宿州市北部第四系土层的工程特性研究
2018-11-09
(宿州学院安徽省煤矿勘探工程技术研究中心，安徽 宿州 234000)
0 引 言
宿州市在地理上属于黄淮平原的一部分，研究区内除丘陵地区出露震旦亚界青白口系、奥陶系等地层，其余地表部分第四系发育且第四系覆盖层海拔一般在20-45m左右。市内主要分布有濉河、新汴河等河流，其中围绕新汴河的宿州市北部现今成为重点发展区域，随着工程规模越来越大，很多单位对地层进行了大量的勘探研究以取得地层的数据资料，为工程建设提供服务。根据钻孔资料显示，研究区地表第四系地层以粉质壤土、粉砂质土和砂土为主，其中粉质壤土是工程建设中浅基础地基主要的处理对象之一，因此展开区域内地表第四系土层的物理力学性质研究对生产开发有着积极的意义。
1 区域地质概况
研究区地层属于华北地层区中的两淮地层分区[1]，区域内地层时代从太古界到第四系除了华北地层典型的上奥陶统至下石炭统缺失外，其余地层在研究区域内都有发育，但是只有震旦系和奥陶系有部分出露，剩余区域都被第四系地层覆盖，宿州市内构造以北北东向为主，代表性的有闸河复向斜、萧县复背斜、芦岭向斜和桃园背斜等[2]，此外在埇桥区内还发育有飞来峰的地质现象，被当地命名为黑峰岭飞来峰。研究区整体构造单元属于鲁西隆起区的西南段，有一东西向的断裂即符离集断裂将该市分为南北两个部分，其中北边地势高于南边。从岩石学的角度上研究区域内岩浆活动时发现，在宿州市东北部的栏杆-解集一带有基性的辉绿岩发育，而在宿州市的西部岩浆岩的岩性以闪长岩以及花岗岩为主，两地岩浆岩出露规模一般不大。
从水文地质的角度分析研究区属于淮河水系[3]，市内主要地表河流包括汴河、新汴河、沱河以及三八河、环城河等，水流自西北向东南注入淮河和洪泽湖。由于区域内气候为温带半湿润气候，秋冬季少雨，地下水资源并不丰富[4]，据统计宿州市人均地下水资源仅有安徽省人均值的一半左右[14]，且地下水类型根据埋藏条件看主要为承压水，根据埋藏场所来看为孔隙水。这种孔隙承压水主要赋存于砂岩之中，主要受大气降水及河水等地表水补给，与地表水有一定的水力联系。
根据勘探资料的分析显示第四系地层进一步细分由上到下共分为4层：
1层重粉质壤土，灰黄色，处于塑性状态，部分为中粉质壤土，含铁锰质结核。
2层砂壤土，灰黄色，孔隙小而压缩性高，渗透性好且密实度较高，夹粉质壤土。
3层重、中粉质壤土，灰黄色，处于可塑状态，压缩性中等且渗透性较差，密实度中等。
4层重粉质壤土，浅黄色，可塑状态，部分为中粉质壤土，密实度与压缩性中等且含铁锰质结核。
2 物理力学性质统计及选取
根据勘探资料分析，结合各层土样的室内试验，对区域内各土层进行指标统计。统计原则为：在剔除离差较大的数值后，计算出最小值、最大值、平均值及标准值，其中物理力学性质指标采用平均值，各土层物理力学性指标统计见表1。
表1 研究区各土层物理力学性指标统计表
在统计结果的基础上，结合现场勘探和已有工程经验，提出各土层主要参数建议值见下表2。
表2 研究区各土层主要参数建议值表
3 分 析
3.1 物理力学性质分析
