1、珠海地区软土岩土工程特性 及工程建设问题 报告人：艾 康 洪广东省珠海工程勘察院二一一年五月n一、一、前言前言 n二、二、软土分布规律及物理力学性质软土分布规律及物理力学性质n三、三、软基处理工程问题软基处理工程问题 n四、四、基坑支护问题基坑支护问题 n五、五、桩基础施工问题桩基础施工问题 n六、工程实例六、工程实例一、前言一、前言 珠海地区地貌单元以海积平原为主，软土分布广泛，占陆地总面积的5060%。由于其形成机理的特殊性，软土具有含水量大、压缩性高、承载力低且具结构性等特性。市建设工程质量监督检测站和我院曾立专项收集整理珠海地区软土工程勘察、设计、施工和监测等资料，以此为基础对珠海地区
2、软土的岩土工程特性和工程建设问题进行探讨。二、软土分布规律及物理力学性质 1、软土分布规律n 珠海地区软土主要由海积相（Q4m）沉积的淤泥及淤泥质土组成，分布于磨刀门、泥湾门、鸡啼门、虎跳门几条主要水道两侧的平原区及沿海区。根据工程建设所揭示的地层情况，珠海地区软土分布大致可划分为五个区：n （1）金湾区，包括三灶镇、红旗镇、平沙镇及高栏港区等，软土分布面积广，层位稳定，厚度2040m，淤泥为主。n （2）珠海保税区，分布面积较大，层位稳定，厚度1530m，靠近磨刀门水道侧局部超过40m，淤泥为主。n （3）南屏科技园一带，软土广泛分布，层位稳定，厚度一般在1020m，近前山河侧软土层较薄，近
3、磨刀门侧软土层较厚，最大厚度超过30m，淤泥为主。n （4）横琴经济区一带，软土分布面积较广，层位稳定，厚度一般在2050m，以淤泥为主。n （5）香洲区近海岸一带，软土零星分布，分布面积小，层位不稳定，厚度一般在615m，埋藏于硬壳层下，以淤泥及淤泥质土为主。n 通过收集整理珠海地区1078件淤泥样的土工试验资料，统计成果详见表1。二、软土分布规律及物理力学性质表1 珠海地区软土物理力学性质指标统计表项 目天然含水量(%)天然重度 kN/m3孔隙比e液限L(%)塑限p(%)塑性指数Ip液性指数IL有机质含量%压缩系数a1-2(MPa-1)压缩模量Es(MPa)压缩指数Cc无侧限抗压强度qu(
4、kPa)标贯锤击数(击)统计件数10781078107810631063106310605587897862284112最小值41.611.61.4733.318.49.20.970.620.340.670.420.090最大值13217.24.19119.078.044.05.149.114.684.110.9230.42算术平均值64.215.61.8051.629.321.71.582.731.601.790.6211.230.6 续表续表1项 目直 剪 试 验三 轴 剪 切 试 验十字板剪切试验快 剪固结快剪慢 剪UUCUCD原状土抗剪强度CukPa重塑土抗剪强CukPa灵敏度St度C
5、kPa度CkPa度CkPa度CkPa度CkPa度C kPa统计件数461461266266991111121266252252258最小值00.80014.7221.049.0314.8155.41.01.1最大值18.926.022.026.618.941.06.68.015.125.019.525.061.828.712.0算术平均值2.05.85.19.616.829.02.85.412.611.217.317.823.19.04.6续表1 项 目垂直固结系数Cv（10-3cm2/s）水平固结系数CH（10-3cm2/s）先期固结压力Pc kPaP=50 kPaP=100kPaP=200
6、kPaP=300kPaP=400kPaP=50 kPaP=100kPaP=200kPaP=300kPaP=400kPa统计件数9832812159268528499511725最小值0.350.350.300.340.240.250.280.340.260.3042.0最大值2.961.232.881.062.219.707.848.601.100.93162.0算术平均值85.23、软土主要岩土工程特性n 软土本身的成因及其物理力学性质决定了软土具有如下的岩土工程特性：n 承载力低：珠海地区软土天然含水量平均=64.2%，塑性指数平均值21.7，液性指数平均值1.58，孔隙比平均值e=1.8
