超软土的工程性质分析

２０１０年１０月第５期总第１７０期

中国港湾建设

Oct．，２０１０Ｔｏｔａｌ１７０，Ｎｏ．５

ChinaHarbourEngineering

超软土的工程性质分析

叶国良，郭述军，朱耀庭

（中交天津港湾工程研究院有限公司，港口岩土工程技术交通行业重点实验室，

天津市港口岩土工程重点实验室，天津

摘

３００２２２）

要：吹填淤泥质土和黏性土围海造陆过程中，水力分选、漂流导致出水口附近区域形成含水率高、塑性指数

高、压缩性大和强度低的淤泥和流泥等超软土，真空预压加固后的强度难以达到理想的加固效果。为了能有效地对超软土进行加固，在较广泛收集我国沿海地区超软土加固前后物理力学指标的基础上，结合多项室内试验结果，对超软土的工程特性进行了较为系统的分析研究。此外，还分析了超软土的固化试验、真空联合电渗试验等结果。结果表明加固后的超软土地基承载力可以达到堆场使用要求。关键词：超软土；流泥；淤泥；工程特性；固结系数中图分类号：ＴＵ４４７

文献标志码：Ａ

文章编号：１００３－３６８８（２０１０）０５－０００１－０９

AnalysisonEngineeringPropertyofUltraSoftSoil

YEGuo-liang，GUOShu-jun，ZHUYao-ting

（CCCCTianjinPortEngineeringInstituteCo.，Ltd.，KeyLaboratoryofPortGeotechnicalEngineeringoftheMinistry

ofCommunication，KeyLaboratoryofPortGeotechnicalEngineeringofTianjin，Tianjin300222，China）

Abstract：Ｄｕｒｉｎｇｄｒｅｄｇｉｎｇａｎｄｆｉｌｌｉｎｇ，ｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｆｔｃｌａｙｉｓｐｉｌｅｄｎｅａｒｔｈｅｗａｔｅｒｏｕｔｌｅｔｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｏｒｔｉｎｇａｎｄｄｒｉｆｔｉｎｇ．Ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｂｙｕｌｔｒａｓｏｆｔｆｏｒｍｉｓｈａｒｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｂｙｖａｃｕｕｍｐｒｅｌｏａｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｈａｖｉｎｇｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｉｇｈｒａｔｅｏｆｗａｔｅｒｒａｔｉｏ，ｈｉｇｈｐｌａｓｔｉｃｉｔｙｉｎｄｅｘ，ｈｉｇｈｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｌｏｗｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｆｏｒｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｅｆｆｅｃｔｉｖｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｕｌｔｒａｓｏｆｔｓｏｉｌｇｒｏｕｎｄ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｕｌｔｒａｓｏｆｔｓｏｉｌ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｆｔｓｏｉｌａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｂｙｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｄａｔａａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｌａｂｏｒａｔｏｒｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｆｏｒｍａｎｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｐｒｏｊｅｃｔｓｏｎｃｏａｓｔａｌｒｅｇｉｏｎ，ｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｆｔｓｏｉｌｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇａｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｔｈｅｃｅｍｅｎｔｍｉｘｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｖａｃｕｕｍｐｒｅｌｏａｄｉｎｇｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｓｍｏｓｉｓｍｅｔｈｏｄａｒｅａｄｖａｎｃｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｆｔｓｏｉｌｇｒｏｕｎｄ．Ｆｒｏｍｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｕｌｔｒａｓｏｆｔｓｏｉｌｇｒｏｕｎｄｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄａｎｄｔｈｅｇｒｏｕｎｄｉｓｕｓｅｄｔｏｂｅｓｔｏｃｋｄｕｍｐｅｔｃ．

Keywords：ｕｌｔｒａｓｏｆｔｓｏｉｌ；ｆｌｕｉｄｍｕｄ；ｍｕｄ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ0引言

随着沿海港口和工业建筑等工程建设的快速发展，用地需求急剧增加，需求与土地不足的矛盾日渐突出，为解决矛盾，涌现了大量的围海造陆工程。以天津地区为例，近期规划的由南到北围海造陆工程为南港工业区162km2、临港产业区120km2、临港工业区80km2、东疆港区30km2、海滨休闲旅游区75km2、中心渔港10km2。围海造陆吹填土取自海底淤泥质土。一次性吹填区域较大，出水口离吹填管口较远，吹填过程中颗粒较小的黏粒随水飘流富集在出水口附近，形成含水率大、压缩性高、抗剪强度低

