金新锋 许水潮 刘秀珍
(中机三勘岩土工程有限公司，湖北武汉 430031)
武昌长江古河道地层岩土工程性质分析
金新锋 许水潮 刘秀珍
(中机三勘岩土工程有限公司，湖北武汉 430031)
针对武昌地区古河道地层特殊的岩土工程性质，从古河道地层的物理力学特征、渗透性等方面对岩土工程性质进行了研究，通过两个公式计算出含粘性土粉砂层压缩模量和承载力特征值，以供参考。
古河道，含粘性土粉砂，压缩模量，承载力
0 引言
长江古河道是长江在迁徙改道过程中所遗留下来的废弃河道，武汉市武昌地区古河道主要分布于首义路—武昌火车站—大东门—中南路—水果湖—武重一带，据前人研究，武昌古河道形成时间约在第四纪中更新世～晚更新世初期［1］，由于沉积物年代较早，且大都处于武汉地区长江三级阶地，古河道表层一般分布有较厚的老粘性土层，具有较高的承载力，其所分布地区均为良好的建筑场地。但老粘土层下存在一套粘土质砂性土，其物理力学性质较上部地层稍差，使得拟建建筑物、特别是高层建筑物的地基承载力及沉降验算成为必要［2］。现有国家及地方规范规程均未对古河道地层的物理力学性质进行论述，本文对该砂性土层特别是含粘性土粉砂层的岩土工程性质进行初步分析，为武昌古河道分布区范围内的岩土工程勘察与设计提供参考。
1 古河道地层定名与物理力学特征
古河道地层上部为老粘土层，下部分布着砂性土层，该砂性土层野外岩芯管取样呈柱状，可塑性较好，但切面粗糙，砂感强。通过现场钻探该层有如下特点：1)地层一般表现为由上到下从细到粗的冲洪积地层，具层理和韵律结构，表现在地层结构上由浅到深分布为粉砂、细砂、中粗砂，底部局部为砾砂及卵石，与长江一级阶地砂层特征一样。2)粘粒含量高，使土层表现出明显的粘性土特性，这是该砂性土层最显著的特点［2，3］。根据中南路附近两工程对该层分试验表明，其粘粒含量为 16．2% ～22．0%［4，5］。
粘粒的存在造成了该砂层在土类划分上的困难，从而导致该砂土层在承载力确定上的困难。该层土既具有粘性土(粉质粘土或粉土)的特征，又具有砂土的特征，我们不妨把它看成是一种混合土并以砂土为主，按GB 50021-2001(2009年版)，岩土工程勘察规范3．3．6的定义可定名为“含粘性土粉砂”［6］;如果按 GBJ 145-90土的分类标准该层可定名为“粘土质粉砂”［7］，用于工民建勘察时建议根据《岩土工程勘察规范》采用“含粘性土粉砂”。无论定名如何，它们都具有相同的物理力学特征，主要表现在：野外可采取原状样进行室内试验，塑性指数一般为粉土～粉质粘土的范围，含水量较小，孔隙比较小，压缩性为中偏低，粘聚力比相同状态的粘性土小而比砂土大，内摩擦角比砂土小而比粘性土大，标贯试验击数比相同状态的粘性土大而比砂土小，静力触探曲线具有砂性土的特征且数值接近粉土的Ps值。总之，它是一种介于粘性土和砂土性质之间的土，物理力学性质与二者有较大差别。
2 古河道地层渗透性分析
由于含粘性土粉砂层粘粒含量较大，虽具有砂性土的特征，但粘粒的存在降低了它的渗透性。根据中南路一工地水文地质试验结果表明：场地内45．0 m以上段含粘性土粉、细砂层综合渗透系数建议值K=3．37 m/d，影响半径为117 m［4］。同时根据中冶集团武汉勘察研究院有限公司在中南路工行广场(原金宫大厦)及中南商业大楼注水试验结果，含粘性土粉砂层的渗透系数K=2．10 m/d。该场地承压水水头标高在12月份时为14．50 m～15．00 m，其承压水水头变化幅度为6．60 m左右［5］。因此，古河道地层渗透系数为武汉市长江一级阶地砂性土地层的1/5～1/10，但远比粘性土大，承压水水头变化幅度亦比长江一级阶地大。由于其上部一般覆盖有较厚的老粘性土层，基坑降水时一般不会产生地面沉降等次生灾害。
3 古河道地层岩土工程性质分析
作为岩土工程勘察来讲，最主要的目的是获取岩土层的物理力学性质指标，其中以压缩性指标、承载力指标及剪切指标为主。本文岩土工程性质主要指压缩性指标和承载力指标，由于含粘性土粉砂层的特殊性，根据DB 42/169-2003岩土工程勘察工作规程，湖北省地方规范推荐经验表格无论采用粘性土和砂土原位测试指标来查表均无法获得较为真实的结果。
