濱海軟土地基的工程地質勘察及地基處理方法

劉秀寶 謝劍 張爍 楊海鑫

(中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春 130012)

1 軟土概述

軟土是淤泥及淤泥質土的總稱。它是在靜水或者非常緩慢的流水環境中沉積，經生物化學作用形成，天然含水量大于液限、天然孔隙比大于1.0的粘性土。當天然孔隙比大于1.0而小于1.5時為淤泥質土;當天然孔隙比大于1.5時為淤泥［1］。軟土廣泛分布在我國東南沿海、內陸平原和山區的部分地區。如天津、上海、杭州、廣州、廈門等沿海地區，以及武漢等內陸城市。

天然軟土特征如下:

1)含水量高:淤泥和淤泥質土的含水量多為50%～70%，液限一般為40%～60%，天然含水量隨著液限的增大而增加。

2)孔隙比大:天然軟土的孔隙比往往要比同一垂直壓力下的重塑土的孔隙比高出0.20～0.40。

3)滲透性小:其滲透系數一般都在1×10－4cm/s～1×10－8cm/s之間。而大部分的淤泥和淤泥質土的軟土地區，由于土層中夾有數量不等的薄層或極薄層的粉砂、粉土等，所以其在垂直方向的滲透性比水平方向要小得多。

4)壓縮性高、強度低:淤泥和淤泥質土的壓縮系數a1-2一般大于0.5 MPa－1，屬于高壓縮性土，且隨著土的液限增大，壓縮性增大;軟土的強度較低，且其強度隨著深度的增加而增大。軟土受到擾動后，其絮狀結構受到破壞，甚至呈流動狀態，導致其強度的喪失。

2 濱海軟土的工程地質勘察及地基處理

2.1 軟土的工程地質勘察

軟土地區的工程地質勘察多以靜力觸探試驗、十字板剪切試驗、標準貫入試驗等原位測試為主，配以適當的鉆探和取土試樣等綜合勘探手段，并結合室內土工試驗成果給出其物理力學性質指標，以及場區的工程地質情況。軟土地區常用的工程地質勘察方法如下:

1)靜力觸探試驗:靜力觸探試驗(英文縮寫CPT)，是把具有一定規格的圓錐形探頭借助機械勻速壓入土中，以測定探頭阻力等參數的一種原位測試方法。

2)十字板剪切試驗:十字板剪切試驗是一種用十字板測定軟粘性土抗剪強度的原位試驗。將十字板頭由鉆孔壓入孔底軟土中，以均勻的速度轉動，通過一定的測量系統，測得其轉動時所需之切矩，直至土體破壞，從而計算出土的抗剪強度。由十字板剪力試驗測得之抗剪強度代表土的天然強度。

3)標準貫入試驗:標準貫入試驗(英文縮寫SPT)，是動力觸探的一種，是在現場測定砂土、粉土或粘性土的地基承載力的一種方法。標準貫入試驗的設備主要由標準貫入器、觸探桿和穿心錘三部分組成。觸探桿一般用直徑為42 mm的鉆桿，穿心錘重63.5 kg。

4)鉆探:軟土地區的鉆探方法常用DPP-100型鉆機套管跟進或泥漿護壁鉆進。由于軟土多呈絮狀結構，大多呈軟塑或流塑狀態，穩定性很差。在鉆進過程中，隨著孔深的增加很容易發生縮孔現象，所以需要套管跟進或泥漿護壁進行鉆探［2］。

2.2 軟土的地基處理

軟土地基處理的目的是將低承載力和高壓縮性的原狀土加固到足以承擔地基所需的強度要求和施工結束后的沉降要求。軟土地基的常用處理方法如下:

1)置換:用物理力學性質較好的巖土材料置換天然地基土中部分或全部軟弱土或不良土，形成雙層地基或復合地基，以達到提高地基承載力、減小沉降的目的。置換適用于淺表層軟土地基處理，處理深度一般為3 m，最大不超過5 m。