收稿日期：２０１０－０６－０４

作者简介：叶国良（１９６４—），男，安徽安庆人，硕士，教授级高级工

程师，总工程师，岩土工程专业。

和渗透性差的淤泥、流泥等超软土[1-8]。

除天津地区外，以滨海相沉积为主的软土层分布在湛江、厦门、温州湾、舟山、宁波、连云港、大连湾等地区，泻湖相沉积的软土分布在温州、宁波等地区；溺谷相软土分布在福州、泉州一带；三角洲相软土分布长江下游的上海地区、珠江下游的广州地区。这些地区围海造陆工程中也有类似的超软土区域[9-16]。

工程建设工期短，吹填后的超软土来不及晾晒就要采用真空预压法等进行加固。近几年发现，采用真空预压法加固新吹填的淤泥和流泥等超软土，经过3～5个月的预压加固，地基沉降量非常显著，加固后的强度增幅较大，但绝对值较小，难以满足堆场地基使用要求，需要进行二次处理。如黄骅港某加固区[2]，加固前的含水率为120%左右，

·2·

中国港湾建设

表1

土的名称孔隙比e含水率ω/%

２０１０年第５期

淤泥性土的分类

淤泥1.5≤e＜2.455≤ω＜85

流泥e≥2.4ω≥85

十字板抗剪强度为0～5kPa，排水板间距为0.7m，真空预压5个月后，地基总沉降量达到2.3m，加固后的含水率为55%～80%，十字板抗剪强度为5～15kPa。

为了能有效地对超软土进行加固，本文在较广泛收集沿海地区超软土加固前后的物理力学指标的基础上，结合多项室内试验结果，对超软土的工程特性进行了较为系统的分析研究。此外，还分析了超软土的固化试验、真空联合电渗试验等结果。结果表明加固后的超软土地基承载力可以达到堆场使用要求。1

超软土定义

文献[17]规定：淤泥性土应为在静水或缓慢的流水环境中沉积、天然含水率大于液限、天然孔隙比大于1.0的黏性土，根据含水率和孔隙比按表1进一步分为淤泥质土、淤泥和流泥。港口工程中遇到的软土，主要是指淤泥和淤泥质黏土，但也包括工程性质很差的其他黏性土，如泥炭土、混有大颗粒的淤泥土等。现阶段国内对超软土和软土的划分还没有形成统一的意见，也没有明确的超软土定义。

超软土的成因主要有两种，一是第四纪全新世（Q4）

2

指标软基超软基

淤泥质土1.0＜e＜1.536＜ω＜55

文化期以来新近沉积的滨海相和沼泽相欠固结的淤泥性土；二是疏浚吹填造陆过程中，由于一次性吹填区域较大，颗粒很细的黏粒富集在吹填出水口区域，形成超软土。本文在分析沿海地区软土和超软土物理力学指标统计结果的基础上，参考日本软基与超软基的划分，提出中国软土和超软土的定义区分见表2，供工程技术人员参考。

表2中国软基与超软基定义

重度

/（kN·m-3）≥16＜16

含水率

/%≤70＞70

液性指数≤1.4＞1.4

含水量/液限≤1.4＞1.4

无测限抗压强度/kPa

≥5＜5

各地区超软土物理力学指标

将收集到的国内沿海各地区超软土物理力学指标列于

表3~16。

[1-8]

表3天津地区软土土性指标（1）

位置土层名称吹填土

位置/m+5.7~+1.5+1.5~-3.0-3.0~-6.0

标高

-6.0~-10.0-10.0~-14.0+1.0~-3.5-3.5~-12.5

0.5

深度

1.52.53.5

含水率

/%65.055.357.962.444.398.560.198.890.570.338.1

重度孔隙

-3

/（kN·m）比16.217.117.016.618.014.516.514.815.116.018.5

1.7501.4941.5801.6201.2102.7551.6562.7182.5421.9391.049

cuu/kPacu/kPa液限塑性指液性

数/%指数加固前加固后加固前加固后/%

21.622.721.731.921.720.324.0

38.138.937.434.1

18.519.117.915.6

3.701.484.333.752.991.29

2.9

12.2

3.58.410.514.322.8

15.024.530.028.529.3

4.010.715.222.435.2

13.832.137.737.845.5

东突堤

48万m2软基

淤泥淤泥质黏土淤泥淤泥质黏土

天津港南疆天津临港产业区某试验区

吹填淤泥淤泥流泥流泥淤泥淤泥质黏土

[1-8]

表4天津地区软土土性指标（2）

位置参数件数

位置

/m68标高

+5.98-0.50

含水率/%6895.264.277.6

重度

孔隙比

/（kN·m-3）

6016.214.715.43616.113.914.8

602.641.782.13363.3831.8352.680

液限

/%6055.130.949.83643.030.837.4

塑限/%6027.720.125.63621.117.519.4

液性指数685.11.52.2367.702.784.45

压缩模固结系数

快剪c/kPa595.01.43.0

准/（°）590.50.00.0

量/MPa/（10-3cm2·s-1）601.91.51.7

270.260.080.17

临港工业

区中石油用地E区

最大值最小值平均值件数

36深度

4.000.50

36124.066.697.7

南港工业区

最大值最小值平均值

２０１０年第５期

表5

参数件数最大值最小值平均值

取样深度/m

1165.50.5

叶国良，等：超软土的工程性质分析

大连港大窑湾港区三期工程Ⅳ号塘流泥物理指标统计[9]

