沿海软土路基处理技术

——沿海软土地基处理

（一）海相软土的工程性质

海相黏土（Marine Clay）是软土沉积物的一个种类，是区域软土的重要类型，通常以淤泥、淤泥质黏土、淤泥质亚黏土的方式出现，在全世界范围内分布广泛。大多数海相黏土具有高含水率、大孔隙化、高压缩性、低渗透性、低强度、高灵敏度的特点，并表现出显著的流变性、触变性。

一）我国海相软土分布

1、区域分布

在我国沿海地区浅部土层中，分布有数米至数十米不等的灰色淤泥质土和淤泥，它是在静水缓流环境中沉积，并经生物化学作用而形成的海相饱和软黏土。我国沿海地区广泛分布着这样的海相沉积的软弱黏土层。而这其中又以天津、江苏、浙江、广东等地软土更具有特点和区域代表性。从天津—连云港—上海—杭州—宁波—温州—福州—厦门—湛江，软黏土的含水率逐渐增大，压缩性逐渐提高，强度逐渐变低，在力学强度和变的特点。图1是我国东部沿海地区海相软土分布图。由图中可见，环渤海湾地区、江苏、上海、浙江的沿海地区是我国海相软土的主要分布区，其分布面积十分广，因此，这些地区海相软土的研究对我国沿海地区的工程建设具有非常重要的意义。

我国沿海地区海相软土大多数是第四系晚更新世以来的沉积物，受多次海侵、海退的影响，形成滨海相沉积为主的淤泥，淤泥质软土地层。软土层厚度变化范围大，天然含水主率高、孔隙比大、压缩性高、渗透性、强度低、并具有触变性、流变性等特点。

图1 中国东部沿海地区海相软土分布图

2、基本特性

海相沉积的软土层，由于受潮汐水流等因素的影响，其上部往往形成厚度1~2m的所谓“硬壳层”下部则为夹粉细砂透镜体的淤泥体的淤泥质土或夹粉砂的层状淤泥质土，有时局部有薄的泥炭层。海相软黏土除了共同具有的高孔隙化、高压缩性、高含水率、低渗透性、低承载力特性外，其沉积化学特点、土的结构性与流变性也是其明显的特征。

（1）海相软土沉积化学特点

黏土矿物成分是海相软土沉积化学特点的重要反映，直接影响甚至决定上着土的液限、渗透性、压缩性、抗剪强度等物理指标和工程性抽。高岭石、蒙脱石和伊利石是三种最常见的黏土矿物，除部分海相黏土只含单一黏土矿物外，其他大多数往往含有多种黏土矿物。通常，在同一海相软土中，即使不同黏土矿物的含量相当，黏土矿物也不会平均地表现对土性质的影响，能够决定海相软土分为三种主要类型：高岭石型、蒙脱石型、混合矿物型。黏矿物类型直接影响土的液限值，并直接或间接地关系到土的压缩性，渗透性和抗剪强度等工程特性。由于高岭石和蒙脱石控制黏土液限的机理不同，所以决定性矿物不同的海相软土性质现表现会有明显的差异。

在世界各地的海相黏土中，蒙脱石型黏土占绝大部分。而我国沿海各地的海相软土中，伊利石或伊—蒙混层矿物是其主要的黏土矿物组分，这也直接导致了我国的海相软土在诸多性质表现上显著不同于国外其他地区软土。由于在海水中沉积，其沉积环境也使得少缃软土的空隙液体离子化学特性与海水的含盐组分之间有着密切的联系。有研究显示，孔隙水离子化学特征能够直接影响黏性土的物理指标，并对土的工程性质产生不可忽略的影响。

