王宇 黃文豪 官大庶* 袁敏羲 鄧超蝶

1.廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東廣州 510635；2.中建地下空間有限公司 四川成都 610052

目前，我國正在建設(shè)的世界大灣區(qū)，位于珠江三角洲上，該區(qū)發(fā)育有面積廣、厚度大的軟土層，對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)造成了不利影響，因此研究大灣區(qū)軟土問題顯得尤為重要。

國內(nèi)對于軟土的研究方面取得了較多成果。祝衛(wèi)東等[1]對兩地區(qū)軟土地層工程特性進(jìn)行了分析比較，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法統(tǒng)計(jì)，總結(jié)兩地軟土地層的物理力學(xué)特性。張效龍等[2]通過對天津永定新河河口地區(qū)海積軟土試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析和統(tǒng)計(jì)并建立回歸方程。余燚等[3]通過大量土工實(shí)驗(yàn)得出軟土物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析了河流沉積軟土的性質(zhì)指標(biāo)及其工程特征，總結(jié)分析了梅州地區(qū)軟土的工程特征。宋許根等[4]通過研究表明含水率較高使得珠海市西部中心城區(qū)軟土抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高，并得出軟土的有機(jī)質(zhì)含量與軟土工程性質(zhì)指標(biāo)并無確定的相關(guān)關(guān)系。周龍翔等[6]通過對收集軟土的試驗(yàn)資料進(jìn)行分析，并對比總結(jié)了廣州軟土和上海軟土的特征，總結(jié)了廣州軟土的工程性質(zhì)。

本文通過收集大灣區(qū)工程建設(shè)的土工數(shù)據(jù)資料結(jié)合取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)分析，主要分析了大灣區(qū)不同城市的軟土軟土成因、沉積環(huán)境、物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，總結(jié)了大灣區(qū)軟土分布特征和主要物理力學(xué)性質(zhì)特征，并根據(jù)土工數(shù)據(jù)擬合了軟土物理量之間的關(guān)系，為大灣區(qū)的未來建設(shè)提供一定的理論參考。

1 大灣區(qū)軟土分布特征

大灣區(qū)的城市群主要坐落于珠江三角洲，三角洲面積約8600km2，由西江、北江、東江沉積形成，其發(fā)展演變經(jīng)歷了多階段的地質(zhì)作用，塑造了現(xiàn)代的三角洲形態(tài)，呈現(xiàn)出“三江匯合，八口分流”地貌特征。由于受到入?？诔毕昂＠说茸饔茫瑸硟?nèi)海相軟土逐漸沉積，加上后期的生物、化學(xué)等作用，形成了廣泛軟土。

按現(xiàn)代沉積學(xué)觀點(diǎn)，大灣區(qū)的第四系地層可分為6組，其中大灣區(qū)第四系地層海陸交互軟土主要分布在西南組、橫欄組、萬傾沙組和燈籠沙組，該層軟土具有一般軟土所具有的性質(zhì)，工程性質(zhì)差，具高壓縮性，強(qiáng)度低等諸多特征。該層軟土廣泛分布，成為影響大灣區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要因素。

2 軟土的礦物成分和微觀結(jié)構(gòu)

2.1 礦物成分

組成巖土體的礦物成分不同，其物理力學(xué)性質(zhì)也不同，根據(jù)X衍射試驗(yàn)結(jié)果顯示：大灣區(qū)軟土的主要礦物成分為長石、石英、伊利石、高嶺土等，其中軟土中固相物質(zhì)以黏粒為主，含量占到70%以上。黏土的礦物成分是其工程性質(zhì)的基本組成單元，是認(rèn)識黏土工程性質(zhì)的前提，它控制土?；驁F(tuán)粒的尺寸、形狀及分布，控制這黏土的各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)。

2.2 微觀結(jié)構(gòu)

軟土的工程性質(zhì)受控于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的變化特征。軟土的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)一般是指軟土內(nèi)部的土顆粒之間的排列、組合、形狀及接觸關(guān)系等特征。國內(nèi)學(xué)者周翠英等采用電鏡掃描法得到大量大灣區(qū)軟土微觀結(jié)構(gòu)掃描照片，根據(jù)掃描結(jié)構(gòu)將該區(qū)軟土分為5種結(jié)構(gòu)類型，即蜂窩狀結(jié)構(gòu)、海綿狀結(jié)構(gòu)、骨架狀結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)和凝塊狀結(jié)構(gòu)。

3 大灣區(qū)不同地區(qū)軟土沉積特征及物理力學(xué)性質(zhì)分析

3.1 大灣區(qū)內(nèi)不同地特征區(qū)軟土沉積特征

土的物理力學(xué)性質(zhì)與礦物組成、含水率、微觀結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)，而土的成因、沉積環(huán)境、沉積地貌單元、區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動則控制著上述各種因素。

根據(jù)大灣區(qū)已有的工程勘察資料，大灣區(qū)的軟土在不同城市區(qū)域、不同深度范圍，其土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)存在較大的差異。本次研究選取灣區(qū)軟土分布城市進(jìn)行對比分析。