含水率/%116144.487.6118.5

液限/%11658.247.852.2

塑限/%11634.125.028.9

塑性指数/%

11627.218.423.3

·3·

液性指数1165.232.403.86

表6

土样编号7-1-17-1-37-2-17-2-27-2-37-2-48-1-18-1-28-1-38-2-18-2-28-2-38-2-4

土层名称流泥淤泥流泥流泥淤泥淤泥流泥淤泥淤泥流泥淤泥淤泥淤泥

取样深度/m0.5~1.02.5~3.00.5~1.01.5~2.02.5~3.03.5~4.00.5~1.01.5~2.02.5~3.00.5~1.01.5~2.02.5~3.03.5~4.0

含水率/%92.760.2117.0114.064.866.9102.071.955.586.358.663.276.2

比重2.752.762.762.762.762.762.762.762.732.752.742.752.76

黄骅发电厂二期吹填土加固前物理力学指标[10]

孔隙比2.5571.6643.2183.1591.7901.8432.8192.0221.5272.3711.6181.7372.098

液限/%38.444.249.650.143.545.550.044.734.242.437.939.948.0

塑限/%19.721.423.023.121.221.823.121.618.520.919.620.222.5

塑性指数/%18.722.826.627.022.323.726.923.115.721.518.319.725.5

液性指数3.901.703.533.371.961.902.932.182.363.042.132.182.11

压缩模量/MPa2.061.962.422.382.842.121.951.972.572.292.902.642.50

17.817.818.115.4

3.28.33.29.6

9.813.0

9.44.0

4.64.94.14.4

2.20.40.20.2快剪c/kPa

准/（°）

十字板强

度/kPa3.42.92.92.22.25.23.63.13.43.18.38.812.8

重度/（kN·m-3）14.916.614.214.216.316.214.615.716.815.216.616.415.7

表7

土样编

号B1-1-1B1-1-2B1-1-3B1-2-1B1-2-2B2-1-1B2-2-1B2-2-2B2-2-3

取样深度/m0.2~0.51.5~0.22.5~3.00.5~1.01.5~2.00.5~1.00.5~1.01.5~2.02.5~3.0

含水率/%103.0105.080.464.8126.0116.098.1109.096.7

比重2.762.762.712.762.762.762.762.762.76

青岛海西湾造修船基地西围堰吹填土加固前物理力学指标[11]

重度/（kN·m-3）14.514.315.316.313.814.114.414.214.2

孔隙比2.8642.9572.1951.7903.5203.2282.7973.0622.823

液限/%44.844.827.743.753.546.051.649.944.6

塑限/%21.621.616.621.324.121.923.623.121.5

塑性指

数/%23.223.211.122.429.424.128.026.823.1

液性指数3.53.65.81.93.53.92.73.23.3

1.541.801.952.022.832.55

3.08.28.5

2.83.53.0

压缩模量/MPa1.851.69

直剪固块c/kPa

准/（°）

表8

编号A-1A-2A-3A-4A-5B-1B-2B-3B-4B-5

深度/m2.0~2.53.0~3.54.0~4.55.0~5.56.0~6.52.0~2.53.0~3.54.0~4.55.0~5.56.0~6.5

含水率/%加固前80.184.279.587.581.579.380.959.285.974.2

加固后67.364.766.551.535.864.762.959.352.558.5

加固前15.513.815.614.315.516.316.617.415.616.4

连云港庙岭地区软基加固前后土性指标[12]

孔隙比加固前2.1842.6572.1532.5932.2082.0141.9861.5072.2651.91

加固后1.7781.7861.7991.4561.1111.7351.7051.5981.4291.616

塑性指数/%加固前29.729.731.631.127.324.730.131.124.621.4

加固后31.631.930.426.818.129.929.728.927.430.9

液性指数加固前1.872.011.722.012.132.301.871.102.582.48

加固后1.331.231.371.050.881.341.291.221.061.09

2.83.67.03.12.43.42.9

三轴快剪cuu/kPa加固前

加固后7.07.06.09.020.08.011.08.015.016.0

加固后16.516.216.316.917.516.516.516.817.216.6

重度/（kN·m-3）

注：试验区淤泥厚度约为10m，其中吹填淤泥厚度约为6.0m，真空预压荷载80kPa，A、B区面积各为1750m2。

·4·

表9

加固区

土层名称含水率/%表层流泥

A2区

淤泥-1淤泥-2黏土表层流泥

A4区

淤泥-1淤泥-2黏土

114.066.5779.6622.2592.4570.1477.0230.8

中国港湾建设

连云港海滨新城一期陆域形成围埝软基加固前土性指标[13]