含粘性土粉砂层具有粘性土和砂土的特征，但总体具有可塑性，压缩系数较相同状态的粘性土小而比砂土大，压缩模量较相同状态的粘性土大而比砂土小。根据土工试验得出的压缩模量一般较可靠。目前，我国规范(国家或地方)推荐的土的承载力确定方法有3种：查表法、理论公式计算法、现场载荷试验法。查表法对于不在承载力表范围内而无法使用;采用理论公式计算法求地基承载力，对现场取样和土工试验结果要求很高，且不同的公式计算结果尚有差别;现场载荷试验法，结果最为准确可靠，不足之处是试验费用高、周期长。对湖北省来说，查表法用的最广泛，但对于古河道的含粘性土粉砂层不在承载力表范围内而无法直接使用。古河道地层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质就越接近砂土，粘粒含量越高越接近粘性土。根据本单位及武汉市其他单位在古河道地区所做的工作，经统计分析后对于不在地方规范经验表格里的含粘性土粉砂层，其压缩模量和承载力特征值指标分别按粘性土和粉砂按照原位测试结果来查表，再按以下经验公式换算得出含粘性土粉砂层压缩模量和承载力特征值。
以上两个经验公式中：fak和Es(1～2)为含粘性土粉砂承载力特征值和压缩模量，fak粘，Es(1～2)粘及 fak砂，Es(1～2)砂为根据原位测试指标分别按粘性土和砂土查表所得的承载力特征值和压缩模量，ρ为粘粒含量。
经过武昌古河道分布区几个工程实例及载荷试验验证，采用上式来确定含粘性土粉砂层的承载力和压缩模量与载荷试验结果较为接近。由于含粘性土粉砂层孔隙比较粘性土小，采用e和IL来查表得出的承载力往往偏大，实际工作中应尽量以原位测试结果来获取承载力特征值，而压缩模量选用土工试验得出的结果较为可靠，且与本文经验公式得出的结果较为一致。含粘性土粉砂层在具有较大内摩擦角的同时也具有较大的粘聚力，其数值一般介于砂土和粘性土之间，对于剪切指标则可采用土工试验结果或参照DB 42/169-2003岩土工程勘察工作规程，湖北省地方规范附录R中粉土的c，φ值采用静力触探值来确定［8］。对于古河道地层下部含粗颗粒的中粗砂或砾卵石层，由于其不易取原状样进行室内试验，因此其承载力和压缩模量应尽量以原位测试结果来获取。
4 结语
1)武昌地区古河道粉砂性土地层建议根据《岩土工程勘察规范》采用“含粘性土粉砂”。
2)古河道地层含粘性土粉砂可以看作是粘性土与粉砂的混合土，尽管它在成分上以砂粒为主，但其粘粒含量高，工程物理力学性质介于砂土和粘性土之间，其渗透性为武汉市长江一级阶地砂性土地层的1/5～1/10，但远比粘性土大。
3)含粘性土粉砂层压缩模量和承载力特征值可按下列经验公式来取值：fak=fak粘× ρ+fak砂× (1 － ρ)，Es(1～2)=Es(1～2)粘× ρ+
Es(1～2)砂× (1 － ρ)。
采用此经验公式时，应严格按要求进行原位测试和取样，并参照地区成功经验，重要工程必要时应有一定数量的现场载荷试验结果作为参照。
4)由于古河道地层在武昌和汉阳等地分布较广，建议在充分收集该类土资料的基础上，今后的湖北省地方标准应将该类土的物理力学指标与承载力的统计关系纳入其中，以便工程应用［3］。
［1］邓健如，伍维周．长江武汉河段的形成和贯通时间［J］．湖北大学学报(自然科学版)，1992(4)：414-418．
［2］宋榜慈，武予东．冲洪积成因粘土质粉砂的工程地质特性［J］．土工基础，2002(4)：56-58．
［3］周 平，朱长歧，黄理兴，等．武昌地区含粘性土粉砂承载力探讨［J］．岩土力学，2005(3)：471-474．
［4］中机三勘岩土工程有限公司．武汉市轨道交通二号线中南路建设厅还建楼及综合楼岩土工程勘察报告书(详勘)［R］．中机三勘岩土工程有限公司，2011．
［5］中冶集团武汉勘察研究院有限公司．武汉市轨道交通二号线一期工程勘察Ⅳ标段(中南路站)岩土工程勘察报告书(详勘)［R］．中冶集团武汉勘察研究院有限公司，2008．
［6］GB 50021-2001，岩土工程勘察规范［S］．
［7］GBJ 145-90，土的分类标准［S］．
［8］DB 42/169-2003，湖北省地方标准岩土工程勘察工作规程［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
金新锋(1981-)，男，工程师; 许水潮(1969-)，男，高级工程师; 刘秀珍(1981-)，女，工程师
