杭州城西軟土工程特性分析

王林軍 祝偉偉

(杭州市勘測設計研究院，浙江杭州 310000)

1 概述

杭州位于長江三角洲錢塘江入海口附近，由于歷史上的三次“海侵”及海退后形成的瀉湖，杭州市區域普遍存在厚層濱海性淤泥質土及湖沼相淤泥質土。濱海相淤泥質土主要為淤泥質粉質粘土夾粉土薄層或淤泥質粘土夾粉土薄層，主要分布在城東及城南，埋深約為15 m～20 m，厚度約10 m～20 m。湖沼相淤泥質土主要為淤泥或淤泥質粘土，主要分布于城西，埋深約為2 m～5 m，厚度約為5 m～20 m。隨著城市發展及土地資源的減少，大量建筑設置地下室來擴展單體建筑空間，大量市政道路的建設來擴展城市發展空間。因杭州城西軟土普遍埋深淺、厚度大，其上部土層基本僅僅由填土及1層約1 m厚的粘性土“硬殼層”構成，整體工程性質較差，且分布不均勻，故城西軟土工程性質對該區域建筑地下室基坑開挖施工及道路路基建設影響較大。本文根據大量杭州城西工程勘察數據統計分析，綜合分析杭州城西軟土層的物理力學性質，并對其工程特性進行歸納分析。

2 城西軟土物理力學性質

本文對城西大范圍軟土樣本進行了選取以及分析，主要選取的區域為文一路沿線、古墩路沿線、西溪濕地、三墩、倉前以及五常，選取樣本區域基本覆蓋整個城西區域，總共選取樣本數為788個。

2.1 杭州城西軟土的物理性質

根據對收集的樣本資料進行統計分析，杭州城西軟土物理性質統計成果詳見表1。

表1 杭州城西軟土物理性質指標統計表

根據表1所列統計數據，可以分析出該區域軟土具有以下特點:

1)含水量高。

區域軟土含水量變化在30.6%～66.2%之間，平均值為44.7%，符合JTG D30-2004公路路基設計規范軟土鑒別規定，W≥35%的粘性土為軟土地基。塑性指數變化在10.2～28.9之間，平均值為17.8，液性指數變化在 0.90～2.62之間，平均值為1.31。可見城西軟土主要為淤泥質粘土，呈流塑狀。

圖1 含水量—深度關系圖

如圖1所示杭州城西軟土含水量與深度關系圖，城西軟土含水量有隨深度增加而減少的趨勢，從圖上看6 m以內軟土含水量較大，散點主要分布在50%～60%之間，6 m以下散點主要集中分布在40%～50%之間。如圖2所示杭州城西軟土塑性指數與深度關系圖，6 m以內軟土基本以淤泥質粘土為主，局部為淤泥，6 m以下以淤泥質粉質粘土為主。通過圖1，圖2分析可知杭州城西軟土豎向具有一定差異性，淺部含水量更大，且主要為淤泥質粘土及淤泥。

圖2 塑性指數—深度關系圖

圖3 天然孔隙比—深度關系圖

2)天然密度小、孔隙比大。

根據表1所示天然密度變化范圍在1.58 g/cm3～1.90 g/cm3之間，平均值為1.75 g/cm3，孔隙比變化范圍在 0.882～1.882 之間，平均值為1.255。從圖3看出:杭州城西軟土孔隙比整體集中分布在1.0～1.5之間，由于孔隙比較大，對土體沉降影響較大。

3)滲透性低。

豎向和水平滲透系數變化范圍分別為4.40E－08～3.40E－06 cm/s和4.30E －08～2.30E －05 cm/s，平均值分別為2.58E －07 cm/s和6.54E－06 cm/s，從數值上分析可知，城西軟土滲透性較差，水平滲透性比豎向滲透性稍好。

2.2 杭州城西軟土的力學性質

根據對收集的樣本資料進行統計分析，杭州城西軟土力學性質統計成果詳見表2。

表2 杭州城西軟土力學性質指標統計表

由表2統計結果可分析出杭州城西軟土力學性質具有以下特點:

1)高壓縮性。

根據表2所示壓縮系數 a0.1-0.2變化范圍在 0.28 MPa－1～1.79 MPa－1之間，平均值為 0.89 MPa－1，壓縮模量 E0.1-0.2變化范圍在1.49 MPa～6.83 MPa 之間，平均值為 2.68 MPa，屬于高壓縮性土。壓縮系數隨含水量增大而增加。典型e—P曲線圖見圖4。

圖4 典型e—P曲線圖

2)強度低。

由表2統計值知，快剪粘聚力Cq統計均值為10.9 kPa，摩擦角φq統計均值為13.0°，而三軸不固結不排水試驗粘聚力Cuu統計均值為9.3 kPa，摩擦角 φuu統計均值為0.58°，對比可發現兩種試驗的粘聚力值相似，而摩擦角相差甚大，根據土力學理論淤泥質土摩擦角理論值為0°，故工程設計過程中摩擦角取用φuu值更為合理。

