力关系曲线。由图可知，液｝生指数与黏聚力　呈指数关系，且相关性良好，相关系数　为０．９４３８，线性关系　式为Ｃ＝Ｉ　１００．４ｅ　ｑ　８２６　。　毫　Ｒ　４　５　４　液性指数，　图３液－陛指数一黏聚力关系曲线　４．３孔隙比与压缩模量的关系　由图４可知，淤泥质黏土的孔隙比ｅ与压缩模量Ｅ存在　较好的相关性，它们呈二次曲线关系，孔隙比越大，压缩模量　越小。两者的关系式为Ｅ，＝１２．１７ｅ　３４．９３９ｅ＋２７．０１３，相关系数　Ｒ为０．９３５４，相关性良好。　宝　塑　鋈　２　１．５　ｌ　孔隙比ｅ／％　图４孔隙比一压缩模量关系曲线　（下转第６４页）　６１　３　５　３５地下水流向的确定　对地下水流向判定的观测孔，采用简易水文井成井方法，　分层止水，严格按照水文井成井顺序，最终抽水洗井，确保水　清之后，等待统一观测水位。地下水流向的判定，可依据等边　三角形，或者近似等边三角形布置钻孔，以其水位高程编绘等　６结语　含水层渗透『生是决定垃圾填埋采取合理防渗措施的关键　因素，主要考虑渗透性、渗透量大小等。对土层的渗透性测定　主要为室内渗透试验和野外水文地质试验，本次野外水文地　质试验采取了渗水试验和抽水（提水）试验。需要指出的是，通　过野外试验计算的渗透系数　值大于室内土工试验　值，主　要是因为野外试验的环境和方法不同，以及实际地层夹有少　水位线图，垂直于等水位线并向水位降低的方向为地下水流　向，三点间孔距一般取５０～１００ｍ，受场地限制，可选取近似等　边三角形１４］。本工程选取了部分的水文观测孔，具体地下水流　向判定见图３和图４，图中为选取的各孔及对应的孔口标高，　经综合分析，拟建场地的微承压水和基岩裂隙水的流向为东　向　Ⅳ＾　●　量钙质结核等，而室内测定渗透系数的方法只是选择了野外　一些代表点（土样），土样体积较小，与实际土层之间差异较　大，因此所测定的数据与野外实际数据之间存在一定差距。因　此，野外测定渗透系数的方法能够比较客观地反映实际，精确　度较高，能更准确地反映各土层的渗透性质，是进行填埋区渗　透『生能评价的重要参数，所以野外试验测试数据建议优先采　用，按工程不利因素可按试验测试的最大值作为工程需要采　用。　【参考文献】　【１】ＳＬ　３２０－－２００５水利水电工程钻孔抽水试验规程【ｓ］．　图３微承压水地下水流向　【２】ＧＢ　５００２７－－２００１供水水文勘察规范【ｓ】．　【３】《供水水文地质手册》编写组．供水水文地质手册（第二册）　［Ｋ］．北京：地质出版社，１９７７．　【４】《工程地质手册》编写委员会．工程地质手册（第三版）［Ｋ］．　北京：中国建筑工业出版社，１９９２．　Ｊ１２（４０．３３）　Ｊ１６（４３　５２）　图４基岩裂隙水地下水流向　－【收稿日期］２０１７．０５．２０　十“—・卜“＋”＋“—－　”＋”—－卜”—・卜”—＋一”—卜”—－卜”——卜“—卜“＋－．・－卜”＋”＋”＋　【上接第６１页）　比与压缩模量进行线性与菲线性回归分析，并得到了回归方　程。结果显示，各参数之间的相关性良好，相关系数　均在０．９　以上。　５结论　本文通过对某跨海大桥工程中的淤泥质黏土的物理力学　性质进行分析和研究，结果表明：　【参考文献】　【１】高大钊．软土地基理论与实践［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，　１９９２．　１）本工程区域内淤泥质黏土的天然含水量均较高，最大　值为５２．７％，平均含水量为４６．３８％。孔隙比都大于１，均值为　１．２８％。渗透系数小，透水性差，垂直渗透系数取值范围为　１．５ｘ　１０　～９．８×１０—８ｃｍ／ｓ，水平渗透系数为１．７×１０　～１１×　１０一ｃｍ／ｓ。黏聚力Ｇ取值范围为８～２２ｋＰａ，内摩擦角妒为５。～　【２】刘湘元，陈文辉，孙锴，等．管道施工淤泥质粉质黏土力学特性试验　分析［Ｊ］ｌ工程与试验，２０１２，５２（３）：１７—４４．　【３】李晓玲，高慧民，周洁．沿海沙性淤泥土工程地质特性试验研究［Ｊ］　．华北水利水电学院学报，１９９９，２Ｏ（３）：３５．４０．　１５。。上述淤泥质黏土物理力学性质指标表明，在本地区软土　【４】黄文熙．土的工程性质［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９８３．　地基开挖过程中，需要对软土地基进行地基加固处理。　２）通过对天然含水量与孔隙比、液眭指数与黏聚力、孔隙　６４　【５】方云，林彤，谭松林．土力学［Ｍ］．北京：中国地质大学出版社，２００７．　【收稿日期］２０１７．０６—１２