第一章 前言

1.1 研究意义和目的
围海造陆是当今沿海城市解决城市土地资源紧缺的重大举措，随着沿海城市建设及对外开放的需要，围海造陆已成为沿海工程建设和海岸开发工程中的重要组成部分，也是合理清淤疏浚、清洁海滨水域环境的新途径。我国海域辽阔，滩涂资源丰富，有丰富的入海泥沙和悠久的滩涂促淤围垦历史[1]。天津市滨海新区地处渤海之滨，有 153km 海岸线和 3000km2海域，是典型的海陆交互相——滨海沉积软土地区，形成了以塘沽海河口为中心的现代沉降区，蜿蜒的海岸、巨厚的淤泥质河口沉积，造就了天津滨海特殊的岩土工程环境，为滨海新区吹填造陆提供了优良的自然环境。天津滨海新区位于天津市区东部，为环渤海经济圈中心地带，是国家区域经济发展战略的重要组成部分。现今天津滨海新区正进行着我国最大规模的围海造陆工程，也是世界瞩目的围海造陆工程。天津东疆保税港区将围海造陆 30 平方公里，天津临港工业区规划围海造陆约为 80 平方公里。此外，天津临港产业区至 2010 年也将吹填造陆 51 平方公里，南港工业区吹填造陆 200 平方公里，中心渔港围海造陆 18 平方公里，滨海旅游度假区围海造陆 75 平方公里，滨海新区总计吹填造陆大约近 500 平方公里[2]。（图 11）随着滨海新区围海造陆工程的的建设发展，地面沉降等地质环境变化将成为制约滨海新区进一步发展的主要因素。由于地面沉降具有生成缓慢、持续时间长、影响范围广、成因机制复杂和防治难度大等特点，故地面沉降是一种对资源利用、环境保护、经济发展、城市建设和人民生活构成威胁的环境地质问题。目前，关于“大面积填土作用下地面沉降的预测和研究”这一领域的研究进行的很少，有必要在滨海新区建设初期阶段深入的研究，为滨海新区的城市防灾功能设计和抗灾建设工作奠定良好的基础。目前天津滨海新区围海造陆地面沉降存在的主要问题有以下三点：

1. 天津滨海新区围海造陆区地基土工程地质特性决定该地区稳定性较差
天津滨海新区位于渤海海岸线的边缘部位，该地区浅部广泛分布有第四纪全新世中期以来海侵形成的软土，软土主要为淤泥质粘性土或淤泥，软土厚度自西向东渐厚，一般大于5m，最大厚度大于20m（天津港地区），淤泥质土孔隙比1.1—1.7，含水量大于40%，压缩模量小于2.8MPa，标贯击数小于2击，静力触探锥尖阻力小于0.5MPa，承载力标准值为60—70kPa。该段土层属欠固结土，土性呈流塑软塑状态，土层具强度低，压缩性高，稳定性差，渗透性差，灵敏度高的特点。该段土因具有上述工程地质特性，土层尚处于自重固结状态，但由于土体渗透性较差，土层形成时间久远（形成历史超过千年），软土在天然状态下以次固结为主，根据分层标监测资料显示，软土固结沉降量一般为25mm/a。

2. 围海造陆进一步加剧地面沉降发生
越来越多的地面沉降监测数据表明，围海造陆区大面积的地面沉降在围海造陆工程结束后仍在以一定的速率发生。根据天津市地面沉降年报，海防路西侧位于盐田和虾池区域地面沉降观测点年地面沉降量一般在 5～10mm 左右；海防路东测（陆续进行大面积围海造陆）地面沉降观测点年地面沉降量一般在 20～35mm 左右，经初步分析，海防路东侧地面沉降的来源于大面积泥沙冲填自身的固结沉降以及冲填的泥沙对下卧土层产生的附加应力使其产生固结变形所致。天津经济技术开发区建区进行大面积工程填土，据监测资料，建设初期，建设区与周边非建设区年沉降差大于 50mm，起步区 85～98 年最大累计沉降量达 505mm。

