摘要：在分析珠江口伶仃洋海域附近水域灘槽演變及泥沙特性的基礎上，對項目所在區(qū)域的巖土地層及其特點進行了總結分析，主要的軟土層為淺部淤泥、淤泥質土夾粉砂層和深部淤泥質土層，沿層理面夾有薄層粉細砂或中粗砂，垂直向上厚度變化極不均勻。并對這三類軟土的物理力學特征指標進行深入研究，揭示其工程特性，為項目后續(xù)軟基處理提供基礎資料。

　　關鍵詞：地層,巖土參數,軟土,固結

　　近些年隨著經濟的發(fā)展，有些城市發(fā)展受用地局限以及凈空環(huán)境的要求，開始尋求一勞永逸地解決這一問題的辦法，即將機場建在海上。臨海的機場改擴建工程是在海陸交互相沉積土這一特殊地質條件下建設，深圳機場三跑道擴建工程即屬此例。

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

　　1工程概況

　　深圳機場三跑道擴建工程位于深圳市西部、伶仃洋東岸，深圳寶安國際機場西側，陸路與107國道、廣深高速公司和機荷高速公路接近，具有極其便利的交通優(yōu)勢。機場基準點坐標為：東經113°48"30″，北緯22°38′24″�，F有場地地貌包括蓄水池、灘涂、現有海堤圍堰及標高-1.0m~-4.0m之間的海域。地勢東北高、西南低，向珠江方向緩傾。場區(qū)地貌單元為海陸交互相沖積地帶，場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，地勢較為平坦，場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，陸域形成面積約278.9萬m2，功能區(qū)總面積約288.74萬m2，結合機場規(guī)劃及實際情況，本工程設計分為跑道區(qū)、滑行道、土面區(qū)、水面區(qū)、場區(qū)圍堰、外海堤、穿越道及繞行滑行道共7個功能分區(qū)的永久建筑物。

　　2海域附近水域灘槽演變及泥沙特性

　　深圳寶安國際機場位于珠江口東岸濱海平原，面向伶仃洋。伶仃洋是一個呈NNW~SSE向的喇叭形河口灣，匯集了珠江入海八個口門中的虎門、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，水深自外海向灣內逐漸減小。灣內地形變化復雜，淺灘和深槽相間，機場三跑道擴建工程位于機場二跑道以西，沿江高速以東，福永河以南。項目通過填海的方式形成機場陸域。

　　2.1深圳機場海域附近水域灘槽演變

　　自1980年代以來，伶仃洋兩岸實施了一系列開發(fā)建設工程，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，其岸線利用開發(fā)以向海推進為主，東岸整體岸段變得更為順直。1978~2015年間共圍墾17.08km2，岸線呈整體向外擴展之勢，岸線向外推進最遠處約1820m。

　　從開發(fā)時間看，工程區(qū)附近岸線開發(fā)主要發(fā)生在1988~2009年期間，其中1999~2009年期間圍墾強度最大。深圳機場海域附近水域灘槽平面格局和沖淤變化主要呈現如下特征：

　�、殴こ趟�在東灘平面上變化不大，受機場前期圍填建設影響，前沿漲潮溝有所萎縮。從-3m等高線變化來看，工程所在東灘灘面變化不大，僅交椅灣至工程區(qū)北側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，需考慮漲潮流對工程建設的影響。同時潮流動力將進一步減弱，漲潮溝將繼續(xù)萎縮。

　　⑵工程區(qū)1977~2000年期間以輕微沖刷為主，2000年以來由沖轉淤，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年之后由沖轉淤，淤積速率在0.062m/a。從空間分布來看，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。

　�、枪こ虆^(qū)附近灘槽斷面整體呈沖刷變深趨勢，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泥沙來源及泥沙特性

　　2.2.1泥沙來源

　　進入伶仃洋的泥沙主要來源于陸域，海域來沙很少。每年進入珠江三角洲的泥沙約有80%輸出口門外，約20%留在網河區(qū)內。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80年代以來，隨著國內經濟建設的迅猛發(fā)展，工程用沙大量增加，在珠江河道內取沙大量出現，使得向河口(伶仃洋)輸送的泥沙數量大為減小，近年來，河道內取沙已受到政策的限制。但由于上游植被保護的增強，以及水利工程的修建，也使得輸入河口的泥沙量呈現減小趨勢。

