武漢市漢口近岸一帶砂土層組成及工程性質(zhì)評價(jià)

武漢市漢口近岸一帶砂土層組成及工程性質(zhì)評價(jià)

0地質(zhì)條件及基巖面質(zhì)特征武漢地形多樣。總的來說，由長江洪水控制，在兩岸數(shù)十公里處沉積了一個(gè)典型的第四紀(jì)河流相層，其中最常見的是長江一級的，構(gòu)成了武漢最重要的土地形態(tài)。自古以來,漢口沿岸一帶便是經(jīng)濟(jì)繁榮的地區(qū),隨著武漢市“跨越式”發(fā)展的推進(jìn),各類建設(shè)活動(dòng)更加頻繁。就其巖土體結(jié)構(gòu)特征而言,基巖面上覆第四系十幾至數(shù)十米不等的砂土層,性質(zhì)不均或相對軟弱,給工程利用和處理帶來一定程度的不確定性。本文僅就漢口沿岸一帶砂土層組成作一些分析,以提高對該地區(qū)砂土工程性質(zhì)評價(jià)的可靠度。1漢口附近砂層的沉積特征1.1砂層的一般性特點(diǎn)受支流水系及沉積小環(huán)境的影響,第四系在武漢市不同地區(qū)亦存在一定的差異,而漢口近岸一帶則主要受長江干流歷史上水力作用影響顯著。除普遍具長江一級階地典型的“二元結(jié)構(gòu)”外,其砂土層尚具備以下一般性特點(diǎn):(1)從上而下由細(xì)粒逐漸向粗粒過渡,沉積連續(xù),厚度一般30m左右,厚者可達(dá)50m以上;(2)上部多呈松散—稍密狀,中下部則以稍密、中密狀為主,很少密實(shí)狀;(3)粉、細(xì)砂層厚度明顯大于中、粗砂、礫砂層,粘粒含量較高;砂層中局部賦存有腐殖物或朽木,砂層頂板埋深10~40m不等;(4)“二元結(jié)構(gòu)”粘性土層與砂土層中普遍存在兩種土不等厚互層段,或以粘性土為主,或以砂土為主,并常有淤泥質(zhì)土分布;粉—細(xì)砂層中,一般有薄層粘性土夾層或透鏡體,反映水流交替作用的特點(diǎn)。1.2砂巖形成環(huán)境分析為全面了解漢口近岸地帶砂土沉積環(huán)境,采取了朽木試樣進(jìn)行了14C同位素年齡測定(表1):根據(jù)同位素測定結(jié)果不難看出,砂土沉積于人類文明期始,年代較短,故力學(xué)性質(zhì)較弱,亦反映近代河床演變呈漸退的過程,期間應(yīng)伴隨洪水消漲,形成今天的沉積建造格局。2砂石工程的性質(zhì)評價(jià)2.1砂體顆粒組成對工程性質(zhì)的影響目前,國內(nèi)及湖北省規(guī)程、規(guī)范對砂土的評價(jià)通常采用標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探等手段,而漢口長江沿岸地帶,由于砂土結(jié)構(gòu)松散、軟弱,在鉆進(jìn)過程易擾動(dòng),不易采取原狀樣;砂土層埋深及厚度較大,靜力觸探和標(biāo)貫不易達(dá)到,因而地層界線劃分不易把握,工程性質(zhì)評價(jià)多依靠經(jīng)驗(yàn),定量依據(jù)不足。事實(shí)上,不同粒徑顆粒組成對標(biāo)貫、靜力觸探值影響是客觀存在的,而通常進(jìn)行的顆分試驗(yàn),則多用于分層定名,用于工程性質(zhì)評價(jià)方面尚屬空白。本文重點(diǎn)研究了砂土顆粒組成對其力學(xué)性質(zhì)的影響。在工程實(shí)踐中選取部分鉆孔開展相關(guān)工作,主要方法是通過連續(xù)采取砂土試樣(見圖1),并同時(shí)進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)的方法,以初步建立砂土顆粒組成與其力學(xué)性質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系。2.2深度對地層強(qiáng)度的影響本文通過在60余個(gè)鉆孔中進(jìn)行連續(xù)標(biāo)貫和試樣采集工作,積累了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)資料,并用典型鉆孔數(shù)據(jù),進(jìn)行顆分和標(biāo)貫數(shù)據(jù)的比對。