3. 滨海新区地面沉降危害严重
众所周知，持续性的地面沉降是不可恢复的，如不采取一定的处理措施将会对沿海地区的防汛、航运及重大工程设施的建设、运营等均会产生一定影响。地面沉降会加剧风暴潮灾害对滨海新区沿海的影响。由于地面沉降会造成原水准高程失效，给潮位分析预报、防汛规划建设与管理等工作都带来了困难；地面沉降的渐进发展使内河水位相对抬高，平均高潮位情况下内河水位很可能会与地面持平或高出地面；在风暴潮时，常造成内河漫溢、倒灌，使排水泵站被迫关闭，加重积水。例如 1992 年 9 月1 日，塘沽新港海域潮位达 5.93m，天津港前方库房、码头、客运站等全部被海水淹没，新港造船厂、北塘修船厂、救助站、部分村庄、万亩虾场、农田也受淹，直接经济损失达 4 亿元。虽然风暴潮是气象方面的因素而引起的，但塘沽沿海地区若不是由于地面沉降而损失约 2 米的地面标高，再加上防潮堤的抵挡，是不会造成如此巨大的经济损失。此外由于地面沉降造成城市排水系统失效、建筑物相对下沉，形成内涝，影响正常生产生活使用。由于滨海新区正在进行着大面积的围海造陆工程，吹填土又以含水量高、孔隙比大、渗透性小、压缩性大的淤泥及淤泥质土为主，现有的吹填土处理方法不能完全解决吹填土地基处理后的工后沉降问题，而大面积地面沉降所引发的一系列岩土工程问题在滨海新区的建设过程中又显示着越来越重的地位，地面标高到底如何确定、确定为多少等问题，是保证滨海新区安全、可持续发展的前提。

第二章 工程概况

2.1 概述
天津港及多条铁路、公路构成的四通八达的交通网络，已显现巨大经济发展实力的经济技术开发区。因此天津市委市政府于 1994 年确定了用十年左右时间建立滨海新区的战略决策，滨海新区承担起二十一世纪天津市经济腾飞的历史重任。本次试验选取的土样来自于中心渔港和轻纺经济区两个地区，轻纺经济区的主要处理方式这堆载预压处理，中心渔港地区又分为真空预压处理和未经任何处理属于自重固结的两种情况，所以本报告主要分为三个地点进行介绍。针对这三个地点的土样，主要进行的试验有：含水率、液塑限、阳离子交换、易溶盐（总量、钾、钠、氯、钙、镁等八大类）、颗粒分析等常规物理化学试验；压汞试验、扫描电镜以及矿物成分等微观结构分析的试验。主要是从这些方面进行对比分析，欲得到以结果：（1）中心渔港地区进行排水处理和未排水处理的土样的孔隙变化特征以及微观结构特征，（2）并结合相应的物理化学试验，进行工程地质性质研究，（3）结合钻孔资料，进行工程地质分区。

第三章 天津滨海软土物理化学性质......... 17 
3.1 基本物理性质........  17 
3.1.1 试验原理.....  17 
3.1.2 试验目的.....  18 
3.1.3 试验结果分析.........  18 
3.2 研究区地基土易溶盐和 pH 值变化规律 .......  23 
3.2.1 试验原理.....  23 
3.2.2 试验目的.....  23 
3.2.3 试验结果分析.........  23 
3.3 研究区地基土的阳离子交换特性 ......  25 
3.3.1 试验原理.....  25 
3.3.2 试验目的.....  25 
3.3.3 试验结果分析.........  25 
3.4 本章小结....  27 
第四章 天津滨海软土物质组成..... 28 
4.1 粒度成分....  28 
4.1.1 试验原理.....  28 
4.1.2 试验目的.....  28 
4.1.3 试验结果分析.........  28 
4.2 矿物成分....  30 
4.2.1 试验原理.....  30 
4.2.2 试验目的.....  31 
4.2.3 试验结果分析.........  32 
4.3 本章小结....  33 
第五章 天津滨海软土的微观结构特征..... 34 
5.1 微观结构的研究方法 ........  34 
5.2 样品制备方法........  35 
5.3 研究区比表面积特性 ........  35
5.4 研究区地基土的孔隙特性 ......  38
5.5 微观结构（SEM）特征研究........ 44
5.6 本章小结....... 57