7、0，十字板剪切强度平均值Cu=23.1kPa，标贯试验锤击数N1击，软土地基承载力特征值的范围值一般为3060kPa。压缩性高：室内试验测试软土平均孔隙比e=1.80，平均压缩系数a1-2=1.60MPa-1，属高压缩性土，因此珠海地区软土具有高压缩性。具结构性：测试软土平均灵敏度St=4.56，属高灵敏性土，具有很强的结构性，一旦受到扰动，其强度将迅速降低。n 欠固结特性：统计室内测试淤泥层先期固结压力平均为Pc=85.2kPa，而软土平均厚度超过1020m，上覆填土厚度35m，场地软土层的自重压力一般超过200kPa，因此，绝大多数软土层表现为欠固结特性。三、软基处理工程问题n随着珠海市经
8、济社会不断发展和城市建设日益扩充，对建设场地软基进行处理越来越普遍，软基处理的目的主要是提高地基承载力和减少工后地基沉降量。珠海地区常用的软基处理方法包括构筑复合地基和排水固结法。1、复合地基n复合地基处理即在软弱地基中按一定的置换率布设一定数量的具有较强承载能力的柔（刚）性桩，通过桩与桩间土共同作用承担上部荷载。珠海地区过去至现在常见的方法包括砂石桩复合地基、搅拌桩复合地基、旋喷桩复合地基以及刚性桩复合地基等。搅拌桩复合地基从上世纪九十年代即在珠海工程建设领域广泛使用，包括曾大量用于多层建筑的改良地基，结果产生了不少工程问题。1999年珠海市建设局颁发了珠海市建筑地基处理水泥搅拌桩工程若干技
9、术规定，禁止搅拌桩用于房屋建筑基础的软基处理，目前搅拌桩多用于处理桥台、道路路基、水闸闸基、地坪、管沟等对不均匀沉降不敏感的工程项目和基坑支护临时工程的软基处理。选用搅拌桩复合地基处理软弱地基的主要工程经验有如下几点：n（1）搅拌桩复合地基处理深度一般不宜15m且桩底宜穿过淤泥层进入较硬的粘土或砂层之中，在一些淤泥层厚度20m的场地采用搅拌桩复合地基往往失败。多个工程实例证明无论喷粉或喷浆，受现行施工设备能力限制以及地下应力影响，淤泥层中搅拌桩一般1215m以上成桩质量尚可，但15m以下成桩质量难以控制。n（2）淤泥层中搅拌桩对应1520%掺入比的设计桩身强度（90d龄期）一般不宜超过1.0M
10、Pa。即便实验室水泥土试块强度可超过1.0MPa，由于搅拌桩现场施工条件制约，受成桩均匀性的影响，搅拌桩桩身强度对比实验室水泥土试块强度大打折扣，事实上成桩的均匀性是控制搅拌桩质量最关键的因素。n(3)根据室内水泥土试块强度fcu确定的单桩承载力特征值Ra时，国标建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）规定对湿法搅拌桩强度折减系数取0.250.33，经过大量实验室试验和桩基检测，珠海地区宜取0.20.25n刚性桩复合地基即是采用CFG桩、混凝土桩或管桩等刚性桩及桩顶褥垫层构成的增强体与桩间地基土构成复合地基共同承担基础荷载的地基处理方法。同水泥土桩复合地基比较，刚性桩复合地基具有处理深度较
11、大、成桩质量可靠、复合地基承载能力较高等优点，但综合造价较高。目前珠港大道、珠海大道改造工程以及横琴北片区A道路等市政工程均采用CFG桩刚性桩复合地基，设计复合地基承载力达150 kPa以上。值得注意的是珠海地区分布大部分淤泥层呈流塑状态，物理力学性质差，且多处于欠固结状态，选用水泥土桩复合地基或刚性桩复合地基对桩间土的改良是非常有限的，尽管施工完成时短期内静载试验测试复合地基承载力满足设计要求，但长期使用期间桩间淤泥层依然会产生固结沉降，较大的沉降变形势必会影响复合地基的承载作用，甚至导致复合地基失效。广东省建筑地基处理技术规范（DBJ15-38-2005）明确规定“刚性桩复合地基不宜用于处
12、理淤泥地基”，因此在珠海地区采用复合地基尤其是刚性桩复合地基处理流塑的淤泥层有待实践进一步检验。2、排水固结法n排水固结法是通过在软弱土层中设置竖向排水通道，在其顶面采取堆载、抽真空等方式加压，使软土加速排水固结从而达到提高软土地基承载力及减少工后沉降的目的。对于大面积的建设场地，排水固结法是软基处理非常有效的方法，同复合地基比较，排水固结法具有处理效果明显、处理综合造价低等优点，但为达到处理目的该方法往往需要较长的排水固结时间，一般不少于46个月。目前在珠海一些重点项目，例如横琴中海油天然气终端、金湾高尔夫、珠海海泉湾、澳门大学新校区、横琴北片区市政道路等项目均已采用或正采用排水固结法进行软
13、基处理。珠海地区排水固结法软基处理主要工程经验如下：n 珠海海泉湾建设场地软土地基厚1020m，采用塑料排水板及堆载联合真空预压法进行处理，最大吹砂堆载高度6m，固结度达90%时监测软土固结沉降量普遍为1.52.0m，最大沉降量达2.4m。珠海横琴中海油天然气终端场地软土地基厚3335 m，采用同样的方式处理，堆载高度4m，真空度达90%时监测软土最大固结沉降量达2.0m。n 我院曾对珠海海泉湾度假城软土固结沉降作专项研究，研究成果证明：预估软地基处理最终沉降量是采用排水固结法处理软地基设计的关键步骤，但是对于珠海地区普遍分布的欠固结淤泥层，计算最终沉降量如果机械地套用规范规定的分层总和法计算
