天津市区浅层地基土的特性分析

天津市区浅层地基土的特性分析

摘要：天津市区第一陆相层是天津市区良好的天然地基浅基础持力层。文中对该成因层土的分布特征、物理力学性质进行了详细阐述，统计分析了各指标间关系。结果表明，该成因层按力学性质可分为黏土、粉质黏土、粉土；黏性土多呈可塑状态，属中压缩性土；粉土多呈稍密～中密状态，属低压缩性土，天然含水量与天然孔隙比、液限与塑性指数呈良好的线性关系；不同含水量下压缩系数具有一定集中区域；压缩系数与孔隙比呈正相关，可为天津浅基工程土工参数取值提供依据和参考。

关键词：天津；第一陆相层；黏性土；粉土

1. 前言

地基土土性指标是地基设计与地基处理的重要参数，具有较强的地域特征和不确定性。目前，陈晓平[1]对珠江三角洲地区软土的物理力学指标进行了统计和分析；尹利华[2]对天津软土土性指标进行了统计和概率分布模型分析，等。但是，对于不同地区、不同成因类型的土尚缺乏进一步分析与研究。

文中把某特定地质时代相同沉积环境下形成的、在工程性质上存在一定内在联系的、具有特性相近的土体作为统计单元体[2、3]，即对天津市区第一陆相层的分布特征和土性指标进行了分析与统计，得到了相关指标间的经验公式，可为天津浅基工程土工参数取值提供依据和参考。

2. 第一陆相层的分布特征

第一陆相层（Q43al）为全新统上组河床～河漫滩相沉积，俗称上部陆相层，是天津地区的浅层“硬壳层”。除河道、沟坑切割区和西北部地区外，该层土在天津市区范围内均有分布，自西北向东南逐渐变浅，厚度一般为2.0～4.0m，总体上分布比较均匀，厚度变化不大。其顶部常见一层厚度（0.1～0.3m）富含有机质、腐植物的黑灰色黏性土，俗称“老地面”，为上部陆相层（成因）顶部的特征标志层。

上部陆相层按力学性质可划分为3个土性层，分别为黏土、粉质黏土、粉土。土层分布特征如下：

①黏土：呈黄褐、灰黄色，在市区内零星分布于该上部陆相层顶部，层底埋深一般在2.0～6.0m之间，一般厚度0.5～2.4m，无层理，含铁质。

②粉质黏土：呈黄褐、灰黄色，在市区范围均有分布，为该上部陆相层主要土层，层底埋深一般在4.0～6.8m之间，一般厚度1.0～3.0m，无层理，含铁质。

③粉土：呈黄灰色、褐黄色，主要分布于该上部陆相层中下部，在市区范围内局部分布，大致呈东北-西南两条带状分布且范围较小，层底埋深一般在4.0～7.4m之间，一般厚度0.6～1.8m，无层理，含铁质。

3. 第一陆相层黏性土的物理力学性质

工程实践表明，该成因层中主要土层为粉质黏土，黏土仅局部分布于该成因层的顶部，将其视为黏性土考虑。样本数为130个，统计天津市区第一陆相层黏性土层的主要物理力学指标如表1所示。可以看出：

表1 第一陆相层的黏性土物理力学指标统计

物理力学

指标重度r

(kN/m3) 天然含水量ω(%)天然孔隙比e 液限

ωL(%)塑限

ωp(%)液性指数IL 塑性指数IP 压缩系数压缩模量

α1-2(1/MPa) E s1-2(MPa)