孔隙比3.1751.8322.240.6512.5671.9422.1520.861

塑性指数压缩系数

液性指数

/%/MPa-1

30.4030.4642.5421.7525.728.2238.4228.75

2.941.411.410.072.721.661.280.24

2.091.463.090.611.381.513.000.42

直剪试验

cuu/kPa—10.218.5——9.623.1—

准uu/（°）—0.31.2——0.42.6—

２０１０年第５期

重度

/（kN·m-3）14.216.315.420.414.916.015.619.4

cq/kPa1.25.89.6——3.410.139.4

准q/（°）2.41.74.7——4.01.611.4

表10南沙某区陆域软基加固前后土性指标（1）[14]

编号ZA9-1ZA9-2ZA9-3ZA9-4ZB2-1ZB2-2ZB2-3ZB2-4

取土

深度/m3.0~3.44.0~4.46.0~6.48.0~8.43.3~3.54.0~4.46.2~6.68.2~8.6

含水率/%加固前61.260.043.551.659.658.644.549.6

加固后53.252.128.231.535.432.126.229.5

1.4141.4001.2261.0591.4281.4101.2461.059

孔隙比加固前

加固后1.3561.3280.7340.6640.9600.8960.7160.681

黏聚力（快剪）/kPa加固前3.63.315.819.83.63.516.818.6

加固后4.23.919.420.213.314.918.421.2

摩擦角（快剪）/（°）加固前5.45.614.513.85.55.515.215.8

加固后6.96.723.630.219.821.528.629.1

注：原泥面高程0.5~1.0m，层厚11.0~13.0m。吹填淤泥至4.8m。

表11

A-9区

试点深度/m

加固前

3.05.07.09.011.013.015.017.0

7.27.38.211.610.411.317.615.8

cu/kPa

加固后8.48.531.834.633.446.856.858.4

[14]

南沙某区陆域软基加固前后土性指标（2）

B-2区

灵敏度

加固前1.41.42.02.22.54.43.85.6

加固后1.61.61.21.11.31.81.61.7

加固前7.37.18.39.418.311.413.519.4

cu/kPa

加固后8.48.526.832.855.642.748.760.4

加固前1.41.41.82.62.23.64.23.3

灵敏度

加固后1.51.61.21.31.31.71.61.7

表12

土层名称含水率/%吹填土流泥

10988.9

重度

/（kN·m-3）15.114.6

孔隙比2.5342.477

深圳大铲湾港区一期试验区软基加固前土性指标[15]

压缩系数塑性指数

液性指数

/%/MPa-1

20.423.5

4.002.50

2.1682.376

十字板剪

cu/kPa0.435.36

c′u/kPa0.181.36

灵敏度2.43.9

固结快剪c/kPa4.273.75

准/（°）15.114

表13深圳某软基加固前后土性指标[15]

状态加固前加固后

土层名称吹填淤泥淤泥吹填淤泥淤泥

平均层含水率重度

孔隙比

厚/m/%/（kN·m-3）4.606.75

119.980.249.755.7

14.015.317.116.7

3.1972.1521.3441.497

液限

/%42.953.7

塑限/%25.431.7

液性指数5.402.231.101.21

十字板剪

cu/kPa0.556.9328.542.5

c′u/kPa0.222.668.214

灵敏度2.52.63.53.0

固结快剪c/kPa11.513.517.031.0

准/（°）13.911.412.910.5

注：真空联合堆载预压加固，真空预压荷载80kPa，堆载料为1.2m的混合料。

２０１０年第５期叶国良，等：超软土的工程性质分析表14

吹填超软土土性指标[16]

液限/%48.056.8

2.67

51.2

塑限/%22.534.027.6

塑性指数/%

1928.923.6

·5·

土层名称最小值最大值平均值

含水率/%93.498.695.7

重度/（kN·m-3）

14.515.014.8

孔隙比液性指数1.782.662.15

表15港珠澳大桥海中人工岛东人工岛软土层主要物理性质指标统计表[18]

土层名称①1淤泥①2淤泥①3淤泥质黏土

重度含水孔隙

率/%/（kN·m-3）比70.263.148.2

15.415.816.9

1.971.801.35

液限塑性指

/%数/%45.546.641.4

22.022.819.8

无侧限抗压强度/kPa液性压缩模量

指数/MPa原状qu重塑qu′灵敏度2.131.741.36

1.871.812.1

132027

71010

2.22.33

直剪快剪c/kPa469

准/（°）0.10.51.1

直剪固快c/kPa9910

准/（°）14.314.314.5

表16

位置东兴市

榕树头钦州市沙井北海市大坎北海市西场

土层名称流泥淤泥质粉质黏土砂质淤泥淤泥砂质淤泥淤泥

含水率/%100.043.166.077.052.168.3

重度/（kN·m-3）15.917.216.315.116.715.9

广西沿海软土物理力学指标[19]