14、公式，即便沉降计算经验系数取大值，计算结果同实测结果相比较也往往偏小。因此场地采用排水固结法处理软弱地基时岩土工程勘察报告除提交常规成果外还应补充淤泥层典型压缩曲线以及高 压固结试验结果并判别淤泥层的固结状态，若为欠固结淤泥层则应采用应力路径法计算最终沉降量，该沉降量包括两部分：一是自重应力作用继续固结引起的沉降，二是由附加应力产生的沉降。四、基坑支护问题n 珠海软土分布区的基坑支护风险较大，各种结构型式的支护工程在珠海都有成功实例，但也出现不少工程事故，归纳起来有如下几类：n （1）由于对场地软土层勘察不细，设计计算时软土力学强度指标（C、值）取值不合理，导致支护方案设计过于冒险，最终酿成基
15、坑支护工程事故。n （2）软土层分布较厚的场地，基坑采取钢板桩、搅拌桩重力式挡墙或沉井等进行支护，由于支护结构下端未穿过淤泥层进入相对硬层，在基坑开挖形成的土压力差作用下，坑内淤泥等软弱土层发生底涌导致支护结构失稳。n （3）软土分布区基坑支护工程，由于基坑土方开挖不当，比如未按设计工况而超挖或未及时支撑、基坑周边堆土或堆载超过设计限荷、基坑土方开挖施工便道设置不合理等导致基坑支护失稳。n （4）软土分布区基坑支护一般位移变形大且主动土影响范围较远，往往大于常规概念中的23倍基坑开挖深度，由于土体位移变形大导致基坑周边地下管网破坏。尤其是遇到有压供水管时，管道破裂漏水则会加速基坑支护失稳。n
16、总结常见的基坑工程事故并结合珠海工程建设现状，在软土分布区进行基坑支护勘察、设计与施工时，如下几点经验可供借鉴：n （1）软土分布区重要基坑支护工程设计应进行基坑支护工程专项岩土工程勘察，准确查明基坑周边软土层分布规律，通过原位测试及土工试验获取准确的岩土参数，并详细调查基坑周边环境，以此为基础选择合适的支护型式。按照省建设厅和市建设局规定5m深度或深度5m但分布软土且周边环境复杂的基坑设计方案必须报市建设局组织专家评审。n （2）为防止基坑底涌或滑移，采用深层搅拌桩、旋喷桩、注浆等工艺进行被动区土体加固是行之有效的措施，但设计时应保证加固范围和复合土体加固的置换率，且宜采用格栅式的布桩型式。
17、n （3）软土分布区场地基坑土方开挖应当格外慎重，首先应按照设计方案分段分层开挖，严禁超挖；其次开挖的基坑土方应随挖随运到远离基坑的区域，严禁坑边堆载；第三，施工组织设计时应重点考虑土方运输施工便道及出土坡道的设置，必要时进行加固处理。n （4）基坑周边环境调查应着重调查周边建筑物基础以及有压供水管、燃气管等对土体位移变形非常敏感的建（构）筑物，严格按照监测方案布设监测点，按规定的监测频率进行监测，土体深层位移监测是软土区基坑工程必不可少的监测手段。一旦监测位移变形达到报警值应立即停工分析原因，采取有效措施，切勿抱有侥幸心理。n （5）放坡卸荷、对坡体软土层进行适当加固处理是支护结构设计中最简
18、单的方法，当条件允许时是最有效、最经济的办法，应优先予以考虑。n （6）若条件许可，软土区基坑支护前尽可能对场地软弱土层进行排水固结预处理，处理后基坑支护难度减小了、支护成本也会大大降低。五、桩基础施工问题n软土地区进行桩基础施工常见问题是打桩过程陷机挤断基桩和基坑土方开挖引起基桩倾斜甚至断裂。除非表层填土厚度和强度足够，否则在软土分布区的预应力管桩施工不应采用静压桩。由于基坑土方开挖方法不当，土体过大的侧向压力引起基桩倾斜甚至断裂的现象在软土地区时有发生，这一问题在土方开挖前往往得不到有关单位和人员的重视，等到事故发生后才“望泥兴叹”。例如珠海香洲 科技园某厂房采用预应力管桩基础，基坑开挖了
19、上部 1.7m厚填土刚露出淤泥面，挖出的土方堆放在离坑边23m处，堆高约1.5m，开挖后即发现坑底淤泥涌起，工程桩倾斜破坏。珠海香洲科技园内的另一厂房，地面下填土厚度1.2m，其下为淤泥，用挖土机开挖1.5m深的桩承台基槽，刚挖破填土层时就出现坑底涌泥，基桩倾斜折断。淤泥的威力足见一斑。n 因此软土地基的基坑基槽开挖应事先编制详尽的施工组织设计，必要时组织专家进行评审，在软土区进行桩基础施工和基坑土方开挖有两种有效办法可以预防基础桩出现倾斜破坏：一是先进行基坑开挖，置换一定厚度的淤泥层，然后再在基坑底部施打基础桩，最后开挖基坑底部较浅土方；二是对基坑范围软土层进行预处理，改善其物理力学性质。软土分布区基坑开挖一般应采用小型机械，必要时采取人工开挖的办法，软土层应分片分层开挖，并应严格控制分层厚度，一般每层厚度不宜超过1.0m。