A2-15孔試驗(yàn)間距為1m(表2)。從上表可以看出,選擇以0.25mm作為細(xì)粒與中粗粒的界限,鉆探揭露深度自上而下,>0.25mm的顆粒占總質(zhì)量百分比和<0.25mm的顆粒占總質(zhì)量百分比呈相反的比例分布;粉砂中普遍含1%~8%不等的粘粒(<0.005mm),中粗砂則基本不含,因而力學(xué)性質(zhì)差異較大?？紤]到顆粒的組成對砂土工程性質(zhì)的影響,按不同粒徑范圍顆粒質(zhì)量百分比隨深度的變化分別作以下統(tǒng)計(jì)分析(圖2):(1)將>0.25mm及<0.25mm的顆粒累計(jì)占總質(zhì)量百分比從上而下連續(xù)統(tǒng)計(jì);并繪制標(biāo)貫擊數(shù)(N)隨深度變化曲線;(2)統(tǒng)計(jì)>0.5mm(粗粒)顆粒累計(jì)占總質(zhì)量百分比與0.25~0.5mm(中粒)的平均值,繪制(%)隨深度變化曲線;(3)統(tǒng)計(jì)0.25~0.5mm(中粒)顆粒累計(jì)占總質(zhì)量百分比(%)隨深度變化曲線。由上表可以看出,≤0.25mm(﹪)隨深度增加而減少,0.25~0.5mm(﹪)隨深度增加而增加,≥2mm(﹪)在一定深度以下出現(xiàn),礫砂混雜,含量變化無規(guī)律。對上述成果作進(jìn)一步對比分析,剔除異常因素指標(biāo),可以得到以下初步特征規(guī)律:在粉—細(xì)粒土中,>0.25mm顆粒質(zhì)量百分比與N曲線具有相同的變化趨勢,且在數(shù)值上有較好的吻合,而在中粗粒中對應(yīng)性極差;在中粒土中,0.25~0.5mm顆粒質(zhì)量百分比與N曲線具有隨深度增加而增加的變化趨勢,顯示N值與粒度和深度(密實(shí)程度)相關(guān)明顯,而在細(xì)、粗粒中對應(yīng)性較差;在該鉆孔樣品中,>0.5mm粗顆粒與0.25~0.5mm中顆粒質(zhì)量百分比均值則與N曲線具有相近的變化趨勢。為對以上結(jié)果作粗略驗(yàn)證,另選取一定數(shù)量試樣和鉆孔進(jìn)行相同的分析,發(fā)現(xiàn)均具有相同的規(guī)律特點(diǎn)。綜上分析,可以肯定的是顆粒的組成對砂土工程性質(zhì)的影響客觀存在,而中等粒徑(0.25~0.5mm)含量對粗砂以下地層強(qiáng)度影響尤為明顯。由于粘粒(<0.005mm)在粉細(xì)砂層中普遍存在,其含量大小影響砂土層強(qiáng)度減弱的程度,當(dāng)含量相對富集時(shí),則形成透鏡體或相對軟弱夾層;相反,當(dāng)局部中粗粒富集時(shí),則造成強(qiáng)度突升。二者均屬異常情況,在實(shí)際工作中應(yīng)注意鑒別。3評價(jià)指標(biāo)的建立本次試驗(yàn)?zāi)壳皟H限于漢口沿江地區(qū),以在類似巨厚砂土工程性質(zhì)的量化評價(jià)中作一些有益的探討。(1)砂土工程性質(zhì)定量評價(jià)方面常規(guī)測試手段在運(yùn)用上存在一定的局限性,而砂土顆粒組成與工程性質(zhì)評價(jià)對應(yīng)關(guān)系方面目前尚屬空白。本次工作進(jìn)一步說明了二者的相互關(guān)系,對于不同粒徑砂土,分別統(tǒng)計(jì)其0.25mm、0.25~0.5mm、>0.5mm級別顆粒的百分比,通過相關(guān)性研究,可初步建立起對應(yīng)的評價(jià)指標(biāo),對砂土工程性質(zhì)評價(jià)方法起到很好的補(bǔ)充。(2)工程勘察控制方面砂土因其松散、內(nèi)聚力低的特點(diǎn),勘察工作中鉆探及采樣質(zhì)量不易控制,野外鑒別往往顯得較為粗略,研究其顆粒組成,重點(diǎn)是<0.005mm顆粒所占百分比,有助于提高巖土層劃分的可靠度,尤其是軟弱夾層的識別和判定。目前來說,在數(shù)據(jù)采集方面無論