结论

天津滨海新区的软土体是不同与其它建筑材料的一种特殊软弱的地质体，它具有十分复杂的物质组成及结构特征，这些特征是决定土的工程地质性质的关键，因此，在大量现场调查和室内试验的基础上，本次研究从物质组成及微观结构特征的角度定量研究软土在经过真空预压处理、和正常软土沉降固结过程中的工程地质性质、物质组成和结构特征，研制出一些新微观结构定量评价方法，结合物理化学特性，研究了研究区软土的工程地质特征，并对研究区软土进行了工程地质分区，通过上述的研究取得了以下几点认识：
1.通过粒度分析发现研究区样品团聚性较强，虽然样品的粘粒含量较高，但是，土体表现出较大的“假粉性”，经分析发现形成这种“假粉粒”的主要原因是由于研究区样品中含有较多的盐，由于大量的盐分的作用，促使粘粒发生了团聚作用。土颗粒粒径主要集中在 0.075-0.005mm 的范围内，粉、粘粒含量较高，且含有较高的具有一定抗水性的“假粉粒”，由于这些“假粉粒”的存在，土样可以在吹填的同时进行适当地加固，建议采用孔径大于 0.005mm 的滤膜进行真空加固处理。
2.研究区土体矿物成分的特征主在表现在上部土体中次生矿物含量很高，占50%左右，下部土体中以原生矿物为主，占 70%左右；粘土矿物主要以伊利石和伊-蒙混层矿物为主，含有少量的高岭石和绿泥石，从矿物成分的测试结果可以看出，中心渔港地区的两种地基处理类型的土体对应在同一层位上的结晶矿物成分和含量是极其相近的，这说明排水与否对于地基处理后的土体中结晶矿物成分的影响是不明显的，影响较大的矿物只是盐类的含量。
3.阳离子交换测试结果表明，研究区土样交换量很低，其亲水性较弱，离样品的团聚性较强，粘粒含量在不加分散剂的条件下是较低的，属于中等亲水性土体。

参考文献
[1] 杜东菊，杨爱武，刘举等.天津滨海吹填土[M].北京：科学出版社，2010:1-3.
[2] 杜东菊，杨爱武，刘举等.天津滨海软土[M].北京：科学出版社，2012:2-6.
[3] 天津滨海地区软土工程地质特征研究报告[R].天津：天津市地质调查研究院，1990:9-10.
[4] 天津经济开发区及海河下游水文地质、工程地质、环境地质综合勘察报告[R].天津：天津市地质调查研究院，1995:5-7.
[5] 天津市滨海新区综合地质评价报告[R].天津：天津市地质勘察工程院，2001:2-4
[6] 天津无缝钢管场地震基本烈度评价报告[R].天津：天津地震局，国家地震局地震地质大队，1985:19-21.
[7] 天津市滨海新区地面沉降研究[R].天津：天津环境地质研究所，1998:7.
[8] 王清，肖树芳.海积软土的工程地质研究现状[J] .世界地质，2000，3:253-25
[9] 房后国，刘娉慧，肖树芳等.海积软土排水固结机理分析[J] .吉林大学学报(地球科学版)，2005，35(02) :207-212+217.
[10] 刘莹，肖树芳，王 清.吹填土室内模拟试验研究[J].岩土力学，2004，4:518-521+528.

TAG标签： 围海造陆     微观结构     工程地质分区