王延輝

(西北電力設(shè)計(jì)院,陜西西安 710032)

三塘湖盆地膠結(jié)土的工程特性及其成因分析

王延輝

(西北電力設(shè)計(jì)院,陜西西安 710032)

綜合論述了三塘湖盆地膠結(jié)土的形成原因,在野外勘察的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了原位測(cè)試及室內(nèi)土工試驗(yàn)分析,查明了建設(shè)場(chǎng)地的巖土工程條件,為工程提供了準(zhǔn)確的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)及合理的地基處理方案,結(jié)果表明膠結(jié)土工程性能較好,場(chǎng)地在采取一定的防排水措施保證地基不受水浸泡的情況下可采用天然地基,遇鹽分較高或較軟地層可采取局部換填方案。

膠結(jié)土;力學(xué)性質(zhì);承載力;地基處理

三塘湖盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)的東北部,與蒙古共和國(guó)接壤,盆地處于阿爾泰山系和天山山系之間,呈長(zhǎng)條狀北西向分布,共同構(gòu)成新疆東部地區(qū)北西向盆山構(gòu)造帶,其氣候干燥,降雨稀少,地理位置特殊,構(gòu)造變形強(qiáng)烈,是位于復(fù)雜構(gòu)造背景上的以中～新生代陸相沉積為主體的陸內(nèi)沉積盆地,擬建某電力工程位于三塘湖盆地中部,工程重要性等級(jí)為一級(jí),對(duì)地基承載力要求較高。

1 工程地質(zhì)條件

工程場(chǎng)地位于三塘湖鄉(xiāng)北約18 km,地處三塘湖盆地中南部,場(chǎng)地地勢(shì)開(kāi)闊,地形有一定起伏,總體上看呈南高北低、西高東低之勢(shì),廠址區(qū)海拔高度為778.57 m～802.02 m,自然坡度約為1.6%。地表為戈壁砂礫,基本無(wú)植被發(fā)育,有數(shù)條明顯的沖溝分布,大致方向由南向北,大部分沖溝寬度較大,深度較淺。

根據(jù)野外區(qū)域地質(zhì)資料[1]及現(xiàn)場(chǎng)勘探分析,區(qū)內(nèi)上部地層為第三系粉細(xì)砂(地層編號(hào)為①-1)和粉質(zhì)粘土(①-2)層,層厚4.6 m～13.1 m,其中粉細(xì)砂層,干燥密實(shí),呈半膠結(jié)狀態(tài),膠結(jié)程度一般;粉質(zhì)粘土層,泥質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)程度較好,呈半成巖狀態(tài),該層土質(zhì)不均勻,夾粉細(xì)砂及少量礫石,土質(zhì)堅(jiān)硬,巖芯經(jīng)擾動(dòng)后呈碎塊狀;下部地層為第三系粉細(xì)砂(②-1)、中粗砂(②-2、③-1)和礫砂(②-2、③-2)交錯(cuò)層,厚度較大,地層呈半膠結(jié)狀態(tài),膠結(jié)程度一般,巖芯經(jīng)擾動(dòng)后較散,僅局部呈短柱狀,遇水崩解,強(qiáng)度迅速降低。

勘探深度范圍內(nèi)沒(méi)有地下水存在,根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,地下水埋深較大,可不考慮其影響;地表土為鹽漬土,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,場(chǎng)地鹽漬土為亞氯～氯鹽漬土,按含鹽量分類(lèi)為中鹽漬土。

2 膠結(jié)土的成因分析

膠結(jié)作用中常見(jiàn)的膠結(jié)物有泥質(zhì)的、鐵質(zhì)的、硅質(zhì)的和鈣質(zhì)的等。在三塘湖盆地中發(fā)現(xiàn)的膠結(jié)土層在新疆其他地區(qū)也有出現(xiàn),從室內(nèi)易溶鹽的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及鉆探巖芯描述來(lái)看,表層土(5 m以上)存在鹽質(zhì)膠結(jié)現(xiàn)象,局部鹽分集中,呈蜂窩狀或薄層狀分布,鹽質(zhì)膠結(jié)的地層十分堅(jiān)硬,用鎬挖掘極其困難。下部砂土和碎石土為鈣質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)程度一般,但粘土層厚度較大時(shí)下部為泥質(zhì)膠結(jié)。