（2）结构性

形成结构性强弱的物理化学过程十分复杂，与土体本身的赋存规律密切相关。作为土的一种固有特性，结构性通过自身的强弱变化，隐性地影响着土的诸多工程特性。

海性软黏土通常在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，物质组成以极细的黏土胶状物

质为主，并伴有微生物的作用，是典型的结构性土。

土体的结构包括组构（组成颗粒的排列方式）和胶结（颗粒间的相互作用力）Cotecchia 等根据沉积历史将土体的结构分为沉积结构和后沉积结构，并给出了土体结构性类型的基本框架。沉积结构是指天然土或重塑土在沉积过程中的沉积完成后由于一维固结形成的结构。这种结构只在正常固结过程中产生，主要为土体沉积过程中形成的各种颗粒组构和颗粒间胶对号，见图2

图2 沉积结构的一维压缩曲线

图中：VY表示土体的结构屈服应力； VC表示土体在历史上曾受到的最大应力；为土体的上覆压力。后沉积结构是指在正常固结完成之后由于地质作用而形成的结构，同时原沉积结构也发生改变。主要包含由于卸载、蠕变、触变、后沉积胶结和成岩作用形成的土体结构，而在沉积过程中的黏结、风化和构造剪切作用形成的土体结构暂时不在考虑范围之内。（3）流变性

黏性土在固结过程中，超静孔隙水压力消散为零后，主固结变形完成，但总变形并未停止。由于土骨架的流变使变形继续延续，具有黏滞性的土骨架在应力作用下出现的蠕变变形称为次固结变形。海相软黏土的次固结变形是其流变性的重要表现。

海相软土由于其特殊的特质组成和结构特性，决定了软土在外部荷载的作用下表现出特殊的响应，软土在荷载作用下能产生较大的变形，而且在荷载不变的的前提下，其变形也能随时间而增长，即软土的蠕变特性。

（4）硬壳层

海相沉积的淤泥质土或淤泥长期暴露于较易氧化的气候和较丰富的大气降水的陆环境中，经过水解作用和氧化作用形成很多氧化铁沉积、土的颜色变成褐黄色，伴随着排水固结作用使含水率不断减少、孔隙比不断减小，土的强度也不断得到增加，这便是广泛覆盖于海相软土之的“硬壳层“硬壳层覆盖海相软土是沿海地区软土地层结构的典型特征。

二）天津海相软土工程特性

1．天津软土

天津软土以塘沽新港海积软土为代表。天津沿海一带，从10万年前至今的期间内，曾有三次海进和海退，即由海洋变陆地和由陆地变海洋曾反复六次。距今约5000年左右，天津还处于最后一次海进期间。其后开始了最后一次海退。在漫长的海退岁月中，逐渐沉积形成了天津以东的滨海平原。越近海岸，成陆时间越短，土质越软。

全新世以来沉积的地层分布有海相沉积层和陆相的河口三角洲相冲积层两种类型土层。地表分布厚度为2m左右的人工填土，其下为海相沉积为主的土层，同时受到海河等流域的冲积物沉积的影响，一般称为海相层，属于全新世软土层，分布范围很广，厚度13~17m。海相层可分为两个亚层，上部的灰褐色淤泥质亚黏土、淤泥~，为潜水区沉积，具有黏土夹薄砂层的层状构造特点，沉积年代距今只有数百年；下部灰褐色淤泥质黏土层厚度为7~8m，为深水沉积物，具有薄层状构造特征，夹砂层由上而下由厚（1~2cm）变薄（小于），薄层理为深水风暴砂的构造特征，土体处于可塑—软塑状态，具有明显的结构性，沉积年代距今约有2000年。该两层海相土层的指标特性见表2-1。

天津海相软土属于欠固结土，但与一般的欠固结土不同，在其沉积的过程中形成较强的结构联结，使其表现出较强的结构性。天津地区软土的原状土的原状土微观结构属于絮凝结构，以片状伊—蒙混层矿物为主，在沉积过程中随着颗粒表面及接触处由于胶结物、固化等作用，使得原不稳定的絮凝结构强度提高，产生强的胶结强度，阻止土体的压密，使其保持大孔隙状态。