摘要:本文介绍了保定市古沟槽沉积的地貌和岩性特征,对保定市几种不同成因类型的古沟槽沉积特性进行了归纳、总结,分析了古沟槽地层的岩土力学性质,最后结合工程实际阐述了古沟槽对工程的不利影响。
关键词:古沟槽,沉积特征,岩性,物理力学性质
古沟槽沉积地层是正常沉积地层中一种比较特殊的情况,为第四纪全新世(Q4)中晚期以来形成的新近代沉积土层,是由冲积、洪积、坡积或风积形成。因其沉积时间短(时间约为几百年---几千年)、地层不稳定、工程性能差等多种因素,往往对工程产生不利的影响。
1古沟槽沉积地层的地貌特征
保定市位于华北地层区,华北平原分区之冀中小区东部区、西部
区的交界地带,整个市区坐落在太行山山前平原洪积扇的边缘,山区河流自山谷流入平原后,在北方干旱、半干旱的气候条件下,流速逐渐减低,形成分散的漫流,直至在局部地区断流,流水所挟带的碎屑物质逐渐开始堆积,形成自顶端向边缘缓慢倾斜的洪积扇形地貌,洪积扇边缘堆积物的颗粒明显较洪积扇的顶部与中部更细,多为细砂、
粉砂、粉土、粉质粘土、粘土等。
受古地理环境控制,保定市内发育着许多的树枝状的小河道及大
小不一的古沟槽,古沟槽的方向一般为由西向东,局部地区由北向南,其范围大致西到满城县,东至京珠高速公路。
—1—
2古沟槽沉积地层的野外鉴别特征
(1)沉积环境:冲、洪积扇(锥)的表面,古河道,已填塞的池、
塘、湖、沟、渠等。
(2)颜色:较深且暗,呈褐色、暗黄色、灰色或灰黑色,含有机
质较多。
(3)结构性:结构性差、原状扰动后易变软,时有振动淅水现象。
(4)包含物:主要包含人类活动的遗物,包括朽木、青砖碎块、瓦块、陶瓷片、铜币等。
(5)沉积层理:沉积地层往往具有较明显的水平或交错沉积层理,(见图1)。当沉积物为砂时,具有较明显的沉积旋回,由粉砂—细砂—中砂—粗砂依次沉积,形成一个或几个沉积旋回,且常常含有朽木或者贝壳等物。
a、水平层理
—2—
b、水平及交错层理
图1古沟槽内水平及交错层理
3古沟槽沉积地层的特征
3.1全新世地层正常层序
保定市地表以下正常的沉积地层大致如下:
① 耕植土:黄褐或褐黄色,层厚为0.50~0.60m。
② 粉质粘土:黑或灰黑色,可塑~硬塑状态,层底深度为
0.70~0.90m,层厚为0.20~0.40m,土层较薄,该层连续则为保定市古土壤层(即正常沉积地层)明显标志,该层粉质粘土俗称“垆土”。
③粉土:黄褐或褐黄色,含水量较小,密实状态,层底深度为2.50~3.00m,层厚为1.50~2.30m。
④粉质粘土:黄褐或褐黄色,可塑状态,层底深度为3.30~4.00—3—
m,层厚为0.80~1.20m。
⑤粉土:黄褐或褐黄色,密实状态,该层上部含水量较小,底部含水量较大、土质软弱,层底深度为5.00~5.60m,层厚为1.20~1.80m。
⑥粉质粘土:黄褐或褐黄色,软塑或流塑状态,层底深度为5.50~6.00m,层厚约0.50~1.00m。该层为保定市地层中明显软弱地层,古沟槽沉积往往是在冲蚀或切割该层后再沉积而成。
⑦粉质粘土:灰或灰白色,可~硬塑或坚硬状态,土层中常含有白色钙质,层底深度为6.00~7.00m,层厚为0.50~1.00m。
⑧粉土:黄褐或褐黄色,该层含水量较小、密实状态,粘质较重,底部含有较多砂粒,层底深度为7.50~9.00m,层厚为1.50~2.50m。
⑨中砂:稍湿,中密~密实状态,层底深度为11.50~13.50m,
层厚为3.00~4.50m。
之下为Q3地层,以硬塑或坚硬状态的粉质粘土为主,深度可超过100.0m,均为良好的桩端持力层。
保定市正常沉积地层剖面图如图2所示:
图2保定市Q4地层正常层序剖面图
3.2古沟槽沉积地层特征
古沟槽沉积地层的特征是地层厚度变化较大,常随下伏老地层的顶面坡度而起伏变化,且其成因复杂,不同的沉积年代交错混杂,造
成其土性在水平、垂直方向很不均匀。
在保定市的古沟槽沉积地层中,可遇到以下三种情况:
(1)冲蚀古沟槽沉积地层:流水冲蚀或切割正常沉积地层后,以沟槽形式存在,流水所挟带的碎屑物质逐渐沉积,形成冲蚀古沟槽地层。这种情况大部分为正常沉积地层,局部为古沟槽沉积地层,其边界与正常沉积地层有明显的界限。古沟槽内沉积地层以新近代沉积粉土为主,层厚较大,一般为4.00~6.00m,内含有青砖块、瓦块和朽木等,而古沟槽底部的沉积物往往为流水所挟带的砂粒,当其厚度较大时,由上至下依次为:粉砂—细砂—中砂—粗砂,有较明显的沉积旋回,厚度一般为0.20~1.20m。
—5—
冲蚀古沟槽沉积地层为保定市古沟槽沉积地层中最常见的一种,其剖面图如图3所示:
注:正常沉积地层编号为①、②、③、④……
古沟槽沉积地层编号为①'或①''、②'或②''……