　　2.2.2泥沙特性

　　2016年冬季和夏季在珠江口進行過水文泥沙觀測，從懸沙觀測的時間變化過程來看，各站表、中、底三層含沙量多數時間內較為接近，而在中層與底層的某些峰值普遍高于表層。從整體變化過程看來，各站含沙量夏季高于冬季，冬季一般不超過0.05kg/m3，夏季一般不超過0.1kg/m3。從含沙量特征值統計表來看，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，基本表現為底層最大，表層最小。

　　根據2016年工程周邊海區(qū)多次底質采樣的粒度分析結果，該海域底質類型以粘土質粉砂為主，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，形成具有一定流動性、高含沙量的浮泥或淤泥。項目所在地的淤泥層是典型的淤泥質河口沉積的產物，含砂量高。

　　3項目地層研究

　　軟土在我國分布廣泛，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江三角洲和珠江三角洲。各地區(qū)軟土在形成過程中都受多種成因作用，造成各軟土的土性特征(微觀結構、粒度成分以及礦物成分)差異巨大，其宏觀土層分布表現也各有不同。

　　長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層位分布穩(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)域地層淤泥質粉質粘土層缺失或變薄。相關研究表明，長江口北岸第四紀沉積物中黏性土或薄層黏土與粉、細砂互層、多韻律，呈現類似于“千層餅”特征。在宏觀上沿深度方向存在典型的不連續(xù)性、互層現象嚴重[2]。

　　地處珠江三角洲的廣州地區(qū)軟土雖同為第四紀海相沉積層，但是軟土沉積環(huán)境差異巨大。由于經歷復雜的海侵、海退與江水的共同作用，即沉積、沖刷、再沉積的反復作用，構成了復雜的地層，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砂，垂直向上厚度變化不均，存有夾層或透鏡體的特點，土層厚度可達50m以上[3]。

　　地層劃分與巖土參數統計分析是巖土工程勘察工作的重要內容，劃分的精度和合理性對場地土層的巖土工程條件分析和評價影響極大。地層劃分精度與巖土參數統計的變異性密切相關[4]，為了減少樣本誤差，初勘和詳勘階段進行了大量勘察工作，完成鉆孔535個，鉆探總進尺9703m，原狀土樣2548件，擾動土樣223件，巖石樣22件。要取得可靠的土質參數，只有通過原位測試[5]，兩階段勘察進行現場標準貫入試驗5899次，44個標貫孔附加了十字板試驗，進行了195次十字板原狀峰值剪切試驗，187次十字板重塑峰值剪切試驗。

　　結合地質成因、沉積規(guī)律及巖土參數、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，對各主要地層進行重點巖土參數的統計分析工作，以標準差及變異系數為控制指標，優(yōu)化了地層層序劃分，提出了各主要地層的分布標高、統計參數范圍。本項目地層分布從上至下依次為：第四系全新統人工堆積層、第四系全新統海積層，全新統沖洪積粘土~粉質粘土、中粗砂，上更新統湖沼沉積淤泥質粘土、淤泥質中砂，沖洪積粘土~粉質粘土、中粗砂，中更新統殘積砂質粘性土及全～中風化薊縣系的混合花崗巖。

　　沉積土在宏觀上表現為砂土與黏土層交互沉積，主要的軟土層為淺部淤泥、淤泥質土夾粉砂層和深部淤泥質土層，沿層理面夾有薄層粉細砂或中粗砂，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雜非均質的特點。軟土主要有：海相沉積層②1淤泥淤泥、②2淤泥~淤泥質土和湖沼沉積層④1-1淤泥質土。

　　4軟土的物理力學特性分析

　　4.1軟土物理屬性

　　按照相關規(guī)范的規(guī)定，并根據各層地基土的物理力學性質指標、原位試驗結果及鄰近場地勘察經驗，用數理統計法，對所有樣點進行篩選、剔除異常值后進行統計和分析。

　�、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%，統計均值為58.6%，孔隙比e一般在1.0～2.68，統計均值為1.6[7]，本項目②1淤泥含水率W=92.3%，孔隙比e=2.52，②2淤泥~淤泥質土含水率W=69%，孔隙比e=1.87，該土層的含水率和孔隙比遠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。多數液性指數IL>1，軟土處于流動狀態(tài)。含水量愈大，將導致土的抗剪強度愈小，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%，統計均值約Sr=97%。⑶垂直滲透性低。②1淤泥的滲透系數為6.1~6.4×10-8cm/s，②2淤泥質土為1.0×10-6cm/s，使得土體在荷載作用下固結速率很慢，強度不能提高。