孔隙比2.551.721.7521.441.9

40.452.8液限

/%55.640.5

塑性指数/%3016.716.22615.623.5

液性指数2.441.162.422.511.751.69

内摩擦角/（°）11.1102.623.53.8

黏聚力

/kPa152084816

压缩系数/MPa-1

2.451.441.41.871.13.04

表层超软土具有含水率很高、孔隙比大、液限和液性指数大、固结系数小等物理表征。如表4中南港工业区表层超软土平均含水率97.7%、液性指数4.4、固结系数仅为1.7×10-4cm2/s；表5中的浅层超软土，平均含水率高达118.5%、平均液限52.2%、平均塑限28.9%、平均液性指数3.86。

表层超软土强度很低。表6中的流泥十字板剪切强度均值为3.1kPa，含水率在60%～71.9%的淤泥十字板剪切强度值多数小于5.0kPa。大窑湾港区三期工程流泥十字板剪切强度在2.5～4.7kPa范围，少数孔大于5.0kPa。临港工业区表层超软土的十字板剪切强度一般也小于5.0kPa。

表层超软土固结快剪内摩擦角较小。表7中含水率在96.7%～109%的流泥直剪固快内摩擦角很小，准cu在3.0°左右；表12中含水率在88.9%～109%的流泥直剪固快内摩擦角准cu为14°～15.1°；表13中含水率119.9%的流泥直剪固快内摩擦角准cu为13.9°；表15中含水率为70.2%的淤泥三轴固快内摩擦角准cu为14.3°。

从表12和表13可知，深圳地区的超软土的灵敏度范围为2.4～3.9，均值为3.0，与软土地基的灵敏度基本相同。根据文献[17]规定可知，超软土为中灵敏性。3

超软土物理力学指标试验结果及其分析

超软土的含水率很大，强度很低，采用直剪、三轴和现场十字板剪切仪很难测得其强度指标，一些室内试验[2]

9，13]

和工程[5，中的超软土加固前没有强度结果。为了掌握超

壤搅拌机搅拌均匀，静置一段时间后，测试土样的含水率、重度和十字板剪切强度。十字板剪切强度试验采用室内十字板淤泥剪切仪。土样试验结果见图1和图2。

2018重度/（kN·m-3）

16141210

40

宁波黄骅天津港

连云港深圳规范公式

80

120含水率/%

160200

图1含水率与十字板剪切强度关系曲线

2.52.01.51.00.50.020

宁波深圳

连云港天津港

黄骅

强度/kPa

406080100含水率/%

[1**********]0

软土处理前的工程力学特性，文献[6]选择了天津港、黄骅港、连云港、宁波港和深圳港5个地区的代表性淤泥质土，掺加土样表层含盐水配置不同含水率的土样，并用土

图2含水率与重度关系曲线

文献[17]第4.2.14条规定，饱和状态的淤泥性土可根据天然含水率按式（1）确定其重度，也可根据饱和状态淤

·6·

泥性土的天然含水率按式（2）估算其重度。

）γs1+0.01ωγ=G（ω

sγ=32.4-9.07logω

3

中国港湾建设２０１０年第５期

程流泥进行室内加载试验。流泥含水率140%～160%，黏

（1）（2）

粒含量42%～49%，塑性指数31%～36%，试验用土极软，无法做力学指标试验，强度几乎为零。试验采用内径96cm、高120cm的试验筒，筒内装流泥90cm，筒中间插入1根塑料排水板。采用加载预压法进行加固，荷载值为80kPa，分3级施加，分别为16.1kPa、25.6kPa和38.3kPa。第二级荷载97d后施加，第三级荷载238d后施加，691d后完全卸载并进行效果检验。加固后土体物理力学试验结果见表17。

表17加固后各指标均值

固结不十字取土塑性

液限塑限含水重度排水剪板剪深度指数

（kN·m-3）/%/%率/%/

/cm/%c/kPa准/（°）cu/kPa0.0562.10.1561.80.2565.00.3565.3均值63.6

16.816.916.716.516.7

58.560.158.059.759.1

25.626.125.425.925.8

32.934.132.633.833.4

14.114.77.78.411.2

11.510.613.012.812.0

11.311.813.615.613.1

式中：γ为土的重度，kN/m；Gs为土粒的比重；ω为天然含水率，％；γω为水的重度，kN/m。

3

从图1中可以看出，5个地区超软土的强度均小于2kPa，并随含水率增加而快速减小。当含水率大于150%时，十字板剪切强度均小于0.1kPa，基本没有强度。

从图2中可以看出，超软土的重度随含水率增加而减小，含水率与重度基本呈半对数关系，与式（2）基本一致，但含水率大于70%时，图1中的点均在规范公式曲线的上方，说明超软土含水率较大时，实际重度稍大于规范公式计算的重度。

