摘要：在分析珠江口伶仃洋海域附近水域?yàn)┎垩葑兗澳嗌程匦缘幕�礎(chǔ)上，對(duì)項(xiàng)目所在區(qū)域的巖土地層及其特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析，主要的軟土層為淺部淤泥、淤泥質(zhì)土夾粉砂層和深部淤泥質(zhì)土層，沿層理面夾有薄層粉細(xì)砂或中粗砂，垂直向上厚度變化極不均勻。并對(duì)這三類軟土的物理力學(xué)特征指標(biāo)進(jìn)行深入研究，揭示其工程特性，為項(xiàng)目后續(xù)軟基處理提供基礎(chǔ)資料。

　　關(guān)鍵詞：地層,巖土參數(shù),軟土,固結(jié)

　　近些年隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有些城市發(fā)展受用地局限以及凈空環(huán)境的要求，開(kāi)始尋求一勞永逸地解決這一問(wèn)題的辦法，即將機(jī)場(chǎng)建在海上。臨海的機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程是在海陸交互相沉積土這一特殊地質(zhì)條件下建設(shè)，深圳機(jī)場(chǎng)三跑道擴(kuò)建工程即屬此例。

　　珠江三角洲位于南海北部，面積約8600km2，洲內(nèi)軟土十分發(fā)育，主要由西江、北江、東江在珠江口受內(nèi)海岸浪流及潮汐水動(dòng)力作用逐漸淤積而成，屬第四紀(jì)沉積物，土層多為含水豐富的淤泥、淤泥質(zhì)粘土及粉細(xì)砂[1]，其沉積呈現(xiàn)階段性和多樣性的特點(diǎn)，具有含水量更高、土質(zhì)更軟、受荷后變形大、差異沉降量變顯著、固結(jié)速度快等特性。為了提高機(jī)場(chǎng)的建設(shè)工程質(zhì)量、節(jié)約投資，開(kāi)展項(xiàng)目所在地軟土特性研究具有重要意義。

　　1工程概況

　　深圳機(jī)場(chǎng)三跑道擴(kuò)建工程位于深圳市西部、伶仃洋東岸，深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)西側(cè)，陸路與107國(guó)道、廣深高速公司和機(jī)荷高速公路接近，具有極其便利的交通優(yōu)勢(shì)。機(jī)場(chǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)為：東經(jīng)113°48"30″，北緯22°38′24″�，F(xiàn)有場(chǎng)地地貌包括蓄水池、灘涂、現(xiàn)有海堤圍堰及標(biāo)高-1.0m~-4.0m之間的海域。地勢(shì)東北高、西南低，向珠江方向緩傾。場(chǎng)區(qū)地貌單元為海陸交互相沖積地帶，場(chǎng)地在大地貌單元上位于剝蝕海蝕堆積地形-三角洲平原上，為淺灘、灘涂地帶，地勢(shì)較為平坦，場(chǎng)地東部為海堤和人工填海地貌。

　　本工程用海面積控制在294公頃以內(nèi)，陸域形成面積約278.9萬(wàn)m2，功能區(qū)總面積約288.74萬(wàn)m2，結(jié)合機(jī)場(chǎng)規(guī)劃及實(shí)際情況，本工程設(shè)計(jì)分為跑道區(qū)、滑行道、土面區(qū)、水面區(qū)、場(chǎng)區(qū)圍堰、外海堤、穿越道及繞行滑行道共7個(gè)功能分區(qū)的永久建筑物。

　　2海域附近水域?yàn)┎垩葑兗澳嗌程匦?/p>

　　深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于珠江口東岸濱海平原，面向伶仃洋。伶仃洋是一個(gè)呈NNW~SSE向的喇叭形河口灣，匯集了珠江入海八個(gè)口門中的虎門、蕉門、洪奇瀝和橫門四口門的徑流，是珠江主要出海口和最大的河口灣。伶仃洋水下地形西北高、東南低，灣外20~30m等深線呈WSW~ENE向展布，水深自外海向?yàn)硟?nèi)逐漸減小。灣內(nèi)地形變化復(fù)雜，淺灘和深槽相間，機(jī)場(chǎng)三跑道擴(kuò)建工程位于機(jī)場(chǎng)二跑道以西，沿江高速以東，福永河以南。項(xiàng)目通過(guò)填海的方式形成機(jī)場(chǎng)陸域。