图3冲蚀古沟槽沉积地层
(2)埋藏古沟槽沉积地层:流水冲蚀或切割正常沉积地层后,形成古沟槽沉积地层,其后,正常沉积地层与古沟槽沉积地层因各种原因又被新的沉积物所掩埋或整场地覆盖,形成埋藏古沟槽沉积地层。
这种情况下古沟槽内以新近代沉积的粉土为主,含有青砖块、瓦块和朽木等,其厚度一般为2.00~4.00m;而后期沉积形成的上覆地层(其上耕植土除外)亦以新近代沉积粉土为主,具有明显的砂感,厚度一般为2.50~4.00m。上覆新近代沉积粉土又往往造成上部正常沉积地层的缺失,但其物理力学性质与正常沉积地层差别并不大;古沟槽内新近代沉积的粉土与上覆新近代沉积粉土及正常沉积地层中的粉土
岩性有一定差异。
—6—
埋藏古沟槽沉积地层为保定市古沟槽沉积地层中较为少见的一种,其剖面图如图4所示:
图4埋藏古沟槽沉积地层
(3)上叠古沟槽沉积地层:上叠古沟槽沉积地层形成的过程是流水冲蚀或切割正常沉积地层,形成下古沟槽沉积地层,然后流水再次冲蚀或切割前期形成的下古沟槽沉积地层,但冲蚀深度未能超过下古沟槽沉积的底板,继而堆积形成上古沟槽沉积地层,造成了上古沟槽沉积地层包含在下古沟槽沉积地层内。
上、下古沟槽沉积地层因沉积时间的不同,沉积物有着明显的差异,下古沟槽沉积地层内的沉积物以新近代沉积粉土为主、具有砂感、含青砖块、瓦块和朽木等,其厚度一般为2.00~6.00m;而上古沟槽沉积地层以新近代沉积的粉细砂为主,其厚度一般为2.00~4.00m,粉细砂为松散状态,含水量较小,砂质不纯净,含土质,偶见青砖块、
瓦块和朽木等。
—7—
上叠古沟槽沉积地层在保定市古沟槽沉积地层中最为少见,其剖
面图如图5所示:
图5上叠古沟槽沉积地层
4古沟槽沉积地层土的物理力学性质
在保定市,古沟槽沉积地层与正常沉积地层分界明显,古沟槽内沉积物主要以新近代沉积粉土层、粉细砂层、粉土与粉质粘土混合夹砂层为主,其主要物理力学性质指标与正常沉积地层对比如表1:
表1古沟槽沉积地层与正常沉积地层的物理力学性质指标对比表
由表1可知,古沟槽沉积地层与正常沉积地层中土的物理力学性质指标差异并不大,究其原因是保定地区近几十年来,由于工业、农业迅猛发展,用水量巨增,导致地下水持续下降,引起包气带土层含水量降低,虽然时间不长,但依然引起古沟槽沉积地层中堆积土的强度相对增加;尽管如此,古沟槽沉积地层中堆积土的欠固结性,相对正常沉积地层强度较低,压缩性较高,结构不稳定,经扰动后强度显
著降低等特性在工程中不容忽视。
5古沟槽沉积地层对工程的影响
古沟槽沉积地层,由于其物理力学性质、土层的厚度、范围及层底起伏变化等情况,往往对工程造成不利影响,对多层建筑物尤为明
显,具体表现在以下几方面:
(1)多层建筑基础整体落于古沟槽沉积地层上,由于地基土不均匀,若未加处理,可造成不均匀沉降,使建筑物开裂,严重时可导致建筑物发生整体倾斜。
例如,某砖混结构五层住宅楼,建筑高度15.0m,修建于上世纪—9—
九十年代初期,该住宅楼整个基础坐落于埋藏古沟槽沉积地层上,建设方为节约资金,未对地基进行处理。竣工后不到一年,因为地基沉降不均匀,造成该楼局部产生5.00~10.0mm的小裂缝,且整个楼体向南发生倾斜,倾斜量为148~180mm,最大倾斜率为1.2%,超过《建筑地基基础设计规范》中规定0.004的要求,最后建设方不得不聘用专业施工队伍采取纠倾措施进行处理。
(2)当古沟槽沉积地层构成建筑物基坑的边坡时,由于边坡土层相对较松散、强度较低,若未经处理,边坡易塌落,对整个工程的施工造成不利影响。
例如某小区内地下车库工程,由于场地狭小,四壁垂直开挖。基础埋深为自然地坪下4.00m,整个基础坐落在冲蚀古沟槽沉积地层上,土质松散。建设方对地基土采用了夯实水泥土桩复合地基处理,却忽略了基坑侧壁古沟槽内的沉积土层,一场大雨过后,基坑西侧槽壁上新近代沉积土层发生坍塌,坍塌长度7.00-8.50m,临近基坑西侧的水泥路也产生裂缝;建设方只得暂时封闭该道路,并对基坑侧壁所有古沟槽内沉积土层进行支护处理。
总之,由于古沟槽中新近堆积土的力学性质差,不均一,无论是对基础还是对基坑边坡,均应采取稳妥的处理措施,才能保证工程质量。
6结语
(1)保定市内古沟槽发育,属于不良地基土层,大致可分为三种
类型。因其特征各异,勘察时应引起足够的重视,查清古沟槽沉积地层的分布,并做好验槽工作,避免造成工程隐患。
(2)应根据古沟槽沉积地层的特征,并结合建筑物的等级、特
点等综合考虑,提出最优处理方案,更好地为工程建设服务。
—11—
参考文献:
[1]《工程地质手册》(第四版),《工程地质手册》编写委员会,中国建筑工业出版社,2007.2
[2]《岩土工程勘察设计手册》,林宗元主编,辽宁科学技术出版社,1996.3