对于文献[1]中的浅层吹填流泥和淤泥土，采用式（1）、（2）计算所得的重度分别为15.1kN/m3，14.8kN/m3，实测（1）计算值与实测值接近；式重度平均值为15.3kN/m，式

3

（2）计算值比实测值小3.2%。实际工程得出的关系与上述室内试验结果基本一致。

对文献[1]中的浅层吹填土的含水率与孔隙比进行了统计分析，得出图3所示的线性关系曲线，从图中可知超软土的孔隙比也是随着含水率的增加而成比例增加的。

4.0

e=0.0278ω-0.0043

3.53.0孔隙比2.52.01.51.0

40

从表17可知，加固后的固结不排水剪内摩擦角平均值为12.0°。超软土在室内采用理想的堆载预压，加固时间长达近2a，其强度值也仅有13.1kPa。

根据沉降实测值计算得到的固结度为91%，根据式3）和表17中的固结不排水剪内摩擦角计算所得的强度（

增长值为15.5kPa。十字板剪切强度实测值比计算值小15.5%。

文献[6]采用黄骅电厂试验区流泥进行室内真空预压试验，试验模型槽为4.0m×1.5m×2.0m，试验土体高度1.4m，加固前土体物理指标见表18。150d膜下真空压力保持80kPa，根据沉降计算固结度为94%。加固前、后十字板强度均值分别为0.6kPa和13.1kPa。

表18加固前各指标均值

[1**********]40

含水率/%

土样含水重度孔隙编号率/%/（kN·m-3）比123

120.0108.0115.0

14.414.414.414.4

3.222.993.213.14

液限

/%45.645.445.945.6

塑限/%21.421.421.821.5

塑性指液性数/%指数24.224.024.124.1

4.13.63.93.8

图3

4

孔隙比随含水率的变化

超软土强度增长分析

文献[17]中规定，对于正常压密的黏性土，加荷过程

均值114.3

中强度增量的标准值可按式（3）计算。

ΔCuk=Uσσzktan准cq

（3）

根据表3可知天津市临港产业区浅层试验区真空预压加固前后强度增长值为9.3kPa。室内试验得到的固结不排水剪内摩擦角为9.9°，现场实测固结度为80%，计算所得强度增长值为11.2kPa。十字板剪切强度实测值比计算值小17.0%。

从上述三个试验可知，强度增长值与式（3）计算值相比，偏小15.5%～17%，超软土强度增长值采用一般软土强度增长值计算公式需要进行折减。

室内长期理想堆载试验、室内和现场真空预压试验加固后的超软土十字板剪切强度值均很小，由此说明了并非

式中：ΔCuk为强度增量的标准值，kPa；Uσ为应力固结度，%；σzk为地基垂直附加应力标准值，kPa；准cq为固结），可取均值。快剪内摩擦角标准值，（°

由于超软土加固前的含水率很大，固结快剪时，荷载施加很慢，试验时间很长，一般不做固结快剪试验，因此加固前的固结快剪内摩擦角数据较少。

对于含水率很高、孔隙比很大、压缩性很高的流泥，经过真空预压加固后，强度难以满足80kPa堆场地基承载力的要求。为此文献[2]选取大连港大窑湾港区二期续建工

２０１０年第５期叶国良，等：超软土的工程性质分析

·7·

现场真空预压法加固这种土体不行，而是由于流泥这种超软土土性决定的，土体的固结快剪内摩擦角较小，采用预压固结强度增长值也只能达到如此程度。流泥这种超软土虽然以前在工程中很少碰到，但在东突堤软基加固处理时也存在类似的问题，只是当时表层的十字板强度也不高[4]，

认识的局限和没有引起大家的注意而已。工程中对超软土处理后承载力如要求达到80kPa以上，则需要采取联合处理、二次处理或固化处理等措施。5

超软土的固结特性

分别如图6和图7。当固结压力由5kPa增加到80kPa时，试样含水率、渗透系数急剧减小。在80kPa的固结压力下，含水率由95.7％降至51.1％，降低幅度达46.6％，渗透系数仅为固结压力为5kPa试样渗透系数的1/15，渗透系数变化明显。固结压力大于80kPa后，渗透系数与固结压力关系曲线基本呈一条水平直线，渗透系数变化较小。