　　2.1深圳機(jī)場(chǎng)海域附近水域?yàn)┎垩葑?/p>

　　自1980年代以來(lái)，伶仃洋兩岸實(shí)施了一系列開(kāi)發(fā)建設(shè)工程，在一定程度上改變了伶仃洋河口灣的邊界形態(tài)。西岸的岸線開(kāi)發(fā)規(guī)模明顯大于伶仃洋東岸，東岸灘涂資源較少、岸線較順直，其岸線利用開(kāi)發(fā)以向海推進(jìn)為主，東岸整體岸段變得更為順直。1978~2015年間共圍墾17.08km2，岸線呈整體向外擴(kuò)展之勢(shì)，岸線向外推進(jìn)最遠(yuǎn)處約1820m。

　　從開(kāi)發(fā)時(shí)間看，工程區(qū)附近岸線開(kāi)發(fā)主要發(fā)生在1988~2009年期間，其中1999~2009年期間圍墾強(qiáng)度最大。深圳機(jī)場(chǎng)海域附近水域?yàn)┎燮矫娓窬趾蜎_淤變化主要呈現(xiàn)如下特征：

　�、殴こ趟�在東灘平面上變化不大，受機(jī)場(chǎng)前期圍填建設(shè)影響，前沿漲潮溝有所萎縮。從-3m等高線變化來(lái)看，工程所在東灘灘面變化不大，僅交椅灣至工程區(qū)北側(cè)一段向外海有所推移，呈淤積狀態(tài)，工程區(qū)及以下岸段變化不大。

　　-5m等高線變化顯示，工程區(qū)前沿漲潮溝呈萎縮狀態(tài)，1984年之后由于圍填占用納潮空間，漲潮動(dòng)力有所減弱，槽寬縮窄近470m，向南后退約500m。本工程占用中下段潮溝，需考慮漲潮流對(duì)工程建設(shè)的影響。同時(shí)潮流動(dòng)力將進(jìn)一步減弱，漲潮溝將繼續(xù)萎縮。

　�、乒こ虆^(qū)1977~2000年期間以輕微沖刷為主，2000年以來(lái)由沖轉(zhuǎn)淤，近期以淤積為主，工程區(qū)附近水域整體呈輕微沖刷狀態(tài)，平均沖刷約0.12m，沖刷速率在-0.024m/a;1984~2000年間沖刷幅度減小，速率在-0.005m/a;2000年之后由沖轉(zhuǎn)淤，淤積速率在0.062m/a。從空間分布來(lái)看，1977~2000年沖刷區(qū)域主要集中在工程區(qū)靠外海部分，2000~2016年期間整體淤積顯著。

　　⑶工程區(qū)附近灘槽斷面整體呈沖刷變深趨勢(shì)，1977~1984年稍有淤淺，1984~2011年整體下切，2000年以后下切幅度顯著。

　　2.2泥沙來(lái)源及泥沙特性

　　2.2.1泥沙來(lái)源

　　進(jìn)入伶仃洋的泥沙主要來(lái)源于陸域，海域來(lái)沙很少。每年進(jìn)入珠江三角洲的泥沙約有80%輸出口門外，約20%留在網(wǎng)河區(qū)內(nèi)。八大口門多年平均輸沙量為7098×104t，其中東四門為3389×104t，占輸出總沙量的47.7%，西四門為3709×104t，占52.3%。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，工程用沙大量增加，在珠江河道內(nèi)取沙大量出現(xiàn)，使得向河口(伶仃洋)輸送的泥沙數(shù)量大為減小，近年來(lái)，河道內(nèi)取沙已受到政策的限制。但由于上游植被保護(hù)的增強(qiáng)，以及水利工程的修建，也使得輸入河口的泥沙量呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