在區(qū)域構(gòu)造上,三塘湖盆地位于西伯利亞板塊南緣,南部為哈薩克斯坦—準(zhǔn)格爾板塊,它是夾持于北西向阿爾曼泰構(gòu)造帶和克拉麥里構(gòu)造帶之間疊置在洋盆消減以及島弧拼貼和板塊碰撞造山帶之上的上疊蓋層盆地,是基于復(fù)雜構(gòu)造成因下的中～新生代陸相沉積為主體的陸內(nèi)沉積盆地[2],且沉積物厚度較大。因?yàn)樯喜康貙由细埠穸容^小,所受壓力較小,且快速堆積形成的土層顆粒不均,以及地質(zhì)構(gòu)造形成時(shí)期一直具有的活動(dòng)性,導(dǎo)致其成巖作用不均衡[3],從而形成本區(qū)特有的膠結(jié)地層。

另外,根據(jù)三塘湖鄉(xiāng)的水文氣象資料,其屬典型的大陸性干旱氣候,多年平均降水量?jī)H為34.4 mm,年均蒸發(fā)量3 785.5mm,晝夜溫差較大,全年日照時(shí)間較長(zhǎng),這些特征造就了三塘湖盆地極其干燥缺水的氣候特征。這些特點(diǎn)有利于新疆多鹽地區(qū)鹽分在地表的富集,形成表層土鹽質(zhì)膠結(jié),局部呈鹽層存在,同樣的情況在其它類(lèi)似氣候地區(qū)也有,例如,在哈密大南湖地區(qū)某工程的地質(zhì)鉆探過(guò)程中發(fā)現(xiàn)地表以下1.5 m～2.0m地層中存在一層厚約30 cm的鹽層[4]。

3 膠結(jié)土的工程特性

3.1 地基土物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)本期勘察成果結(jié)合附近建筑經(jīng)驗(yàn)[5],經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,紅疙瘩廠址各層地基土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1和表2。

表1 ①-2層粉質(zhì)粘土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

表2 ①-1、②、③、④層地基土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)一覽表

3.2 原位測(cè)試試驗(yàn)

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

本次勘察在粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂地層中進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及統(tǒng)計(jì)整理結(jié)果,依據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版),確定的各層地基土承載力特征值見(jiàn)表3。

表3 各土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果及承載力特征值

3.2.2 重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

本次勘察在礫砂層中進(jìn)行了動(dòng)力觸探試驗(yàn),根據(jù)統(tǒng)計(jì)整理結(jié)果,依據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版),確定的各層地基土承載力特征值見(jiàn)表4。

表4 各土層重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果及承載力特征值

4 地基方案分析

根據(jù)勘察結(jié)果,地基土的構(gòu)成主要為半成巖的粉質(zhì)粘土層和膠結(jié)砂土層(粉細(xì)砂、中粗砂、礫砂互層),地層結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,但是,由于對(duì)膠結(jié)土的研究較少,所以本區(qū)地層有其特殊性。

表層粉細(xì)砂為鹽漬土,土質(zhì)密實(shí)、不均勻,局部粉粒含量高,鹽漬土的含鹽量在水平方向及垂直方向上均表現(xiàn)出較強(qiáng)的不均勻性,上部膠結(jié)較好,鹽分含量高,工程性能差,在未處理前不宜作建筑物天然地基持力層。

表層粉質(zhì)粘土層上部為鹽漬土,局部膠結(jié)較好,鹽分含量高,鹽漬土的含鹽量在水平方向及垂直方向上均表現(xiàn)出較強(qiáng)的不均勻性,該層上部工程性能較差,作為建筑物的天然地基持力層時(shí)需要進(jìn)行砂礫石換填處理,部分地段粉質(zhì)粘土層較厚,下部鹽分含量低,可作為一般建(構(gòu))筑物的天然地基持力層。