2)排水固結:土體在一定荷載作用下固結，孔隙比減小，強度提高，以達到提高地基承載力，減小沉降的目的。

3)灌入固化物:向地基中灌入或拌入水泥，或石灰，或其他化學固化材料在地基中形成復合土體，以達到地基處理的目的。

4)加筋:在地基中設置強度高、模量大的筋材，以達到提高地基承載力，減小沉降的目的，筋材可以是鋼筋混凝土、土工復合材料等。

5)冷熱處理:通過凍結，或者焙燒、加熱地基土體來改變土體的物理力學性質以達到地基處理的目的，其主要包括:凍結法和燒結法。

3 工程實例

3.1 工程概況

冀東油田原油商業儲備庫位于河北省唐山市唐?？h境內，環渤海灣濱海區，毗鄰冀東油田老爺廟聯合站。庫址位于老爺廟聯合站東側，庫區南側為廟中公路，南堡—高尚堡—遷安輸油管線從庫區南側圍墻外經過，所占用地主要為魚塘及取土坑，場地面積約為573 m×510 m，儲備庫內建設10×104m3地上鋼制雙盤式外浮頂原油儲罐10座。

3.2 場地地層巖性結構概述

①人工填土:表層為人工填土，以粉土、粉質黏土為主。

②粉質黏土:黃褐色，軟塑～可塑，最小厚度為0.40 m，最大厚度為4.50 m，層底標高為 －0.28 m～ －4.05 m。

③粉土:灰色，稍密，濕，土質不均勻，以粉土為主，含有大量粉質黏土成分，呈粉土與粉質黏土互層狀，在下部含有少量的粉砂夾層，該一般厚度為1.00 m～4.00 m，最小厚度為0.90 m，最大厚度為5.00 m，層底標高為 －1.16 m～ －6.43 m。

④粉質黏土:灰色，以軟塑為主，局部近流塑，一般厚度為2.00 m～5.00 m，最小厚度0.50 m，最大厚度為6.70 m，層底標高－4.10 m～ －11.10 m。

⑤粉土:灰色，稍密，濕，一般厚度為0.60 m～1.90 m，最小厚度0.30 m，最大厚度2.70 m，層底標高為 －6.70 m～ －11.70 m。

⑥粉質黏土:灰色，以軟塑為主，下部呈近可塑～可塑狀，局部呈粉質黏土及粉土互層狀，一般厚度為5.50 m～8.80 m，最小厚度5.00 m，最大厚度9.50 m，層底標高為 －13.60 m～ －18.10 m。

⑦粉土:淺灰色～灰色，中密～密實，濕，局部含有粉質黏土、粉砂薄層，一般厚度為5.40 m～10.80 m，最小厚度為4.50 m，最大厚度為11.50 m，層底標高為 －18.89 m～ －25.48 m。

⑦1粉質黏土:灰色～灰褐色，可塑，該層在場區內大部分孔位揭露并揭穿，最小揭穿厚度為0.50 m，最大揭穿厚度為4.50 m，最深層底標高為－24.42 m。

⑧粉質黏土:灰色～灰褐色，可塑，一般為1.10 m～5.80 m，最小厚度為1.00 m，最大厚度為8.20 m，層底標高為－24.89 m～－29.99 m。

⑨粉質黏土:灰褐色～黃褐色，可塑，一般厚度為0.90 m～5.60 m，最小厚度為 0.80 m，最大厚度為 5.90 m，層底標高為－27.60 m～ －33.53 m。

⑩粉砂:黃褐色，密實，飽和，砂質較均勻，上部含有密實的粉土，局部含有細砂和少量的粘性土，一般厚度為5.10 m～10.20 m，最小厚度為5.00 m，最大厚度為10.40 m，層底標高為－34.05 m～－41.47 m。

