宿曉萍，宋 晶，潘明遠

（1.長春工程學院土木工程學院，長春130012；2.中山大學地球科學系，廣州510275）

0 引言

吹淤造陸方法是一種變廢為利的地基加固方法。它利用海積軟土或淤泥作為圍海造陸的基礎物源，既可清理海港碼頭的淤泥，疏通航道，又能降低運輸物源砂料的工程造價，提高地基處理效率，加快工期[1－2]。但是，海積軟土或淤泥具有含水率高、壓縮性大、有機質多、黏粒含量高等特性，對其沉積固結的工程地質性質影響很大。對于高黏性吹填土而言，常常由于地區(qū)不同而土體差異性大導致土體工程地質性質差別很大[3]。在工程建設過程中發(fā)現(xiàn)，長時間地晾曬吹填土雖然固結效果好，但是會耗費大量工期。另外該土質可能出現(xiàn)排水體四周淤堵而排水效率低的問題，因此有必要深入研究高黏性吹填土基本性質，有針對性地緩解排水體淤堵的問題。由于吹填土是經(jīng)過水力吹填形成的填土，其工程地質性質與其泥砂來源、吹填時的水利條件等因素密切相關[4]。本文選取渤海沿岸的4個地區(qū)，即黃驊、曹妃甸、天津和大連的吹填土土樣進行試驗測試，對渤海灣地區(qū)吹填土的工程性質進行對比分析。

1 渤海地區(qū)吹填土的粒度成分對比與分析

采用乙種密度計參照規(guī)范要求測試這4組吹填土土樣的粒度成分[5]。當土樣中易溶鹽含量大于5‰，需經(jīng)過洗鹽處理后再進行試驗。

為了定量分析土中顆粒組成，采用等效的球體直徑表示土的顆粒大小，即等效徑，簡稱粒徑[6]。根據(jù)《地質礦產(chǎn)部土工試驗規(guī)程》，土粒按粒徑大小劃分為漂石、卵石、礫粒、砂粒、粉粒、黏粒。本文的吹填土屬于細粒土，土中“漂石、卵石、礫?！苯M的顆粒含量十分微小，因此僅就“砂粒、粉粒、黏?！?個粒組進行粒度成分分析，測試結果見表1。

結果顯示，取自黃驊和曹妃甸的吹填土土樣，添加與不添加分散劑的顆粒分布情況相似，說明分散劑對這兩處吹填土顆粒組成的影響很小。對于天津、大連的吹填土土樣，不添加分散劑的顆粒分布均大于添加分散劑時顆粒分布，說明分散劑對這兩處吹填土顆粒組成的影響較大。土中具有絮凝作用的黏粒如果大量團聚而形成大顆粒，稱為“假粉粒”，由于分散劑的作用是將集合體顆粒分散，還原成細小顆粒，所以“假粉?！痹谔砑恿朔稚┮院螅环稚⑦€原成黏粒。因此，土中黏粒含量增多、而“假粉粒”含量減少?？梢姡澈Ｑ匕兜奶旖?、大連地區(qū)的吹填土顆粒組成出現(xiàn)了較為明顯的差異性變化。

2 渤海地區(qū)吹填土的礦物成分對比與分析

對渤海地區(qū)吹填土中礦物成分的測試結果見表2所示。由于沿海地區(qū)海灣分布較廣，水動力條件變化劇烈，海灣區(qū)域的沉積物礦物分布與成分組成都十分復雜，因此礦物成分的變化規(guī)律不明顯。

表1 不同地區(qū)吹填土的粒度成分測試結果

表2 不同地區(qū)吹填土的礦物成分測試結果

由于X射線衍射分析測試的礦物以結晶礦物為主，對土中的無定形、非晶體礦物沒有進行定量測試，因此，測試結果中以原生礦物為主，且以石英含量最高，次生礦物含量次之，黏土礦物含量變化較大。但是，天津、大連兩地吹填土中的石英含量相對較少，而黏土成分相對較多，這一結果與粒度成分測試中黏粒組含量較大是一致的。由于黏土礦物是影響土體工程性質的重要因素，黏土礦物又以伊利石為主，伊利石具有親水性強、壓縮性高，而透水性差、抗剪強度低的特性，因此天津、大連等地的高黏性吹填土也就具有了這些基本性質[6]。

3 渤海地區(qū)吹填土的化學成分對比與分析

吹填土中液體的化學成分采用提取液進行測試[5]，即采用一定量的溶劑按照規(guī)定的標準時間和方法，將土樣中的可溶鹽溶解過濾，對濾液的化學成分進行分析。分析內容主要有土樣中易溶鹽的總量、8大離子含量、提取液的pH值等，測試結果及測試方法見表3。由于吹填土固結過程中不存在氣相狀態(tài)，因此本文不對氣相的化學成分進行測試。

表3結果顯示，黃驊、曹妃甸地區(qū)土樣中的各項化學性質指標含量均較低。其中易溶鹽含量低會導致土粒間的膠結能力下降，土體的活動性較差，因此黃驊、曹妃甸地區(qū)的吹填土屬于中等親水性土體。與其相反，天津、大連兩地吹填土的各項化學性質指標含量相對高些。由于土中陽離子交換容量較大，所以土體的活動性和親水性較強；較高的有機質含量，使土體的孔隙比大、壓縮性高；化學成分中Na＋與Cl－含量較高，又使土的結構單元體具有一定的膠結作用。但由于易溶鹽會隨水的流動而產(chǎn)生變化，又造成天津、大連兩地吹填土的物理化學性質不穩(wěn)定，從而使其土體的力學性質下降。

