武昌長江古河道地層巖土工程性質分析

金新鋒 許水潮 劉秀珍

(中機三勘巖土工程有限公司，湖北武漢 430031)

武昌長江古河道地層巖土工程性質分析

金新鋒 許水潮 劉秀珍

(中機三勘巖土工程有限公司，湖北武漢 430031)

針對武昌地區古河道地層特殊的巖土工程性質，從古河道地層的物理力學特征、滲透性等方面對巖土工程性質進行了研究，通過兩個公式計算出含粘性土粉砂層壓縮模量和承載力特征值，以供參考。

古河道，含粘性土粉砂，壓縮模量，承載力

0 引言

長江古河道是長江在遷徙改道過程中所遺留下來的廢棄河道，武漢市武昌地區古河道主要分布于首義路—武昌火車站—大東門—中南路—水果湖—武重一帶，據前人研究，武昌古河道形成時間約在第四紀中更新世～晚更新世初期［1］，由于沉積物年代較早，且大都處于武漢地區長江三級階地，古河道表層一般分布有較厚的老粘性土層，具有較高的承載力，其所分布地區均為良好的建筑場地。但老粘土層下存在一套粘土質砂性土，其物理力學性質較上部地層稍差，使得擬建建筑物、特別是高層建筑物的地基承載力及沉降驗算成為必要［2］。現有國家及地方規范規程均未對古河道地層的物理力學性質進行論述，本文對該砂性土層特別是含粘性土粉砂層的巖土工程性質進行初步分析，為武昌古河道分布區范圍內的巖土工程勘察與設計提供參考。

1 古河道地層定名與物理力學特征

古河道地層上部為老粘土層，下部分布著砂性土層，該砂性土層野外巖芯管取樣呈柱狀，可塑性較好，但切面粗糙，砂感強。通過現場鉆探該層有如下特點：1)地層一般表現為由上到下從細到粗的沖洪積地層，具層理和韻律結構，表現在地層結構上由淺到深分布為粉砂、細砂、中粗砂，底部局部為礫砂及卵石，與長江一級階地砂層特征一樣。2)粘粒含量高，使土層表現出明顯的粘性土特性，這是該砂性土層最顯著的特點［2，3］。根據中南路附近兩工程對該層分試驗表明，其粘粒含量為 16．2% ～22．0%［4，5］。

粘粒的存在造成了該砂層在土類劃分上的困難，從而導致該砂土層在承載力確定上的困難。該層土既具有粘性土(粉質粘土或粉土)的特征，又具有砂土的特征，我們不妨把它看成是一種混合土并以砂土為主，按GB 50021-2001(2009年版)，巖土工程勘察規范3．3．6的定義可定名為“含粘性土粉砂”［6］;如果按 GBJ 145-90土的分類標準該層可定名為“粘土質粉砂”［7］，用于工民建勘察時建議根據《巖土工程勘察規范》采用“含粘性土粉砂”。無論定名如何，它們都具有相同的物理力學特征，主要表現在：野外可采取原狀樣進行室內試驗，塑性指數一般為粉土～粉質粘土的范圍，含水量較小，孔隙比較小，壓縮性為中偏低，粘聚力比相同狀態的粘性土小而比砂土大，內摩擦角比砂土小而比粘性土大，標貫試驗擊數比相同狀態的粘性土大而比砂土小，靜力觸探曲線具有砂性土的特征且數值接近粉土的Ps值。總之，它是一種介于粘性土和砂土性質之間的土，物理力學性質與二者有較大差別。

2 古河道地層滲透性分析

由于含粘性土粉砂層粘粒含量較大，雖具有砂性土的特征，但粘粒的存在降低了它的滲透性。根據中南路一工地水文地質試驗結果表明：場地內45．0 m以上段含粘性土粉、細砂層綜合滲透系數建議值K=3．37 m/d，影響半徑為117 m［4］。同時根據中冶集團武漢勘察研究院有限公司在中南路工行廣場(原金宮大廈)及中南商業大樓注水試驗結果，含粘性土粉砂層的滲透系數K=2．10 m/d。該場地承壓水水頭標高在12月份時為14．50 m～15．00 m，其承壓水水頭變化幅度為6．60 m左右［5］。因此，古河道地層滲透系數為武漢市長江一級階地砂性土地層的1/5～1/10，但遠比粘性土大，承壓水水頭變化幅度亦比長江一級階地大。由于其上部一般覆蓋有較厚的老粘性土層，基坑降水時一般不會產生地面沉降等次生災害。

3 古河道地層巖土工程性質分析

作為巖土工程勘察來講，最主要的目的是獲取巖土層的物理力學性質指標，其中以壓縮性指標、承載力指標及剪切指標為主。本文巖土工程性質主要指壓縮性指標和承載力指標，由于含粘性土粉砂層的特殊性，根據DB 42/169-2003巖土工程勘察工作規程，湖北省地方規范推薦經驗表格無論采用粘性土和砂土原位測試指標來查表均無法獲得較為真實的結果。