样本数（个）125 130 130 129 130 91 130 123 118

最大值 20.50 37.30 1.16 49.80 26.90 0.67 23.30 0.56

9.07

最小值 17.40 20.80 0.60 25.60 16.70 0.24 11.20 0.13

3.24

平均值 19.43 27.89 0.80 36.24 20.17 0.42 16.33 0.34

5.46

标准差 0.52 3.22 0.10 5.35 2.37 0.13 3.00 0.09

1.28

变异系数0.03 0.12 0.12 0.15 0.12 0.30 0.18 0.28

0.24

（1）天然含水量平均值为27.89%；液性指数平均值为0.42；塑性指数平均值为16.33。可知，该成因层黏性土的天然含水量不高，大多数呈可塑状态，个别呈软可塑状态，黏性稍大。

（2）天然孔隙比平均值为0.80；重度平均值为19.43 kN/m3。可知，该成因层黏性土的天然密度较大，孔隙比较小，对沉降影响不大。

（3）压缩系数\平均值为0.34 MPa-1；压缩模量平均值为5.46 MPa。可知，该成因层黏性土属中压缩性土，工程性质较好。实际工程经验也表明，该成因层粉质黏土地基承载力特征值在115～130kPa之间，黏性土地基承载力特征值在115～125kPa之间，总体上西北部土质较硬，东南部较软[3]。该成因层黏性土可作为天津市区良好的天然地基浅基础持力层。

4. 第一陆相层黏性土各指标相关关系

第一陆相层黏性土的物理力学指标间具有良好的相关性，可供实际工程应用参考。

（1）对130个黏性土样的天然含水量与天然孔隙比进行统计分析，如图1所示。二者呈现良好的线性关系，相关系数达0.96以上，经验公式为：e = 0.0285 w - 0.0003。

图1 天然含水量与天然孔隙比关系曲线

（2）对115个黏性土样的天然含水量与压缩系数进行统计分析，如图2所示。天然含水量和压缩系数具有一定联系，不同含水量下压缩系数具有一

图2 天然含水量与压缩系数关系曲线

定集中区域，区域上边界经验公式为：a1-2 = 0.75 w + 0.25，区域下边界经验公式为：a1-2 = 0.75 w。

（3）对111个黏性土样的液限与塑性指数进行统计分析，如图3所示。二者呈现良好的线性关系，相关系数达0.99以上，经验公式为：IP = 0.5974 wL –5.2917。

图3塑性指数与液限关系曲线

（4）对108个黏性土样的天然孔隙比与压缩系数进行统计分析，如图4所示。压缩系数随着孔隙比增大而增大，二者具有一定正相关，但相关系数不高（为0.56），经验公式表达性不强。

图4 天然孔隙比与压缩系数关系曲线

5. 第一陆相层粉土的物理力学性质

该成因层粉土层局部分布于该第一陆相层的中下部，粉土的液化判别则与地下水位和标准贯入试验击数密切相关。根据标准贯入锤击数就可以确定粉土得密实程度，判定粉土的液化可能性，估算和确定地基承载力。因此，现场应严格控制标准贯入试验的质量，获取准确的标准贯入锤击数，正确评价该成因层粉土的工程性质。

工程实践表明，该成因层粉土层多呈稍密～中密状态，低压缩性土，一般属非液化土层[3]，工程性质较好，是天津市区良好的天然地基浅基础持力层，地基承载力特征值在120～145kPa之间。

6. 结论

（1）第一陆相层按力学性质划分为黏土、粉质黏土和粉土。黏土局部分布于该成因层的顶部，粉质黏土为该成因层的主要土层，粉土局部分布于该成因层的中下部。

（2）第一陆相层黏性土层多呈可塑状态，属中压缩性土，地基承载力特征值在115～130kPa之间，可作为天津市区良好的天然地基浅基础持力层。

（3）第一陆相层粉土层多呈稍密～中密状态，属低压缩性土，一般属非液化土层，地基承载力特征值在120～145kPa之间，是天津市区良好的天然地基浅基础持力层。

（4）第一陆相层黏性土层天然含水量与天然孔隙比、液限与塑性指数呈良好的线性关系；不同含水量下压缩系数有一定集中区域；压缩系数与孔隙比呈正相关趋势。

参考文献：