　　2.2.2泥沙特性

　　2016年冬季和夏季在珠江口進(jìn)行過(guò)水文泥沙觀測(cè)，從懸沙觀測(cè)的時(shí)間變化過(guò)程來(lái)看，各站表、中、底三層含沙量多數(shù)時(shí)間內(nèi)較為接近，而在中層與底層的某些峰值普遍高于表層。從整體變化過(guò)程看來(lái)，各站含沙量夏季高于冬季，冬季一般不超過(guò)0.05kg/m3，夏季一般不超過(guò)0.1kg/m3。從含沙量特征值統(tǒng)計(jì)表來(lái)看，冬季最大懸浮泥沙濃度為0.041kg/m3，夏季最大為0.060kg/m3。最大含沙量的垂向分布中，基本表現(xiàn)為底層最大，表層最小。

　　根據(jù)2016年工程周邊海區(qū)多次底質(zhì)采樣的粒度分析結(jié)果，該海域底質(zhì)類型以粘土質(zhì)粉砂為主，中值粒徑多在0.006～0.01mm;其中砂的組份含量約占10%，粘土約占20～30%，粉砂約占60%。珠江口屬于淤泥質(zhì)河口，河流所挾帶的泥沙在河口及海岸地區(qū)落淤后，由于絮凝作用，使得泥沙顆粒形成絮凝顆粒，到一定濃度后，形成具有一定流動(dòng)性、高含沙量的浮泥或淤泥。項(xiàng)目所在地的淤泥層是典型的淤泥質(zhì)河口沉積的產(chǎn)物，含砂量高。

　　3項(xiàng)目地層研究

　　軟土在我國(guó)分布廣泛，主要集中在濱海平原、三角洲、湖盆底周圍、山間谷地等地方，其中三角洲軟土最具典型的是長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲。各地區(qū)軟土在形成過(guò)程中都受多種成因作用，造成各軟土的土性特征(微觀結(jié)構(gòu)、粒度成分以及礦物成分)差異巨大，其宏觀土層分布表現(xiàn)也各有不同。

　　長(zhǎng)江三角洲如上海地區(qū)屬三角洲沖積平原，軟土層在濱海相陸域?qū)游环植挤�(wěn)定，僅在黃埔江、蘇州河沿線，受河道侵蝕淤積影響，局部區(qū)域地層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層缺失或變薄。相關(guān)研究表明，長(zhǎng)江口北岸第四紀(jì)沉積物中黏性土或薄層黏土與粉、細(xì)砂互層、多韻律，呈現(xiàn)類似于“千層餅”特征。在宏觀上沿深度方向存在典型的不連續(xù)性、互層現(xiàn)象嚴(yán)重[2]。

　　地處珠江三角洲的廣州地區(qū)軟土雖同為第四紀(jì)海相沉積層，但是軟土沉積環(huán)境差異巨大。由于經(jīng)歷復(fù)雜的海侵、海退與江水的共同作用，即沉積、沖刷、再沉積的反復(fù)作用，構(gòu)成了復(fù)雜的地層，使其土層的均勻性極差，平面分布不規(guī)則，沿層理面夾有薄層粉細(xì)砂，垂直向上厚度變化不均，存有夾層或透鏡體的特點(diǎn)，土層厚度可達(dá)50m以上[3]。