3.1.1 廣州軟土

廣州位于大灣區(qū)中部，緊靠珠江出海口，因此該區(qū)域的沉積的軟土厚度呈現(xiàn)由西北向東南逐漸增厚的規(guī)律，該區(qū)軟土主要呈現(xiàn)灰褐、深灰、灰黑色，局部泥炭質(zhì)，夾粉細(xì)砂。該區(qū)域軟土厚度最后可達(dá)58米，其中老城區(qū)厚度較薄約4～5米。該區(qū)域軟土特征呈現(xiàn)典型的河流沖積三角洲相沉積特點(diǎn)，在地質(zhì)歷史時(shí)期受到河流沉積作用和海洋潮汐作用，沉積了較厚的海陸交互軟土層，該層中局部夾有粉細(xì)砂層，厚度不均。該區(qū)軟土分布廣泛，特征隨地段不同，同期形成軟土層，其厚度、埋深及有機(jī)質(zhì)含量均有較大差異。

本區(qū)域軟土的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 廣州地區(qū)主要軟土物理性質(zhì)指標(biāo)

3.1.2 南沙區(qū)軟土特征

南沙地處廣州市最南端，處于北江、西江下游濱河網(wǎng)區(qū)中，緊鄰伶仃洋，處于珠三角沖積平原最前沿地區(qū)，該區(qū)域在地質(zhì)歷史時(shí)期長期受到河流沉積作用和海洋潮汐作用，沉積了較厚的海陸交互相軟土，因沉積動力環(huán)境復(fù)雜，該區(qū)土體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有較復(fù)雜的工程性質(zhì)。

本區(qū)軟土的主要物理力學(xué)性質(zhì)如表2所示。

表2 南沙地區(qū)主要軟土物理性質(zhì)指標(biāo)

3.1.3 深圳軟土

深圳是大灣區(qū)四大中心城市之一，東臨大亞灣和大鵬灣，西邊緊鄰珠江口和伶仃洋，中部為河流沖積平原，地形上呈東西向條帶形，該區(qū)域沉積的軟土一般為2～10米，黑灰色，含水率高，呈流塑狀。該區(qū)域軟土按照成因和分布面積可主要分為兩類，一類為濱海相沉積軟土，主要分布于東南部沿海區(qū)域，該類型軟土分布較廣，為深圳地區(qū)主要軟土層;另一類為三角洲相沉積，為河流沉積形成，主要分布與三角洲邊緣區(qū)域，具有陸相沉積物質(zhì)特點(diǎn)，土質(zhì)較純，黏粒含量高。

本區(qū)軟土的主要物理力學(xué)性質(zhì)如表3所示。

表3 深圳地區(qū)軟土主要物理力學(xué)指標(biāo)

3.1.4 東莞軟土

東莞地區(qū)北邊靠近東江，西部是珠江入海口，地勢上呈現(xiàn)東南高、西部低的特點(diǎn)，該區(qū)北部和西部為東江沉積形成的沖積平原，區(qū)內(nèi)河網(wǎng)密布，分布較多的河流相軟土。西部地勢平坦，為珠江沉積形成，受到海洋潮汐作用，在地質(zhì)歷史時(shí)期受到河流和潮汐作用，堆積較厚層海陸交互相軟土，沉積深度可達(dá)20米。區(qū)內(nèi)軟土面積大，力學(xué)性質(zhì)差，在該區(qū)進(jìn)行基礎(chǔ)工程建設(shè)存在較大難度。

本地區(qū)軟土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如下表4所示。

表4 東莞軟土主要物理力學(xué)指標(biāo)

3.2 大灣區(qū)軟土物理量之間的相關(guān)關(guān)系

為探究軟土各物理力學(xué)指標(biāo)之間的關(guān)系，全面認(rèn)識軟土的工程性質(zhì)，了解軟土各參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，為大灣區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)提供合理的巖土參數(shù)。本文收集了大灣區(qū)大量實(shí)際工程項(xiàng)目，整理了其中關(guān)于軟土的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，得到軟土各物理力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，如表5所示。

表5 軟土各物理力學(xué)指標(biāo)的回歸方程

4 結(jié)論

(1)大灣區(qū)沉積的軟土經(jīng)歷了多期的地質(zhì)運(yùn)動，造成本區(qū)沉積的軟土具有特殊的工程性質(zhì)，從微觀上分類，本區(qū)軟土具有蜂窩結(jié)構(gòu)、海綿狀結(jié)構(gòu)、骨架狀結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)和凝塊狀結(jié)構(gòu)等，特殊的沉積環(huán)境造就了本區(qū)軟土具有“三高兩低長”不良工程特性。

(2)根據(jù)大灣區(qū)地區(qū)工程實(shí)際獲得的資料，統(tǒng)計(jì)分析了大灣區(qū)典型城市的軟土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)并建立了各物理量之間的相關(guān)關(guān)系，為大灣區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供使用模型計(jì)算參數(shù)，同時(shí)為合理的施工措施提供一定的參考。

(3)大灣區(qū)地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，經(jīng)歷多期的地質(zhì)運(yùn)動，加上本區(qū)軟土沉積時(shí)間短，軟土性質(zhì)尤為復(fù)雜，加劇了大灣區(qū)基礎(chǔ)建設(shè)的復(fù)雜程度，帶來了諸如各類建筑的變形和穩(wěn)定性等問題。