10080含水率/%

6040200

文献[20]选用的超软土来自深圳某围海造陆工程，该超软土属第四纪的海相沉积层，广泛分布于深圳西部的沿海地区和伶仃洋东岸，厚度一般为3～10m，呈流塑状，黑灰色，有机质含量一般在5％～10％之间。试验用超软土的物理性质指标试验结果见表14。

不同固结压力作用下试样的变形量和孔隙比变化分别如图4和图5。

1210变形量/mm

8642

05001000

15002000

固结荷重/kPa

[1**********]0

图6

0.6渗透系数/（10-6cm·s-1）

0.50.40.30.20.10.0

含水率与固结压力关系曲线

[***********]0030003500

固结荷重/kPa

图4

2.5

变形与固结压力关系曲线

0100

200300

固结荷重/kPa

400500

图7

2.0孔隙比

渗透系数与固结压力关系曲线

不同固结压力下试样的固结系数变化如图8。试验结果表明，土样固结系数随固结压力的增大总体趋势是增大的。

文献[21]统计了天津港东突堤吹填土层和淤泥质土层不同固结压力下的固结系数，见图9。结果表明，吹填土和表层淤泥固结系数随固结压力的增大而增大，与室内试验结果比较吻合，但下部淤泥固结系数随固结压力的增大而减小。

0.9

2-1固结系数/（10-3cm·s）

1.5

1.0

0.5

05001000

15002000

固结荷重/kPa

[1**********]0

图5孔隙比与固结压力关系曲线

固结压力小于200kPa时，变形量和孔隙比变化较大，固结速率较高，在200kPa处出现明显拐点，随着固结压力的增大，试样的变形量及孔隙比变化趋于缓慢。试样在5kPa固结压力作用下，固结变形量为试样高度的15.6％，孔隙比降低了21.4%；在3200kPa固结压力作用下，孔隙比降低了67.7%，其变形量达试样高度的49.3％。文献[2]中的室内长期加固试验691d后的土体沉降42.7cm，为初始高度90cm的47.7%，两种试验结果表明超软土的沉降与土体高度比远大于一般软土。

不同固结压力下固结完成后试样的含水率、渗透系数

0.80.70.60.50.40.30.20.10.00

200

400

600

800

1000

1200

1400

固结荷重/kPa

图8固结系数与固结压力关系曲线

·8·

1.61.4

2-1固结系数/（10-3cm·s）

中国港湾建设２０１０年第５期

采用淤泥固化后充填模袋作为堤芯结构[22]。固化后的淤泥

吹填土

淤泥淤泥

强度较高，可为超软土的处理提供一种解决方法。6.2.1

室内拌和试验

试验用的土为现场淤泥和淤泥质黏土，主要物理力学性质指标见表19，固化剂选用P.O.32.5普通硅酸盐水泥，试验拌和水采用现场海水。不同水泥掺量下的淤泥固化后的无侧限抗压强度随养护龄期的关系如图10。从图中可知，淤泥固化后的强度随着水泥掺量的增加而增大，6%的水泥掺量7d无侧限抗压强度可达0.2MPa。

1.21.00.80.60.40.20.00

40

80

120

160

200

240280320

固结压力/kPa

表19

土名淤泥淤泥质黏土

1.0无侧限抗压强度/MPa

0.80.60.40.20.0

试验用土主要物理力学性质指标

图9固结系数与固结压力统计关系曲线

66.1

超软土固化等处理后的工程特性超软土拌和生石灰后的工程特性

文献[2]利用生石灰吸水膨胀和与超软土拌和后的物理化学反应，可提高超软土工程力学特性。在青岛海西湾造修船基地工程试验区进行了流泥、淤泥拌和生石灰试验。试验区表层流泥淤泥厚3～5m，流泥含水率为103%～126%，孔隙比为2.864～3.520，重度为13.8～14.5kN/m3；淤泥含水率为64.8%～80.4%，孔隙比为1.790～2.195，重度为15.3～16.3kN/m3。

生石灰：采用新近生产的，具体要求为：1）氧化钙的含量不宜小于70%；2）含粉量不得大于10%；3）含水率不得大于5%。

石子：粒径在20～80mm之间，含泥量≤5%。拌和方法：先用挖掘机在淤泥和流泥中渗入8%～10%的石灰进行初步拌和，2～3d后再掺入20%～30%的石子充分拌和，将拌和后土料填到原位置，最后再碾压整平。

拌和处理后的含水率为20%～30%，十字板剪切强度达到30～60kPa，静力触探的比贯入阻力为0.74～1.36MPa，经大型载荷板试验检验地基承载力均大于120kPa。6.2