　　地層劃分與巖土參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析是巖土工程勘察工作的重要內(nèi)容，劃分的精度和合理性對(duì)場(chǎng)地土層的巖土工程條件分析和評(píng)價(jià)影響極大。地層劃分精度與巖土參數(shù)統(tǒng)計(jì)的變異性密切相關(guān)[4]，為了減少樣本誤差，初勘和詳勘階段進(jìn)行了大量勘察工作，完成鉆孔535個(gè)，鉆探總進(jìn)尺9703m，原狀土樣2548件，擾動(dòng)土樣223件，巖石樣22件。要取得可靠的土質(zhì)參數(shù)，只有通過(guò)原位測(cè)試[5]，兩階段勘察進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)5899次，44個(gè)標(biāo)貫孔附加了十字板試驗(yàn)，進(jìn)行了195次十字板原狀峰值剪切試驗(yàn)，187次十字板重塑峰值剪切試驗(yàn)。

　　結(jié)合地質(zhì)成因、沉積規(guī)律及巖土參數(shù)、廣東地區(qū)的九分方案研究成果[6]等方面確定了地層層序，對(duì)各主要地層進(jìn)行重點(diǎn)巖土參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析工作，以標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)為控制指標(biāo)，優(yōu)化了地層層序劃分，提出了各主要地層的分布標(biāo)高、統(tǒng)計(jì)參數(shù)范圍。本項(xiàng)目地層分布從上至下依次為：第四系全新統(tǒng)人工堆積層、第四系全新統(tǒng)海積層，全新統(tǒng)沖洪積粘土~粉質(zhì)粘土、中粗砂，上更新統(tǒng)湖沼沉積淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)中砂，沖洪積粘土~粉質(zhì)粘土、中粗砂，中更新統(tǒng)殘積砂質(zhì)粘性土及全～中風(fēng)化薊縣系的混合花崗巖。

　　沉積土在宏觀上表現(xiàn)為砂土與黏土層交互沉積，主要的軟土層為淺部淤泥、淤泥質(zhì)土夾粉砂層和深部淤泥質(zhì)土層，沿層理面夾有薄層粉細(xì)砂或中粗砂，垂直向上厚度變化極不均勻，這正反映出海陸交互沉積條件下土性復(fù)雜非均質(zhì)的特點(diǎn)。軟土主要有：海相沉積層②1淤泥淤泥、②2淤泥~淤泥質(zhì)土和湖沼沉積層④1-1淤泥質(zhì)土。

　　4軟土的物理力學(xué)特性分析

　　4.1軟土物理屬性

　　按照相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，并根據(jù)各層地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、原位試驗(yàn)結(jié)果及鄰近場(chǎng)地勘察經(jīng)驗(yàn)，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法，對(duì)所有樣點(diǎn)進(jìn)行篩選、剔除異常值后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

　�、胖榻�三角洲軟土的含水量和孔隙比都比較大，W一般大于35%，統(tǒng)計(jì)均值為58.6%，孔隙比e一般在1.0～2.68，統(tǒng)計(jì)均值為1.6[7]，本項(xiàng)目②1淤泥含水率W=92.3%，孔隙比e=2.52，②2淤泥~淤泥質(zhì)土含水率W=69%，孔隙比e=1.87，該土層的含水率和孔隙比遠(yuǎn)高于珠三角其他地方的軟土。軟土天然含水率、界限含水率(液限和塑限)隨深度變化隨深度遞減。軟土的天然含水率大多大于液限。多數(shù)液性指數(shù)IL>1，軟土處于流動(dòng)狀態(tài)。含水量愈大，將導(dǎo)致土的抗剪強(qiáng)度愈小，壓縮性愈大。

　　⑵土體接近完全飽和。所研究的土樣的飽和度Sr=94%～100%，統(tǒng)計(jì)均值約Sr=97%。⑶垂直滲透性低。②1淤泥的滲透系數(shù)為6.1~6.4×10-8cm/s，②2淤泥質(zhì)土為1.0×10-6cm/s，使得土體在荷載作用下固結(jié)速率很慢，強(qiáng)度不能提高。