4 渤海地區(qū)吹填土的物理性質對比與分析

物理性質是三相物質在質量與體積之間的相互比例關系和固液兩相相互作用表現(xiàn)出來的性質[6]。表4所示為依據(jù)土工試驗規(guī)范對這4組吹填土土樣的密實程度、干濕狀況、稠度與塑性指標的試驗結果。由表1結果可知黃驊地區(qū)的吹填土屬于粉土，塑限含水率和塑性指數(shù)等稠度指標不易提取，未測結果。

表3 不同地區(qū)吹填土的化學成分測試結果

表4 不同地區(qū)吹填土的物理性質測試結果

表4結果顯示，曹妃甸、天津、大連地區(qū)吹填土土樣的塑性指數(shù)均大于20，說明土的塑性較高?；顒有灾笖?shù)反映土的塑性與黏粒含量和黏土礦物親水性關系，黏粒含量越多、蒙脫石含量越高，則土的活動性越強，反之越弱。由表4可知，曹妃甸地區(qū)吹填土的活動性指數(shù)A＝0.76，在0.7～1.5范圍內，屬于正常范圍，但其易溶鹽的含量卻低于天津與大連地區(qū)的吹填土（見表3），且黏土礦物成分中以伊利石為主（見表2），可見黏性土的活動性屬中等，為正?；顒有浴６旖?、大連兩地土樣的活動性指數(shù)A分別為0.42，0.43，均小于0.75，黏土礦物以伊利石為主，黏粒含量高，但活動性卻很低，這一測試結果與理論不符。這是由于土中易溶鹽的含量高，強烈的膠結作用導致高黏性吹填土的膠結能力加強，從而呈現(xiàn)出黏?；顒有云偷奶攸c。

對于細粒土而言，僅靠土中的粒度成分為土體定名，并不能準確地反映吹填土的工程地質性質。采用塑性指數(shù)和液限聯(lián)合法對土體進行分類，有一定的參考價值，因此本文采用塑性圖分析這幾類吹填土。根據(jù)表4中4處地區(qū)吹填土的物理力學性質指標，繪制塑性分布圖（如圖1）。本文試驗采用錐式液限儀，采用塑性圖的處理方法[5]為：A線方程式Ip＝0.73（ωL－20），B線方程式ωL＝50%，C線方程式Ip＝10。其中，ωL為液限含水率，Ip為塑性指數(shù)。

圖1 不同地區(qū)吹填土的塑性分布圖

由圖1可知，大連地區(qū)的吹填土屬于高液限黏土，天津地區(qū)的吹填土屬于中液限黏土但接近高液限黏土；大連天津兩地土的粒度成分、礦物成分、化學成分及其物理力學性質等指標都很相近，因此兩者有著相似的工程地質性質?？梢姡盟苄苑植紙D來劃分高液限黏土更直觀、更簡潔。

5 分析與討論

我國沿海沉積物可劃分為泥質沉積、砂質沉積和混合沉積3種類型[7－8]。渤海灣地區(qū)大陸架地質類型多屬于泥質沉積，受河口沖擊和沿岸流的影響很大。由于土樣取自海邊，沿岸水動力條件劇烈，海灣沉積物礦物分布及其組成十分復雜，粒度成分和礦物成分的變化規(guī)律也不明顯。

從粒度成分與礦物成分特征來看，雖然研究區(qū)內的吹填土類型多樣，但黏粒組的礦物成分以黏土礦物為主，因此，黏土礦物的性質特征是影響土體工程地質性質的重要因素。另一方面，由于研究區(qū)屬于渤海灣沿岸流系統(tǒng)，鹽度分布呈現(xiàn)灣中（29‰～31‰）高于近岸（23‰～29‰）的趨勢，但受沿岸鹽田排鹵的影響，天津、大連兩地的吹填土含鹽量較高，緊鄰岸灘一帶的鹽度高達33‰。

從化學成分來看，天津、大連兩地的高黏性吹填土的化學性質指標相對較高。陽離子交換容量比較大，使土體呈較強的活動性和親水性；其較高的有機質含量又導致土體呈孔隙比大、壓縮性高的特征；較高的易溶鹽含量（以Na＋和Cl－為主）使土體結構單元具有一定的膠結能力。但易溶鹽易隨水的流動而變化，導致土的物理化學性質不穩(wěn)定，土的力學性質降低。

對于細粒土來說，僅依據(jù)粒度成分來定名土體，并不能準確地反映吹填土的工程性質，結合塑性指數(shù)和塑性分布圖來分析更準確。

可見，高黏性吹填土具有吹填土“三高兩低”的工程性質，即高含水率、高孔隙比、高壓縮性及低滲透性、低強度特征。同時，還具有高黏粒含量、高塑性指數(shù)、高液限含水率等特征。鑒于高黏性吹填土的含鹽量較大會影響土體活動性指數(shù)，建議高黏性吹填土做液塑限指數(shù)時，進行洗鹽處理。吹填土在固結后隨著鹽分的流失，土體性質的分析結果才會更加真實有效。

6 結論

綜上分析，可以得出如下結論：

渤海灣地區(qū)的土樣顆粒相對較細小，粒度組成以黏粒組為主；從粒度成分和礦物成分特征上看，渤海地區(qū)的吹填土類型多樣，如重黏土、粉土、輕黏土、粉質亞黏土等；不同地區(qū)吹填土的礦物成分變化規(guī)律不明顯，但黏土礦物含量高的地區(qū)，伊利石礦物含量也較多，影響土體的工程地質性質；從化學成分來看，吹填土的化學成分特征值與黏粒含量密切相關，尤其是易溶鹽含量直接影響土體膠結性質，導致天津、大連的高黏性吹填土工程地質性質不穩(wěn)定，有必要進行快速有效的排水固結作用。

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