大湾区软土工程性质研究

王宇 黄文豪 官大庶* 袁敏羲 邓超蝶

1.广东水利电力职业技术学院 广东广州 510635；2.中建地下空间有限公司 四川成都 610052

目前，我国正在建设的世界大湾区，位于珠江三角洲上，该区发育有面积广、厚度大的软土层，对基础设施建设造成了不利影响，因此研究大湾区软土问题显得尤为重要。

国内对于软土的研究方面取得了较多成果。祝卫东等[1]对两地区软土地层工程特性进行了分析比较，采用数理统计的方法统计，总结两地软土地层的物理力学特性。张效龙等[2]通过对天津永定新河河口地区海积软土试验数据进行回归分析和统计并建立回归方程。余燚等[3]通过大量土工实验得出软土物理力学指标参数，采用数理统计方法分析了河流沉积软土的性质指标及其工程特征，总结分析了梅州地区软土的工程特征。宋许根等[4]通过研究表明含水率较高使得珠海市西部中心城区软土抗剪强度低、压缩性高，并得出软土的有机质含量与软土工程性质指标并无确定的相关关系。周龙翔等[6]通过对收集软土的试验资料进行分析，并对比总结了广州软土和上海软土的特征，总结了广州软土的工程性质。

本文通过收集大湾区工程建设的土工数据资料结合取样进行室内试验分析，主要分析了大湾区不同城市的软土软土成因、沉积环境、物理力学性质进行分析，总结了大湾区软土分布特征和主要物理力学性质特征，并根据土工数据拟合了软土物理量之间的关系，为大湾区的未来建设提供一定的理论参考。

1 大湾区软土分布特征

大湾区的城市群主要坐落于珠江三角洲，三角洲面积约8600km2，由西江、北江、东江沉积形成，其发展演变经历了多阶段的地质作用，塑造了现代的三角洲形态，呈现出“三江汇合，八口分流”地貌特征。由于受到入海口潮汐及海浪等作用，湾内海相软土逐渐沉积，加上后期的生物、化学等作用，形成了广泛软土。

按现代沉积学观点，大湾区的第四系地层可分为6组，其中大湾区第四系地层海陆交互软土主要分布在西南组、横栏组、万倾沙组和灯笼沙组，该层软土具有一般软土所具有的性质，工程性质差，具高压缩性，强度低等诸多特征。该层软土广泛分布，成为影响大湾区基础设施建设的重要因素。

2 软土的矿物成分和微观结构

2.1 矿物成分

组成岩土体的矿物成分不同，其物理力学性质也不同，根据X衍射试验结果显示：大湾区软土的主要矿物成分为长石、石英、伊利石、高岭土等，其中软土中固相物质以黏粒为主，含量占到70%以上。黏土的矿物成分是其工程性质的基本组成单元，是认识黏土工程性质的前提，它控制土粒或团粒的尺寸、形状及分布，控制这黏土的各项物理力学性质。

2.2 微观结构

软土的工程性质受控于其内部结构及其相应的变化特征。软土的微观结构状态一般是指软土内部的土颗粒之间的排列、组合、形状及接触关系等特征。国内学者周翠英等采用电镜扫描法得到大量大湾区软土微观结构扫描照片，根据扫描结构将该区软土分为5种结构类型，即蜂窝状结构、海绵状结构、骨架状结构、絮状结构和凝块状结构。