下部粉細(xì)砂、中粗砂和礫砂交錯(cuò)層,半膠結(jié),該層厚度大、強(qiáng)度高、壓縮性低,是較好的地基持力層或下臥層。

總體上看,本區(qū)地基條件較好,可考慮采用天然地基方案,局部地段加大基礎(chǔ)埋深或采用毛石混凝土、碎石換填方案以滿足上部建(構(gòu))筑物對(duì)承載力的要求。另外,本區(qū)地層都有一定膠結(jié),考慮到本區(qū)風(fēng)化作用強(qiáng)烈,膠結(jié)地層遇水浸泡或暴露后強(qiáng)度降低,因此,建議基坑開(kāi)挖好后即迅速封閉,并做好防、排水措施[6]。

5 結(jié)論及建議

膠結(jié)土屬于一種特殊性巖土,因其膠結(jié)程度不同,土的工程性能也有較大差別,目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)膠結(jié)砂土的研究較少,沒(méi)有完整的論著,國(guó)內(nèi)規(guī)范也未對(duì)其進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的表述,工程人員僅能憑借其物理力學(xué)性質(zhì)及建筑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合判斷。本區(qū)地基土上部膠結(jié)程度較好,下部膠結(jié)程度一般,但均具有低壓縮性和較高的強(qiáng)度,滿足本工程地基承載力的要求,區(qū)域鹽漬土的問(wèn)題也需要考慮,基礎(chǔ)盡量埋深在鹽漬土以下,不能滿足時(shí)則需進(jìn)行局部換填,膠結(jié)土遇水或暴露于空氣中易崩解,強(qiáng)度迅速降低,所以建筑物地基的防水措施至關(guān)重要。

[1]新疆維吾爾自治區(qū)地層表編寫(xiě)組.西北地區(qū)區(qū)域地層表(新疆維吾爾自治區(qū)分冊(cè))[M].北京:地質(zhì)出版社,1981:135-143.

[2]郝建榮.新疆三塘湖盆地地質(zhì)特征和盆地?zé)嵫莼痆D].西安:西北大學(xué),2002:7-10.

[3]吳有林.膠結(jié)砂及半成巖粘土的巖土力學(xué)特征分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2002,29(5):27-28.

[4]吳長(zhǎng)英.國(guó)投哈密電廠一期巖土工程勘察報(bào)告[R].西安:西北電力設(shè)計(jì)院,2009:17-18.

[5]秦高龍.華能新疆哈密巴里坤三塘湖風(fēng)電場(chǎng)巖土工程勘察報(bào)告[R].烏魯木齊:新疆電力設(shè)計(jì)院,2009:17-18.

[6]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DT/L5024-2005.電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2005:8-19.

Engineering Properties and Causes of Cemented Soil in Santanghu Basin

WANG Yan-hui
(Northwest Electric PowerDesign Institute,Xi'an,Shaanxi710032,China)

The causes and engineering properties of the cemented soil in Santanghu Basin are discussed here.Based on field survey,the in-situ test and indoor soil test analysis are carriedout,the geotechnical conditions for construction sites are identified,and the accurate foundation design parameters and reasonable ground treatment program are provided for the project.The results show that the cemented soil's performance is good,the natural foundation could be used for the site based on taking certain measures to ensure the foundation waterproofing and draining from the case of water immersion,and the local replacement program could be taken for salt-higher and soft formation.

cemented soil;mechanical properties;bearing capacity;ground treatment

TU442

A

1672—1144(2012)01—0124—03

2011-10-02

2011-11-22

王延輝(1982—),男(漢族),河南洛陽(yáng)人,碩士,工程師,主要從事工程地質(zhì)和水文地質(zhì)方面的設(shè)計(jì)和研究。