　�、韧恋挠袡C(jī)質(zhì)含量為0~3.4%，研究資料[8]表明深圳其他地方，淤泥有機(jī)質(zhì)含量為2%~7%，淤泥質(zhì)土有機(jī)質(zhì)含量為7%~10%，含泥炭質(zhì)黏性土機(jī)質(zhì)含量為10%~60%，含量遠(yuǎn)高于本項(xiàng)目。牟春梅等人[9]研究表明,當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量大于1.74%滲透系數(shù)和固結(jié)系數(shù)總體隨著含量逐漸減小，在不同階段遞減速率不一樣，當(dāng)含量大于3.5%時(shí)遞減速率明顯加快。本項(xiàng)目有機(jī)質(zhì)含量較低，對(duì)滲透系數(shù)和固結(jié)系數(shù)影響較小。相關(guān)資料表明該含量對(duì)水泥的加固效果影響較小[10]。

　　4.2軟土的力學(xué)屬性

　　軟土工程特性一直是國(guó)內(nèi)外巖土工程領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容之一，其研究重點(diǎn)集中于變形特性，包括固結(jié)變形和次固結(jié)變形。所研究的軟土具有下述特性：

　�、跑浲恋撵`敏度高，表現(xiàn)出一定的結(jié)構(gòu)性。軟土的靈敏性與軟土的結(jié)構(gòu)特性密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)性軟土一旦被擾動(dòng)后，其強(qiáng)度明顯下降，而且難以恢復(fù)[11]。十字板試驗(yàn)測(cè)得②1淤泥的靈敏度最大值4.4，最小值1.1，平均值2.6，②2淤泥~淤泥質(zhì)土的靈敏度最大值3.3，最小值1.8，平均值2.7，④1-1淤泥質(zhì)土的靈敏度最大值5.2，最小值0.8，平均值2.5。土的靈敏度越高，結(jié)構(gòu)性越強(qiáng)，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低愈多。

　�、栖浲恋膲嚎s性高。珠江三角洲軟土層大多呈正常固結(jié)狀態(tài)，也有部分淺層軟土屬欠固結(jié)土層。②1淤泥的壓縮系數(shù)a1-2=2.4MPa，②2淤泥~淤泥質(zhì)土的壓縮系數(shù)a1-2=1.9MPa，④1-1淤泥質(zhì)土壓縮系數(shù)a1-2=0.82MPa，屬于高壓縮性土。

　　5結(jié)論

　�、帕尕暄髺|灘水域?yàn)┎鄹窬趾蜎_淤平面上變化不大，受機(jī)場(chǎng)前期圍填建設(shè)影響，前沿漲潮溝有所萎縮。工程區(qū)近期以淤積為主，工程區(qū)附近灘槽斷面整體呈沖刷變深趨勢(shì)。項(xiàng)目所在地的淤泥層是典型的淤泥質(zhì)河口沉積的產(chǎn)物，含砂量高。

　�、祈�(xiàng)目所在場(chǎng)地土層在宏觀上表現(xiàn)為砂土與黏土層交互沉積，主要的軟土層為淺部淤泥、淤泥質(zhì)土夾粉砂層和深部淤泥質(zhì)土層，沿層理面夾有薄層粉細(xì)砂或中粗砂，垂直向上厚度變化極不均勻。

　　⑶海海積軟土為較新的海相沉積層，處于欠固結(jié)狀態(tài)，與珠江三角洲其他區(qū)域軟土相比具有較低有機(jī)質(zhì)含量的特點(diǎn)，對(duì)水泥土強(qiáng)度影響較小。

　�、冉Y(jié)合機(jī)場(chǎng)工后沉降的特點(diǎn)，對(duì)本項(xiàng)目的固結(jié)Cv、Ch系數(shù)為0.65~0.85×10-3cm2/s之間，比深圳其他地區(qū)軟土的固結(jié)系數(shù)大，土的固結(jié)速度相對(duì)較快;次固結(jié)系次固結(jié)系數(shù)Cα為0.015~0.033之間，通過(guò)超載可以減小次固結(jié)系數(shù)，從而減小軟基處理的工后沉降。

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