3)靈敏度高。

無側限抗壓強度原狀土qu介于16.7 kPa～71.1 kPa之間，統計均值為 26.7 kPa，重塑土 q'u介于 3.3 kPa～10.1 kPa 之間，統計均值為5.5 kPa，靈敏度St均值為5.28，屬于高靈敏度土。

3 城西軟土工程特性

根據前文綜合分析杭州城西軟土的物理力學特性及其分布特點，可以確定該區域軟土具有以下工程特性:

1)承載力低。

城西軟土總體上淺部抗剪強度更低，淺部軟土承載力特征值約為50 kPa～70 kPa。由于城西軟土總體埋深較淺，且其不能提供較高的承載力，該區域建筑物一般不可采用天然地基。該區域建筑物普遍需采用樁基礎或采用地基處理加固。

2)變形大。

根據前文城西軟土壓縮系數高，屬于高壓縮性土，當建(構)筑物以該層表層部分換填后作為基礎持力層或以表層“硬殼層”作為基礎持力層時，建(構)筑物沉降較大。同時由于固結系數Cv及CH都較低，滲透系數K也較低，該層軟土的排水固結時間較長，地基穩定性差。

3)蠕變性及觸變性。

城西軟土屬于高靈敏度土，受到振動載荷后，容易出現土體結構強度急劇降低，容易出現土體側向滑動或土體隆起等不良現象。

4 城西軟土工程危害及處理方式

縱觀城西軟土的分布規律，城西軟土埋深較淺，且地表以下6 m以內軟土主要為淤泥質粘土或淤泥，在工程建設過程中，此種淺埋軟土對基坑開挖、市政道路基礎及預應力管樁施工均有較大影響。

隨著城市發展，區域內的基坑開挖深度越來越深，基坑圍護的穩定性極其重要。由于城西軟土強度低，變形大，整個圍護體系側向變形較大。五常某工地為1層地下室，開挖深度約5 m，軟土厚度約20 m，采用13 m長工法樁圍護，未采用支撐體系，當開挖至基底時，支護體系側向變形較大，坑內預制樁樁頂偏移最大達到1.5 m左右。經分析主要有兩個原因引起:1)未采用支撐體系，圍護樁樁身側向位移大，坑內為深厚軟土且抗剪強度低，圍護樁側向擠壓，造成基底下軟土擠壓工程樁偏移;2)由于坑邊為工程車車道，工程車經過振動土體，造成高靈敏度軟土的觸變蠕動，進一步加劇側向擠壓程度，最終導致工程樁大幅度偏移。

針對城西軟土特性，解決上述工程危害時宜在基坑支護設計時采用支撐體系，保證圍護樁穩定性，同時工程便道宜遠離基坑邊緣。

早期該區域市政道路由于沉降大，路面出現不規則波狀起伏，并出現開裂情況，由于這些危害均由軟弱基礎引起，后期養護不能根除其危害。欲保證該區域道路沉降達到規范要求，宜采用水泥攪拌樁對路基下軟土進行加固處理，處理后的復合地基在力學性質上大大改善，壓縮性降低，工后沉降小。

城西軟土下部為硬可塑的粘土，由于軟土不能作為天然基礎，區域內建筑經常采用預應力管樁基礎，采用下部粘土或砂礫土作為樁端持力層。由于地表淺部沒有厚度穩定的“硬殼層”，樁頂處于束縛力較小的狀態，因此沉樁過程中擠土效應產生的側向力容易造成工程樁樁頂偏位或斷樁等工程危害。城西軟土地區預應力管樁施工過程中應注意樁間距控制、沉樁順序控制及接樁位置應進入硬土層。

5 結語

1)杭州城西分布厚度較大的湖沼相軟土，具有埋深淺的特點，淺部主要為淤泥質粘土或淤泥，絮狀膠結，呈流塑狀態，含水量隨深度遞減的變化。

2)城西軟土具有含水量高、強度低、壓縮性高、靈敏度高和滲透性低的特點。

3)城西軟土區域基坑支護設計時主要需控制側向變形對坑內土體的間接工程影響，宜采用支撐體系。市政道路應采用水泥攪拌樁加固地基土，以消除軟土層工后沉降過大等問題。預應力管樁施工時應注意軟土側向擠壓影響，不宜過密布置工程樁，同時注意施工中引起的軟土蠕變對工程樁的影響。

［1］周學明，袁良英，蔡堅強，等.上海地區軟土分布特征及軟土地基變形實例淺析［J］.上海地質，2005(4):6-9.

［2］顧光明，汪慶華，盧成忠，等.杭州城市平原區三維第四系結構調查研究方法探討［J］.中國地質，2008(15):232-238.

［3］梁師俊，朱海東.杭州瀉湖相軟土層土性指標統計分析［J］.路基工程，2012(6):93-98.

［4］王國欣，肖樹芳，黃宏偉.杭州海積軟土應力—應變特征與結構強度損傷規律研究［J］.巖石力學與工程學報，2005，24(9):1555-1560.

［5］劉勇鍵，劉湘秋，劉雅恒，等.珠江三角洲軟土物理力學性質對比分析［J］.廣東工業大學學報，2013，30(3):30-36.