孫廣輝

摘 要：巧家縣是金沙江白鶴灘水電站移民工程的安置區(qū)之一，其縣城后山分布大面積的灰?guī)r，表面覆蓋厚薄不一的紅黏土。研究總結(jié)紅黏土的工程特性，效益和意義顯著。本文以巧家縣七里移民安置區(qū)為依托，從紅黏土的分布特征、物理力學(xué)特性、工程效應(yīng)等方面，總結(jié)本區(qū)域紅黏土的工程特性。這對巧家縣及其周邊工程具有很好的借鑒和參考意義。

關(guān)鍵詞：紅黏土;脹縮性;地基承載力;工程效應(yīng)

中圖分類號：TU446 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）27-0069-03

Abstract： Qiaojia County is one of the resettlement areas for the resettlement project of Baihetan Hydropower Station on the Jinsha River. A large area of limestone is distributed in the back mountain of the county， and the surface is covered with red clay of different thickness.It is of great benefit and significance to study and summarize the engineering characteristics of red clay.Based on Qili resettlement area in Qiaojia County， this paper summarizes the engineering characteristics of red clay in this area from the distribution characteristics， physical and mechanical characteristics and engineering effects. It has a good reference for Qiaojia County and its surrounding projects.

Keywords： red clay;expansion and shrinkage;ground bearing capacity;engineering effect

1 前言

紅黏土是指碳酸鹽系出露區(qū)的巖石，經(jīng)紅土化作用形成的棕紅、褐黃等色的高塑性黏土，其液限一般大于50%，上硬下軟，具有明顯的收縮性。次生紅黏土指經(jīng)再搬運(yùn)后仍保留紅黏土基本特征，液限大于45%小于50%的土[1]。根據(jù)以往的研究[2～3]，紅黏土的工程特性與一般黏性土不同，具有高塑性、高含水量、高孔隙比、低密度，但卻具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和較低的壓縮性。

巧家縣七里移民安置區(qū)是金沙江白鶴灘水電站巧家縣9個移民安置區(qū)中的一個，位于巧家縣白鶴灘鎮(zhèn)干塘子一帶，西與四川省寧南縣隔江相望，南鄰巧家縣城，場區(qū)距巧家縣城約4.5 km。分為5個居民區(qū)，共布置42幢15～17層居民樓。

巧家縣七里移民安置區(qū)的紅黏土為棕紅色、紫紅色覆蓋于灰?guī)r塊石之上，部分區(qū)域建筑物和構(gòu)筑物基礎(chǔ)位于該土層上。分析總結(jié)紅黏土的工程特性，對巧家及其周邊工程有重要的意義。

2 基本地質(zhì)條件

七里移民安置區(qū)所在山坡陡緩相間，后山分布高程930～1 120 m，為金沙江右岸剝蝕中山，斜坡地形為主，局部陡坡坡度30°～45°，場地分布高程825～930 m，場平前地形為緩坡臺地，整體東高西低，地形起伏，坡度一般5°～15°，局部20°～30°，多為臺坎狀地形。場地前緣分布高程720～825 m，為緩坡地形，坡度15°～25°，分布大量耕地、民居;高程700～720 m為堆積扇、Ⅰ級階地和河漫灘，構(gòu)成金沙江凸岸。

場地地表第四系覆蓋層深厚，厚度一般大于60 m，整體為崩坡積碎石土，碎塊石母巖成分以灰?guī)r和玄武巖為主。緩坡區(qū)域可見沖洪積黏土層和成分雜的礫石。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及周邊勘察工作綜合分析，小江斷裂帶北段（F12）從場地東側(cè)附近通過，為隱伏發(fā)震斷裂。場地內(nèi)覆蓋層分布范圍廣，地表大多被覆蓋，構(gòu)造揭露條件差，未發(fā)現(xiàn)明顯的斷裂、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育跡象。

場地周邊前緣北西側(cè)水碾村共有大、小龍?zhí)秲商幦雎饵c(diǎn)，兩泉水點(diǎn)均位于陡坡坡腳，為崩坡積覆蓋層內(nèi)出露的下降泉，出露高程分別為810 m和790 m。場地內(nèi)地下水以覆蓋層內(nèi)孔隙水為主，埋深在20～30 m。

3 紅黏土分布特征

七里移民安置區(qū)紅黏土主要覆蓋于灰?guī)r塊石上，少部分覆蓋于玄武巖塊石上。主要分布在坡度小于10°的緩坡臺地上，厚度在0.5～5.5 m，分布示意見圖2。在七里四區(qū)東北側(cè)可見兩層紅黏土，表層紅黏土厚0.5～4 m，中部夾有灰黃色粉質(zhì)黏土，下部又為紅黏土厚度4～15 m，平均厚度約10 m。

紅黏土的平均厚度不大，但厚度差異較大，與下部灰?guī)r塊石的性質(zhì)有關(guān)，根據(jù)勘察表明，灰?guī)r塊石巖溶整體弱發(fā)育，地表出露部位多形成凹凸不平的溶蝕槽等。

4 紅黏土物理力學(xué)特性

4.1 試驗成果

本次初步勘察共取原狀土樣32組進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性試驗，試驗成果統(tǒng)計見表1。