⑩1粉質黏土:黃褐色，以可塑為主，局部近硬塑，最小厚度為1.80 m，最大厚度為4.40 m，最深層底標高為 －32.74 m。

⑩2粉質黏土:黃褐色，以可塑為主，最小厚度為0.50 m，最大厚度為2.70 m，最深層底標高為－37.98 m。

?粉質黏土:灰色，以可塑為主，最大揭穿厚度為14.00 m，最深層底標高為－60.98 m。

?1粉土:灰色，密實，濕，最大揭露厚度為 4.70 m，最深層底標高為 －43.27 m。

?細砂:灰色，密實，飽和，最大揭露厚度為12.60 m，最深層底標高為－60.98 m。

?1粉質黏土:灰色～灰褐色，以可塑為主，最大揭穿厚度為2.90 m，最深層底標高為 －57.42 m。

?粉質黏土:灰黃色，可塑～硬塑，該層僅在各罐區中心孔被揭穿，最大揭穿厚度為13.70 m，最深層底標高為－71.28 m。

?1粉砂:灰黃色，密實，濕，該層僅在 048 號，128 號孔被揭露并揭穿，厚度為2.60 m，層底標高為 －68.62 m。

?粉土:灰黃色，密實，濕，最大揭露厚度為4.30 m，最深揭露標高為 －75.26 m。

?1黏土:灰黃色，硬塑，揭穿厚度為 1.70 m。

?黏土:灰黃色，硬塑，最大揭露厚度為5.30 m，層底標高為－ 75.38 m［3］。

3.3 工程特性

冀東油田原油商業儲備庫場區屬于濱海相沉積，天然含水量大于液限，孔隙比大于1.0，屬于濱海相軟土地基。其工程特性如下:

1)場區占地面積大:面積約為573 m×510 m。

2)軟土地層厚度大:第①層～第⑨層的地層以軟塑～可塑的粉質黏土為主，局部夾有粉土、細砂薄層，最大深度在自然地面以下35.00 m。

3)工期短:勘察、設計和施工交替進行，工期短。

4)投入成本高:每個罐體投入成本都以億元計。

3.4 地基處理方法

由于冀東油田原油商業儲備庫工程具有場地面積大、軟土地層厚度大、工期短、投入成本高等特點?；诙喾矫婢C合考慮，采用了向軟土地基中拌入石灰和水泥形成復合地基的處理方法，達到加固地基的目的。

而置換法的處理深度一般為3 m，最大不超過5 m，處理深度遠遠不能達到設計地基處理要求，并且場地占地面積大，軟土地層厚，置換所需的土方量太大;排水固結法對于大面積場地、厚度大的軟土地層，排水固結的周期過長，實現有一定難度;對于占地面積大的工程來講，加筋法所需的筋材量大，增加了工程投入的成本;通過凍結或焙燒加固地基的冷熱處理法依然不適用于該工程，施工面積大、軟土地層深度大，處理時間過長、工期長等都是它不適用的依據。

因此，在冀東油田原油商業儲備庫工程中所采用的向軟土地基中拌入石灰和水泥形成復合地基的地基處理方法，使得軟土地基的均勻性和整體性得以提高，施工后的沉降量得以控制，達到加固地基的目的。既滿足了冀東油田原油商業儲備庫工程的工程特性，也滿足了浮頂蓋儲油罐對于地基均勻性和沉降量控制的要求。

4 結語

1)軟土是一種具有特殊工程性質的土類，其物理力學性質指標、成因類型的變化都對工程建筑有較大的不良影響。因此，建議更多的以現場原位測試試驗來確定其工程力學性質，將符合實際。

2)本文中所闡述的灌入固化物的地基處理方法只是適合于冀東油田原油商業儲備庫工程，具體的工程還應根據各個工程的實際情況采取相應的地基處理措施。

［1］王常明.土力學［M］.長春:吉林大學出版社，2004.

［2］JGJ 83-1991，軟土地區工程地質勘察規范［S］.

［3］劉秀寶.冀東油田原油商業儲備庫工程巖土工程勘察報告(地－09015)［R］.任丘:中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司，2009.