含粘性土粉砂層具有粘性土和砂土的特征，但總體具有可塑性，壓縮系數較相同狀態的粘性土小而比砂土大，壓縮模量較相同狀態的粘性土大而比砂土小。根據土工試驗得出的壓縮模量一般較可靠。目前，我國規范(國家或地方)推薦的土的承載力確定方法有3種：查表法、理論公式計算法、現場載荷試驗法。查表法對于不在承載力表范圍內而無法使用;采用理論公式計算法求地基承載力，對現場取樣和土工試驗結果要求很高，且不同的公式計算結果尚有差別;現場載荷試驗法，結果最為準確可靠，不足之處是試驗費用高、周期長。對湖北省來說，查表法用的最廣泛，但對于古河道的含粘性土粉砂層不在承載力表范圍內而無法直接使用。古河道地層由于粘粒含量高而具有可塑性，因此，如果粘粒含量越低其性質就越接近砂土，粘粒含量越高越接近粘性土。根據本單位及武漢市其他單位在古河道地區所做的工作，經統計分析后對于不在地方規范經驗表格里的含粘性土粉砂層，其壓縮模量和承載力特征值指標分別按粘性土和粉砂按照原位測試結果來查表，再按以下經驗公式換算得出含粘性土粉砂層壓縮模量和承載力特征值。

以上兩個經驗公式中：fak和Es(1～2)為含粘性土粉砂承載力特征值和壓縮模量，fak粘，Es(1～2)粘及 fak砂，Es(1～2)砂為根據原位測試指標分別按粘性土和砂土查表所得的承載力特征值和壓縮模量，ρ為粘粒含量。

經過武昌古河道分布區幾個工程實例及載荷試驗驗證，采用上式來確定含粘性土粉砂層的承載力和壓縮模量與載荷試驗結果較為接近。由于含粘性土粉砂層孔隙比較粘性土小，采用e和IL來查表得出的承載力往往偏大，實際工作中應盡量以原位測試結果來獲取承載力特征值，而壓縮模量選用土工試驗得出的結果較為可靠，且與本文經驗公式得出的結果較為一致。含粘性土粉砂層在具有較大內摩擦角的同時也具有較大的粘聚力，其數值一般介于砂土和粘性土之間，對于剪切指標則可采用土工試驗結果或參照DB 42/169-2003巖土工程勘察工作規程，湖北省地方規范附錄R中粉土的c，φ值采用靜力觸探值來確定［8］。對于古河道地層下部含粗顆粒的中粗砂或礫卵石層，由于其不易取原狀樣進行室內試驗，因此其承載力和壓縮模量應盡量以原位測試結果來獲取。

4 結語

1)武昌地區古河道粉砂性土地層建議根據《巖土工程勘察規范》采用“含粘性土粉砂”。

2)古河道地層含粘性土粉砂可以看作是粘性土與粉砂的混合土，盡管它在成分上以砂粒為主，但其粘粒含量高，工程物理力學性質介于砂土和粘性土之間，其滲透性為武漢市長江一級階地砂性土地層的1/5～1/10，但遠比粘性土大。

3)含粘性土粉砂層壓縮模量和承載力特征值可按下列經驗公式來取值：fak=fak粘× ρ+fak砂× (1 － ρ)，Es(1～2)=Es(1～2)粘× ρ+

Es(1～2)砂× (1 － ρ)。

采用此經驗公式時，應嚴格按要求進行原位測試和取樣，并參照地區成功經驗，重要工程必要時應有一定數量的現場載荷試驗結果作為參照。

4)由于古河道地層在武昌和漢陽等地分布較廣，建議在充分收集該類土資料的基礎上，今后的湖北省地方標準應將該類土的物理力學指標與承載力的統計關系納入其中，以便工程應用［3］。

［1］鄧健如，伍維周．長江武漢河段的形成和貫通時間［J］．湖北大學學報(自然科學版)，1992(4)：414-418．

［2］宋榜慈，武予東．沖洪積成因粘土質粉砂的工程地質特性［J］．土工基礎，2002(4)：56-58．

［3］周 平，朱長歧，黃理興，等．武昌地區含粘性土粉砂承載力探討［J］．巖土力學，2005(3)：471-474．

［4］中機三勘巖土工程有限公司．武漢市軌道交通二號線中南路建設廳還建樓及綜合樓巖土工程勘察報告書(詳勘)［R］．中機三勘巖土工程有限公司，2011．

［5］中冶集團武漢勘察研究院有限公司．武漢市軌道交通二號線一期工程勘察Ⅳ標段(中南路站)巖土工程勘察報告書(詳勘)［R］．中冶集團武漢勘察研究院有限公司，2008．

［6］GB 50021-2001，巖土工程勘察規范［S］．

［7］GBJ 145-90，土的分類標準［S］．

［8］DB 42/169-2003，湖北省地方標準巖土工程勘察工作規程［S］．

Analysis on stratum geological engineering quality of ancient Yangze river in Wuchang

JIN Xin-feng XU Shui-chao LIU Xiu-zhen

(China Machinery TIDI Geotechnical Engineering Co．，Ltd，Wuhan 430031，China)

In light of the geological engineering quality of special stratum of ancient Yangze river in Wuchang region，the paper studies the geological engineering quality from aspects of physical-mechanical features and penetration of ancient river stratum，and calculates the compression modulus and bearing capacity value of cohesive soil silt with two formulas，with a view to provide some guidance．

ancient river，cohesive soil silt，compression modulus，bearing capacity

TU441．4

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.129

1009-6825(2013)10-0083-02

2013-01-28

金新鋒(1981-)，男，工程師; 許水潮(1969-)，男，高級工程師; 劉秀珍(1981-)，女，工程師