巧家縣七里移民安置區的紅黏土工程特性

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之一，其縣城后山分布大面積的灰巖，表面覆蓋厚薄不一的紅黏土。研究總結紅黏土的工程特性，效益和意義顯著。本文以巧家縣七里移民安置區為依托，從紅黏土的分布特征、物理力學特性、工程效應等方面，總結本區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。

關鍵詞：紅黏土;脹縮性;地基承載力;工程效應

中圖分類號：TU446 ? ? 文獻標識碼：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的巖石，經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。次生紅黏土指經再搬運后仍保留紅黏土基本特征，液限大于45%小于50%的土[1]。根據以往的研究[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強度和較低的壓縮性。

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

巧家縣七里移民安置區的紅黏土為棕紅色、紫紅色覆蓋于灰巖塊石之上，部分區域建筑物和構筑物基礎位于該土層上。分析總結紅黏土的工程特性，對巧家及其周邊工程有重要的意義。

2 基本地質條件

七里移民安置區所在山坡陡緩相間，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巖和玄武巖為主。緩坡區域可見沖洪積黏土層和成分雜的礫石。

根據區域地質資料及周邊勘察工作綜合分析，小江斷裂帶北段（F12）從場地東側附近通過，為隱伏發震斷裂。場地內覆蓋層分布范圍廣，地表大多被覆蓋，構造揭露條件差，未發現明顯的斷裂、褶皺等地質構造發育跡象。

場地周邊前緣北西側水碾村共有大、小龍潭兩處泉水出露點，兩泉水點均位于陡坡坡腳，為崩坡積覆蓋層內出露的下降泉，出露高程分別為810 m和790 m。場地內地下水以覆蓋層內孔隙水為主，埋深在20～30 m。

3 紅黏土分布特征

七里移民安置區紅黏土主要覆蓋于灰巖塊石上，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。在七里四區東北側可見兩層紅黏土，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，與下部灰巖塊石的性質有關，根據勘察表明，灰巖塊石巖溶整體弱發育，地表出露部位多形成凹凸不平的溶蝕槽等。

4 紅黏土物理力學特性

4.1 試驗成果

本次初步勘察共取原狀土樣32組進行室內物理力學性試驗，試驗成果統計見表1。

4.2 物理特性

從表1中可以看出七里移民安置區紅黏土的物理性質有以下特點。

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液性指數變化大，整體偏小，平均值在0.24，呈硬塑狀態，少量呈可塑狀，與含水比判斷土的狀態一致。按規范[1]紅黏土的分類屬于原生紅黏土。

4.3 力學特性

從表1中可以看出七里移民安置區紅黏土的力學性質有以下特點。

①壓縮性不高，壓縮系數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，按規范[3]分類為中壓縮土或中等偏低壓縮土。

②抗剪強度高，根據直接快剪試驗資料，紅黏土的凝聚力天然狀態在32～48 kPa，標準值在38.4 kPa，飽和狀態在30～45 kPa，標準值在34.7 kPa，飽和狀態較天然狀態減少2～4 kPa。

天然狀態摩擦角在14°～17°，標準值14.8°，飽和狀態12°～16°，標準值13.1°。飽和狀態較天然狀態減少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，試驗結果見表2。

根據規范[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，輔以液限，塑性指數，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。

七里移民安置區紅黏土的脹縮性能表現為以縮為主，在天然狀態下膨脹量微小，收縮量大，在0 kPa、50 kPa荷載下的膨脹率為負值。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、并結合工程實踐經驗等方法綜合確定。本工程原位測試主要為標準貫入試驗，地基承載力特征值的確定采用標準貫入試驗和室內試驗并結合地方經驗綜合提出。

本次勘察共進行了12組標準貫入試驗，N在8～20擊，根據規范[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

紅黏土厚度變化大，土體內往往發育較多的網狀裂隙，形成滲水通道，下部與灰巖接觸部位水量富集，降低了土體的強度，一般愈往深處土體愈易變軟。由于水流等作用，紅黏土內部和下伏灰巖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、構筑物不均勻沉降和局部基礎隆起破壞。

具體到本工程，紅黏土厚度變化大，土體和下伏灰巖塊石中未見土洞、溶洞，土體內裂隙輕度發育，僅在表層可見干縮裂縫。由規范[4]可知，巧家地區大氣影響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，紅黏土對其影響小。但部分地下車庫擬采用淺基礎，位于紅黏土層上，可采用換填、砂石墊層、土性改良等方法進行處理。

①七里移民安置區紅黏土土層變化大，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，液限指數整體偏小，土體以硬塑狀為主。

③紅黏土壓縮性不高，抗剪強度高，飽和狀態和天然狀態差異小。

④紅黏土具有弱膨脹土特性，脹縮性表現為以縮為主。

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紅黏土內未見土洞，下伏灰巖塊石內未見溶洞，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、土性改良等方法進行處理。

參考文獻：

[1] 巖土工程勘察規范（GB 50021—2001）[S].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[2] 何毅東.關于紅黏土的若干問題研究[D].南寧：廣西大學，2007.

[3] 張靜，陳劍平，王清.昆明紅黏土工程地質性質研究[J].工程地質學報，2006（14）：82-85.

[4] 云南省住房和城鄉建設廳.云南省膨脹土地區建筑技術規程（DBJ 53/T-83—2017）[S].昆明：云南出版集團公司云南科技出版社，2017.

[5] 周立新，黃曉波，常書義，等.膨脹土的判別與分類方法研究[J].工程勘察.2008（S2）：30-33.

[6] 王歡，凡超文，韓長玉.弱膨脹土膨脹性判別與分級方法研究[J].河南大學學報（自然科學版）.2019（2）：235-241.

[7] 《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊[S].5版.北京：中國建筑工業出版社，2018.