4.2 物理特性

從表1中可以看出七里移民安置區(qū)紅黏土的物理性質(zhì)有以下特點(diǎn)。

①天然密度、土粒比重、孔隙比與一般黏性土差異不大，個別土樣孔隙比偏高。

②高飽和度，最大可達(dá)96.4%，平均值在84%。

③高天然含水量，在22.8%～41.9%，平均值29.4%，比塑限還要高。

④液性指數(shù)變化大，整體偏小，平均值在0.24，呈硬塑狀態(tài)，少量呈可塑狀，與含水比判斷土的狀態(tài)一致。按規(guī)范[1]紅黏土的分類屬于原生紅黏土。

4.3 力學(xué)特性

從表1中可以看出七里移民安置區(qū)紅黏土的力學(xué)性質(zhì)有以下特點(diǎn)。

①壓縮性不高，壓縮系數(shù)a1-2一般在0.25～0.64 MPa-1，平均值0.44 MPa-1。壓縮模量Es1-2一般3.42～7.36 MPa，平均4.67 MPa，按規(guī)范[3]分類為中壓縮土或中等偏低壓縮土。

②抗剪強(qiáng)度高，根據(jù)直接快剪試驗資料，紅黏土的凝聚力天然狀態(tài)在32～48 kPa，標(biāo)準(zhǔn)值在38.4 kPa，飽和狀態(tài)在30～45 kPa，標(biāo)準(zhǔn)值在34.7 kPa，飽和狀態(tài)較天然狀態(tài)減少2～4 kPa。

天然狀態(tài)摩擦角在14°～17°，標(biāo)準(zhǔn)值14.8°，飽和狀態(tài)12°～16°，標(biāo)準(zhǔn)值13.1°。飽和狀態(tài)較天然狀態(tài)減少1°～2°。

5 紅黏土脹縮性

本次初步勘察共取原狀土樣3組進(jìn)行自由膨脹率試驗、膨脹率試驗、收縮試驗、膨脹力試驗，試驗結(jié)果見表2。

根據(jù)規(guī)范[4]和已有研究成果[5-6]，以自由膨脹率作為膨脹潛勢等級的主要指標(biāo)，輔以液限，塑性指數(shù)，脹縮總率，綜合判定為紅黏土具有弱膨脹土特性，分類代號為丁類。

七里移民安置區(qū)紅黏土的脹縮性能表現(xiàn)為以縮為主，在天然狀態(tài)下膨脹量微小，收縮量大，在0 kPa、50 kPa荷載下的膨脹率為負(fù)值。不同壓力下脹限差別不大，與天然含水量較為接近。表明紅黏土的礦物成分不具高親水性，離子交換容量不高。

6 紅黏土地基承載力特征值確定

地基承載力特征值確定的確定往往采用載荷試驗或其他原位測試、公式計算、并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗等方法綜合確定。本工程原位測試主要為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，地基承載力特征值的確定采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗和室內(nèi)試驗并結(jié)合地方經(jīng)驗綜合提出。

本次勘察共進(jìn)行了12組標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，N在8～20擊，根據(jù)規(guī)范[4]，查表確定地基承載力特征值220～300 kPa。

紅黏土含水比aw為0.49～0.69和液塑比Ir為1.77～2.67，查閱手冊[7]表4-5-96，地基承載力特征值為160～260 kPa。

考慮土體的不均勻性，地基承載力特征值建議值采用200 kPa。

7 紅黏土工程效應(yīng)

紅黏土厚度變化大，土體內(nèi)往往發(fā)育較多的網(wǎng)狀裂隙，形成滲水通道，下部與灰?guī)r接觸部位水量富集，降低了土體的強(qiáng)度，一般愈往深處土體愈易變軟。由于水流等作用，紅黏土內(nèi)部和下伏灰?guī)r往往可見土洞和溶洞等，對工程影響大。紅黏土另一特征脹縮特性，失水收縮開裂，遇水膨脹，容易造成上部建筑物、構(gòu)筑物不均勻沉降和局部基礎(chǔ)隆起破壞。

具體到本工程，紅黏土厚度變化大，土體和下伏灰?guī)r塊石中未見土洞、溶洞，土體內(nèi)裂隙輕度發(fā)育，僅在表層可見干縮裂縫。由規(guī)范[4]可知，巧家地區(qū)大氣影響da為3.6 m，大氣影響急劇層深度ds為1.7 m。因居民樓均采用樁基礎(chǔ)，紅黏土對其影響小。但部分地下車庫擬采用淺基礎(chǔ)，位于紅黏土層上，可采用換填、砂石墊層、土性改良等方法進(jìn)行處理。

①七里移民安置區(qū)紅黏土土層變化大，局部可見雙層紅黏土，在地形平緩處厚度較大。

②紅黏土具有高飽和度、高天然含水量，液限指數(shù)整體偏小，土體以硬塑狀為主。

③紅黏土壓縮性不高，抗剪強(qiáng)度高，飽和狀態(tài)和天然狀態(tài)差異小。

④紅黏土具有弱膨脹土特性，脹縮性表現(xiàn)為以縮為主。

⑤紅黏土工程性能差異較大，土體不均勻，綜合確定地基承載力特征值建議值采用200 kPa。

⑥紅黏土內(nèi)未見土洞，下伏灰?guī)r塊石內(nèi)未見溶洞，土層對居民樓影響小，對下車車庫有影響，可采用換土、砂石墊層、土性改良等方法進(jìn)行處理。

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