3 大湾区不同地区软土沉积特征及物理力学性质分析

3.1 大湾区内不同地特征区软土沉积特征

土的物理力学性质与矿物组成、含水率、微观结构等因素密切相关，而土的成因、沉积环境、沉积地貌单元、区域构造运动则控制着上述各种因素。

根据大湾区已有的工程勘察资料，大湾区的软土在不同城市区域、不同深度范围，其土的力学性质指标存在较大的差异。本次研究选取湾区软土分布城市进行对比分析。

3.1.1 广州软土

广州位于大湾区中部，紧靠珠江出海口，因此该区域的沉积的软土厚度呈现由西北向东南逐渐增厚的规律，该区软土主要呈现灰褐、深灰、灰黑色，局部泥炭质，夹粉细砂。该区域软土厚度最后可达58米，其中老城区厚度较薄约4～5米。该区域软土特征呈现典型的河流冲积三角洲相沉积特点，在地质历史时期受到河流沉积作用和海洋潮汐作用，沉积了较厚的海陆交互软土层，该层中局部夹有粉细砂层，厚度不均。该区软土分布广泛，特征随地段不同，同期形成软土层，其厚度、埋深及有机质含量均有较大差异。

本区域软土的各项物理力学指标如表1所示。

表1 广州地区主要软土物理性质指标

3.1.2 南沙区软土特征

南沙地处广州市最南端，处于北江、西江下游滨河网区中，紧邻伶仃洋，处于珠三角冲积平原最前沿地区，该区域在地质历史时期长期受到河流沉积作用和海洋潮汐作用，沉积了较厚的海陆交互相软土，因沉积动力环境复杂，该区土体结构复杂，具有较复杂的工程性质。

本区软土的主要物理力学性质如表2所示。

表2 南沙地区主要软土物理性质指标

3.1.3 深圳软土

深圳是大湾区四大中心城市之一，东临大亚湾和大鹏湾，西边紧邻珠江口和伶仃洋，中部为河流冲积平原，地形上呈东西向条带形，该区域沉积的软土一般为2～10米，黑灰色，含水率高，呈流塑状。该区域软土按照成因和分布面积可主要分为两类，一类为滨海相沉积软土，主要分布于东南部沿海区域，该类型软土分布较广，为深圳地区主要软土层;另一类为三角洲相沉积，为河流沉积形成，主要分布与三角洲边缘区域，具有陆相沉积物质特点，土质较纯，黏粒含量高。

本区软土的主要物理力学性质如表3所示。

表3 深圳地区软土主要物理力学指标

3.1.4 东莞软土

东莞地区北边靠近东江，西部是珠江入海口，地势上呈现东南高、西部低的特点，该区北部和西部为东江沉积形成的冲积平原，区内河网密布，分布较多的河流相软土。西部地势平坦，为珠江沉积形成，受到海洋潮汐作用，在地质历史时期受到河流和潮汐作用，堆积较厚层海陆交互相软土，沉积深度可达20米。区内软土面积大，力学性质差，在该区进行基础工程建设存在较大难度。

本地区软土的主要物理力学性质指标如下表4所示。

表4 东莞软土主要物理力学指标

3.2 大湾区软土物理量之间的相关关系

为探究软土各物理力学指标之间的关系，全面认识软土的工程性质，了解软土各参数之间的相关关系，为大湾区的基础建设提供合理的岩土参数。本文收集了大湾区大量实际工程项目，整理了其中关于软土的试验数据，采用数理统计方法，得到软土各物理力学性质之间的关系，如表5所示。

表5 软土各物理力学指标的回归方程

4 结论

(1)大湾区沉积的软土经历了多期的地质运动，造成本区沉积的软土具有特殊的工程性质，从微观上分类，本区软土具有蜂窝结构、海绵状结构、骨架状结构、絮状结构和凝块状结构等，特殊的沉积环境造就了本区软土具有“三高两低长”不良工程特性。

(2)根据大湾区地区工程实际获得的资料，统计分析了大湾区典型城市的软土的物理力学性质指标并建立了各物理量之间的相关关系，为大湾区的基础设施建设提供使用模型计算参数，同时为合理的施工措施提供一定的参考。

(3)大湾区地区地质构造复杂，经历多期的地质运动，加上本区软土沉积时间短，软土性质尤为复杂，加剧了大湾区基础建设的复杂程度，带来了诸如各类建筑的变形和稳定性等问题。