　　⑷土的有機質含量為0~3.4%，研究資料[8]表明深圳其他地方，淤泥有機質含量為2%~7%，淤泥質土有機質含量為7%~10%，含泥炭質黏性土機質含量為10%~60%，含量遠高于本項目。牟春梅等人[9]研究表明,當有機質含量大于1.74%滲透系數和固結系數總體隨著含量逐漸減小，在不同階段遞減速率不一樣，當含量大于3.5%時遞減速率明顯加快。本項目有機質含量較低，對滲透系數和固結系數影響較小。相關資料表明該含量對水泥的加固效果影響較小[10]。

　　4.2軟土的力學屬性

　　軟土工程特性一直是國內外巖土工程領域的重要研究內容之一，其研究重點集中于變形特性，包括固結變形和次固結變形。所研究的軟土具有下述特性：

　�、跑浲恋撵`敏度高，表現出一定的結構性。軟土的靈敏性與軟土的結構特性密切相關，結構性軟土一旦被擾動后，其強度明顯下降，而且難以恢復[11]。十字板試驗測得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，結構性越強，受擾動后土的強度降低愈多。

　　⑵軟土的壓縮性高。珠江三角洲軟土層大多呈正常固結狀態(tài)，也有部分淺層軟土屬欠固結土層。②1淤泥的壓縮系數a1-2=2.4MPa，②2淤泥~淤泥質土的壓縮系數a1-2=1.9MPa，④1-1淤泥質土壓縮系數a1-2=0.82MPa，屬于高壓縮性土。

　　5結論

　　⑴伶仃洋東灘水域灘槽格局和沖淤平面上變化不大，受機場前期圍填建設影響，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。項目所在地的淤泥層是典型的淤泥質河口沉積的產物，含砂量高。

　�、祈椖克�在場地土層在宏觀上表現為砂土與黏土層交互沉積，主要的軟土層為淺部淤泥、淤泥質土夾粉砂層和深部淤泥質土層，沿層理面夾有薄層粉細砂或中粗砂，垂直向上厚度變化極不均勻。

　�、呛：７e軟土為較新的海相沉積層，處于欠固結狀態(tài)，與珠江三角洲其他區(qū)域軟土相比具有較低有機質含量的特點，對水泥土強度影響較小。

　�、冉Y合機場工后沉降的特點，對本項目的固結Cv、Ch系數為0.65~0.85×10-3cm2/s之間，比深圳其他地區(qū)軟土的固結系數大，土的固結速度相對較快;次固結系次固結系數Cα為0.015~0.033之間，通過超載可以減小次固結系數，從而減小軟基處理的工后沉降。

　　參考文獻

　　[1]陳曉平，黃國怡，梁志松.珠江三角洲軟土特性研究[J].巖石力學與工程學報，2003，22(1)：317-141.

　　[2]劉志彬，劉松玉，周伯明，等.長江口海陸交互相沉積土成因及其空間特征[J].地下空間與工程學報，2014，10(1)：102-108.

　　[3]周暉.珠江三角洲軟土分布特征及成因的地質與水文環(huán)境分析[J].廣東土木與建筑，2014，21(7)：35-38+35.

　　[4]周文海，李永東.基于巖土參數統計分析的地層劃分研究[J].土工基礎，2017，31(4)：481-485.

　　[5]沈珠江.原狀取土還是原位測試——土質參數測試技術發(fā)展方向芻議[J].巖土工程學報，1996，18(5)：90-91.

　　[6]林本海.廣東巖土地層特點與地層歸一性劃分方法[J].建筑監(jiān)督檢測與造價，2009，2(1)：1-11.

　　[7]陳曉平，黃國怡，梁志松.珠江三角洲軟土特性研究[J].巖石力學與工程學報，2003，22(1)：137-141.

　　巖土方向期刊推薦：巖土工程學報是由中國科學技術協會主管，由中國水利學會、中國土木工程學會、中國力學學會、中國建筑學會、中國水力發(fā)電工程學會、中國振動工程學會六個全國性學會聯合主辦的學術性科技期刊。