超软土固化后的工程特性

为了就地取材，天津港北大防波堤西内堤（一期）工程

表20

参数样本数最大值量小值平均值

含水率/%

3311965.987.3

密度/（kN·m-3）

3315.612.114.4

孔隙塑性指液性直剪快剪含水率重度

-3

/%/（kN·m）比数/%指数c/kPa准/（°）63.741

16.218.1

1.7471.149

25.917.1

1.555.23

0.1

1.2510.914.4

6%

7%8%10%

2

4

6龄期/d

8

10

12

图10

6.2.2

不同水泥掺量淤泥固化后的强度曲线

现场淤泥固化后的检验结果

现场采用的固化剂同样为P.O.32.5普通硅酸盐水泥。

为了满足淤泥固化后充灌模袋时的流动性需要，依托工程现场拌和时添加一定的海水，含水率达到80％以上。淤泥固化后的物理力学指标统计结果见表20（统计时忽略龄期等因素）。

从表20可以看出淤泥固化后具有含水率大、密度小、

现场淤泥固化后的物理力学指标统计表

液限/%2396.256.577.0

塑限/%2337.42531.4

液性指数231.740.831.17

压缩模量

/MPa

288.291.63.69

直剪快剪c/kPa1749.217.032.0

准/（°）1738.114.926.2

孔隙比333.382.022.59

孔隙比大、强度较高等特点，直剪快剪内摩擦角为26.2°、黏聚力为32.0kPa，采用传统试验方法得出的淤泥固化后的液限较原土增加许多。现场淤泥固化后的无侧限抗压强度值一般在0.05～0.35MPa之间，总平均强度可达0.20MPa，标贯击数平均为6.1击，贯入阻力为0.18MPa。6.3

超软土真空联合电渗加固后的工程特性

文献[23]开展了室内超软土真空联合电渗加固试验。

试验土体为1.8m×1.5m×1.55m。加固前表层流泥厚45cm，含水率87%～105%，塑性指数26%；底层淤泥厚110cm，含水率65%～70%，重度16.1kN/m3，塑性指数为29%。

加固后土体物理指标和十字板剪切强度指标分别见表21。从表21可以看出，真空联合电渗加固后的超软土物理指标明显改善。加固后的十字板剪切强度由加固前的7.1

２０１０年第５期叶国良，等：超软土的工程性质分析

参考文献：

[1]

·9·

kPa提高到加固后的26.0kPa，提高3.66倍，承载力基本可以达到堆场地基80kPa的要求，加固效果十分显著。

表21

加固后各指标均值

孔隙液限塑限塑性指压缩系取土深含水重度-3

（kN·m）比/%/%度/cm率/%/数/%数/MPa-10~2040~60

57.054.0

16.717.017.1

1.611.511.43

51.951.048.8

23.723.422.7

28.227.626.0

1.51.41.3

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80~10050.9

6.4真空预压后采用振冲+强夯处理[24]

大连港大窑湾港区二期续建工程17号、18号泊位后

方场地由取自港池土吹填形成陆地，总面积约75万m2，其中管尾区以流泥、淤泥等超软土为主，面积约为28.9万m，采用真空联合堆载预压法进行处理。总预压荷载为

2

158kPa，其中真空预压荷载为80kPa。塑料排水板采用B型，正方形布置，间距为0.8m，打设深度为12～14m。真空联合堆载预压加固后部分超软土区域未达到设计要求，业主决定对该区域进行补强处理。补强区采用振冲+强夯法施工。

振冲桩施工参数：振冲器功率75kW，造孔电流50～110A，水压0.4～0.6MPa，留振时间10s，回填料为开山碎石，单孔桩径1.2m。强夯施工参数：满夯夯击能1500kN·m，每点4击。

补强施工结束后，由现场静载荷试验确定的地表复合地基承载力特征值均大于180kPa，满足设计要求。7

结语

根据现场超软土物理力学指标和室内试验结果统计分析，结合超软土固化等处理后的工程特性，可以得出如下几点结论：

1）超软土可定义为含水率大于70%、无侧限抗压强度小于5kPa、重度小于16kN/m3和液性指数大于1.4的淤泥或流泥。

2）超软土固结系数随固结压力增大而减小，孔隙比随含水率的增加而成比例增加。

3）真空预压加固超软土，强度增幅较大，但绝对值较低，难以满足堆场地基承载力使用要求。其原因主要是超软土的土性决定的，超软土的固结内摩擦角较小，在80kPa真空预压荷载作用下的强度增长值较小。采用一般软土强度增长值计算公式需要进行折减。

4）采用水泥等固化剂对超软土进行固化后，其无侧限抗压强度较高，可以满足堆场地基承载力为80kPa的要求。

5）真空联合电渗加固后的超软土物理指标明显改善，加固后的十字板剪切强度由加固前的7.1kPa提高到26.0kPa，承载力基本可以达到堆场地基80kPa的要求。

6）采用真空预压加固后，还可以通过振冲或强夯碎石桩复合地基进行二次处理达到较高的地基承载力要求。