三塘湖盆地膠結土的工程特性及其成因分析

王延輝

(西北電力設計院,陜西西安 710032)

三塘湖盆地膠結土的工程特性及其成因分析

王延輝

(西北電力設計院,陜西西安 710032)

綜合論述了三塘湖盆地膠結土的形成原因,在野外勘察的基礎上對其進行了原位測試及室內土工試驗分析,查明了建設場地的巖土工程條件,為工程提供了準確的地基基礎設計參數及合理的地基處理方案,結果表明膠結土工程性能較好,場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。

膠結土;力學性質;承載力;地基處理

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

1 工程地質條件

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

根據野外區域地質資料[1]及現場勘探分析,區內上部地層為第三系粉細砂(地層編號為①-1)和粉質粘土(①-2)層,層厚4.6 m～13.1 m,其中粉細砂層,干燥密實,呈半膠結狀態,膠結程度一般;粉質粘土層,泥質膠結,膠結程度較好,呈半成巖狀態,該層土質不均勻,夾粉細砂及少量礫石,土質堅硬,巖芯經擾動后呈碎塊狀;下部地層為第三系粉細砂(②-1)、中粗砂(②-2、③-1)和礫砂(②-2、③-2)交錯層,厚度較大,地層呈半膠結狀態,膠結程度一般,巖芯經擾動后較散,僅局部呈短柱狀,遇水崩解,強度迅速降低。

勘探深度范圍內沒有地下水存在,根據區域地質資料,地下水埋深較大,可不考慮其影響;地表土為鹽漬土,根據試驗結果,場地鹽漬土為亞氯～氯鹽漬土,按含鹽量分類為中鹽漬土。

2 膠結土的成因分析

膠結作用中常見的膠結物有泥質的、鐵質的、硅質的和鈣質的等。在三塘湖盆地中發現的膠結土層在新疆其他地區也有出現,從室內易溶鹽的實驗結果及鉆探巖芯描述來看,表層土(5 m以上)存在鹽質膠結現象,局部鹽分集中,呈蜂窩狀或薄層狀分布,鹽質膠結的地層十分堅硬,用鎬挖掘極其困難。下部砂土和碎石土為鈣質膠結,膠結程度一般,但粘土層厚度較大時下部為泥質膠結。

在區域構造上,三塘湖盆地位于西伯利亞板塊南緣,南部為哈薩克斯坦—準格爾板塊,它是夾持于北西向阿爾曼泰構造帶和克拉麥里構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,是基于復雜構造成因下的中～新生代陸相沉積為主體的陸內沉積盆地[2],且沉積物厚度較大。因為上部地層上覆厚度較小,所受壓力較小,且快速堆積形成的土層顆粒不均,以及地質構造形成時期一直具有的活動性,導致其成巖作用不均衡[3],從而形成本區特有的膠結地層。

另外,根據三塘湖鄉的水文氣象資料,其屬典型的大陸性干旱氣候,多年平均降水量僅為34.4 mm,年均蒸發量3 785.5mm,晝夜溫差較大,全年日照時間較長,這些特征造就了三塘湖盆地極其干燥缺水的氣候特征。這些特點有利于新疆多鹽地區鹽分在地表的富集,形成表層土鹽質膠結,局部呈鹽層存在,同樣的情況在其它類似氣候地區也有,例如,在哈密大南湖地區某工程的地質鉆探過程中發現地表以下1.5 m～2.0m地層中存在一層厚約30 cm的鹽層[4]。

3 膠結土的工程特性

3.1 地基土物理力學指標

根據本期勘察成果結合附近建筑經驗[5],經統計分析,紅疙瘩廠址各層地基土的主要物理力學性質指標見表1和表2。

表1 ①-2層粉質粘土主要物理力學性質指標

表2 ①-1、②、③、④層地基土主要物理力學性質指標一覽表

3.2 原位測試試驗

3.2.1 標準貫入試驗

本次勘察在粉質粘土、粉細砂、中粗砂地層中進行了標準貫入試驗,根據現場情況及統計整理結果,依據《工程地質手冊》(第四版),確定的各層地基土承載力特征值見表3。

表3 各土層標準貫入試驗成果及承載力特征值

3.2.2 重型動力觸探試驗

本次勘察在礫砂層中進行了動力觸探試驗,根據統計整理結果,依據《工程地質手冊》(第四版),確定的各層地基土承載力特征值見表4。

表4 各土層重型圓錐動力觸探試驗成果及承載力特征值

4 地基方案分析

根據勘察結果,地基土的構成主要為半成巖的粉質粘土層和膠結砂土層(粉細砂、中粗砂、礫砂互層),地層結構相對簡單,但是,由于對膠結土的研究較少,所以本區地層有其特殊性。

表層粉細砂為鹽漬土,土質密實、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出較強的不均勻性,上部膠結較好,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。

表層粉質粘土層上部為鹽漬土,局部膠結較好,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出較強的不均勻性,該層上部工程性能較差,作為建筑物的天然地基持力層時需要進行砂礫石換填處理,部分地段粉質粘土層較厚,下部鹽分含量低,可作為一般建(構)筑物的天然地基持力層。

下部粉細砂、中粗砂和礫砂交錯層,半膠結,該層厚度大、強度高、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,局部地段加大基礎埋深或采用毛石混凝土、碎石換填方案以滿足上部建(構)筑物對承載力的要求。另外,本區地層都有一定膠結,考慮到本區風化作用強烈,膠結地層遇水浸泡或暴露后強度降低,因此,建議基坑開挖好后即迅速封閉,并做好防、排水措施[6]。

5 結論及建議

膠結土屬于一種特殊性巖土,因其膠結程度不同,土的工程性能也有較大差別,目前,國內外對膠結砂土的研究較少,沒有完整的論著,國內規范也未對其進行專門的表述,工程人員僅能憑借其物理力學性質及建筑經驗進行綜合判斷。本區地基土上部膠結程度較好,下部膠結程度一般,但均具有低壓縮性和較高的強度,滿足本工程地基承載力的要求,區域鹽漬土的問題也需要考慮,基礎盡量埋深在鹽漬土以下,不能滿足時則需進行局部換填,膠結土遇水或暴露于空氣中易崩解,強度迅速降低,所以建筑物地基的防水措施至關重要。

[1]新疆維吾爾自治區地層表編寫組.西北地區區域地層表(新疆維吾爾自治區分冊)[M].北京:地質出版社,1981:135-143.

[2]郝建榮.新疆三塘湖盆地地質特征和盆地熱演化[D].西安:西北大學,2002:7-10.

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

[4]吳長英.國投哈密電廠一期巖土工程勘察報告[R].西安:西北電力設計院,2009:17-18.

[5]秦高龍.華能新疆哈密巴里坤三塘湖風電場巖土工程勘察報告[R].烏魯木齊:新疆電力設計院,2009:17-18.

[6]中華人民共和國國家發展和改革委員會.DT/L5024-2005.電力工程地基處理技術規程[S].北京:中國電力出版社,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),河南洛陽人,碩士,工程師,主要從事工程地質和水文地質方面的設計和研究。