依据表1和表2中的数据，对区域内土层的物理指标分析如下：4层土的含水率分别为24.3%，23.5%，32.5%，25.4%，据资料显示，黏土的最佳含水量约相当于该黏土的塑限，而非黏性土的最优含水量的值为该黏土的液限乘以0.65[6]。详细范围值如下：砂土最佳含水量为8%-12%，黏土为15%-25%，用这些数值与实验中的数值比对，发现研究区土层的含水量较最优含水量稍高，密度从数据上看属于一般黏性土范围，液性指数在0-1之间，说明土自身处于可塑状态，塑性指数8-13之间，与红黏土接近，说明含水量变化时处于塑性状态的范围较小，土的整体工程地质性质中等。结合压缩实验观察压缩系数在0.1-0.5之间，属于中压缩性土，根据同等条件下，土的孔隙比越大，地基基础的允许承载力越小的原则[7]，用砂的孔隙比(e)来判断砂的密实度；例如粗砂与中砂，其孔隙密实的e< 0.60，中密的0.60 ≤e≤ 0.75，稍密的0.75
3.2 水文地质条件分析与评价
从表1和表2中渗透系数的数值可以看出第1层重粉质壤土、第3层重、中粉质壤土以及第4层重粉质壤土具有微透水性而第2层砂壤土透水性稍强，可视为中等。研究区区地下水类型主要为第四系孔隙水，根据地下水补给、径流以及排泄的不同，又可在孔隙水的基础上进一步细分为孔隙潜水和孔隙承压水[10]。根据水文地质学中关于潜水和承压水的区别结合区域实际情况可以分析出孔隙潜水埋藏较浅，主要分布于上部粉质壤土中，受大气降水影响并接受地表水补给，由于与地表水水力联系的因素导致水位随季节变化较大。孔隙承压水埋藏较深，在研究区内主要赋存于第2层砂壤土中，与河水有密切的水力联系。勘探期间测得地下水位埋深2.60-4.60m，高程24.37 m -25.41 m，根据研究区附近水质分析报告可知研究区地表水、地下水对混凝土、对钢筋混凝土结构中钢筋均无腐蚀性。
3.3 工程地质条件分析与评价
通过查阅地震资料-《中国地震动参数区划图》得出研究区地震关键参数即动峰值加速度为重力加速度的0.05倍，该加速度对应的地震基本烈度为Ⅵ度，可不进行地基的液化判别和处理。经勘察得知该区域内建筑物基础均位于第2层砂壤土和第1层重粉质壤土中，此两层地基土承载力均较高，因此可以采用天然地基也能够保证建筑物荷载不会超过地基承载力；但是针对这种现象需要考虑建筑物位于不同土层中易产生不均匀沉降问题，设计时应采取相应的工程措施。两侧墙体荷载较大，应复核其荷载对地基承载力的要求，当承载力不满足要求时，可采用加大底板宽度和埋深等处理措施。第1层重粉质壤土中夹有砂礓，对开挖有一定影响，第2层砂壤土渗透性较强，属中等透水层，且抗冲性能较差，地基土易产生渗透变形影响基础稳定，建议对地基土进行防渗、抗冲处理。研究区内建筑物基坑开挖深度多在4.2-7.2 m之间，土质以第1和第2层土的岩性为主，其中第2层砂壤土位于基坑中下部，且已经判定为承压水含水层，含水量较丰富且具有承压性，基坑开挖时，建议采取一定的降排水措施，防止产生基坑突涌对基坑开挖不利，建议采用1:1.5-2.0放坡处理，在坡度比较陡的时候为保证施工安全采用分级放坡的方式。
4 结 语
(1)研究区地层自上而下分为4层，整体含水量较最优含水量略高，土体处于可塑状态，塑性指数与红粘土接近，中等压缩性，孔隙比较小，密实度中等，渗透系数符合分层后砂质壤土和粉质壤土的特征。
(2)第1、3、4层粉质壤土具微透水性而第2层砂质壤土具中等透水性，根据地下水补、径、排条件的不同可分为孔隙潜水和孔隙承压水，其中承压水主要赋存在砂壤土中，且根据水质化验结果显示地表水和地下水均无腐蚀性或具有极弱的腐蚀性。
(3)该区域地震基本烈度为Ⅵ度，可不进行液化判别和处理，地基土承载力均较高，但第2层砂壤土渗透性较强，地基土易产生渗透变形影响基础稳定，建议对地基土进行防渗、抗冲处理。
