云南红粘土工程特性及岩土工程问题
第33卷
2005年8月云 南 电 力 技 术YUNNANELECTRICPOWERVol133No14
Aug12005
云南红粘土工程特性及岩土工程问题
刘振波 易声义 胡志东
(云南省电力设计院,云南 昆明 650011)
摘要:分析了云南红粘土的工程特性,总结了红粘土地区进行电力建设所涉及的岩土工程问题,提出了红粘土地区进行电力工程建设的应对处理措施。关键词:红粘土 地基不均匀性 填筑击实
中图分类号:TM73 文献标识码:B 文章编号:)-0044-04
1 前 言
。我省2×300MW曲靖白水电厂、4×300MW滇东电厂、4×600MW罗平电厂,以及众多的变电所如220kV文山变电所、220kV沾益变电所、220kV嵩明变电所、500kV
。
3 云南红粘土的工程特性
311 发育特征
云南红粘土分布区域的地形地貌常具有非常典型的特点,主要发育于地形舒缓、波状起伏的剥蚀夷平台地、岩溶断陷盆地及岩溶谷地两侧的高原丘陵坡脚。发育于坡脚的红粘土主要为残积、坡残积成因的原生红粘土,而分布于盆地、谷地中心的红粘土主要为冲积、冲洪积成因的次生红粘土。
从地表而下至基岩面,红粘土具有典型的“上硬下软”特征。表现为坚硬→硬塑→可塑→软塑→流塑状态,其中坚硬、硬塑状态红粘土占据主导地位,在地表广泛分布发育,其可塑～软塑、流塑状态只占小部分,主要发育于近下伏基岩面的溶蚀沟、槽底部,多呈透镜体状小范围产出。盆地、谷地(洼地)中心的次生红粘土土层多为可塑或可塑偏软塑状态。312 物质组成及结构特征
罗平变电所等,均是建设在红粘土地区。分析红粘土的工程特性、预测红粘土地区的岩土工程问题,提出相应的工程处理对策,对我省电力建设具有相当的意义。
2 红粘土定义
红粘土是指出露地表的碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩、泥灰岩),在亚热带湿热条件下,经过风化、淋滤和红土化作用(脱硅富铁铝化作用)后,形成颜色为棕红、褐红、褐黄色的特殊土类,它属于红土的一个亚类。
红粘土根据其成因可分为红粘土、次生红粘土。
红粘土:主要为残积、坡积或坡～残积成因,其成土母岩为碳酸盐类岩石(灰岩、白云岩)。
次生红粘土:形成的红粘土经过流水搬运后,再堆积形成的土层。一般为冲积、冲洪积成因。其大部分物质源于红粘土颗粒,其工程性质保留
收稿日期:2004-9-12
云南红粘土多具有土质均匀、细腻、粘性强的表观特征,其粘粒组分(粒径
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主,其它矿物一般包括伊利石、蒙脱石、绿泥石、石英等;其化学成分主要为铁铝氧化物,SiO2(3315%～6819%)、AL2O3(916%～1217%)、Fe2O3(1314%～3614%)等,硅铝率一般均小
絮凝状结构,其介质略呈现酸性,内部颗粒以铁质或铝质凝结胶结为主,使得红粘土颗粒内部间连接紧固,同时土层中大多发育褐黄、褐红色结核体。213 物理性质
于2。
红粘土内部颗粒的结构主要为蜂窝状结构和
表1 云南红粘土主要物理性质指标一览表
地 区滇东南文山滇东曲靖、罗平滇南开远、个旧昆明附近地区
孔隙比
e110～116019～114110～111
比重
Gs2175～21922178～21882176～2180
天然含水量ω(%)
30～4530～5535～33～干密度
塑限液限ωl(%)
75～8550～65
塑性指数
Ip19～3027～4028～3417～25
饱和度
Sr(%)90～9990～10095～9890～98
(Pd(g/cm3)ωp(%)112～1141113～～5530～40
0195～1142176～2186
从表1数据可知,特性:
(1)孔隙比、:云南红粘土的孔隙比e
(4)饱和度:云南红粘土饱和度相当高,一
般大于90%,局部可达100%。
此外,云南红粘土还具有高粘粒含量和低渗透性的特点。其粘粒含量
(粒径小于
值较大,一般均大于110,最大者可达116。其比重Gs较一般粘性土大,一般为2175～2192。
(2)天然含水量和干密度:红粘土天然含水
01005mm的颗粒含量),一般在50～80%之间,
具有高度分散性,使得土体具有很大的比表面积,这是红粘土具有高塑性、高含水性和低密度的主要原因。云南红粘土渗透系数均较小,一般K=110～810×10型的不透水层。214 力学性质
-6
量一般接近于塑限含水量,大致为30%～55%。干密度变化较大,1110～1160g/cm3。
(3)液限、塑限、塑性指数:此三个指标均
cm/s,一般可划分为典
较高,液限一般为50～85%,塑限一般为30～55%,塑性指数一般为17～40。
表2 云南红粘土主要力学性质指标一览表
压缩系数
地 区滇东南文山滇东曲靖、罗平滇南开远、个旧昆明附近地区
α1-2(MPa-1)
0120～01470113～01400118～01440123～0140
压缩模量
ES(MPa)511～911611～1514510～1015510～818
浸水快剪
粘聚力C(kPa)
35～7942～5443～8244～66
)内摩擦角φ(°
13～1815～1815～2210～15
从表2数据可知,云南红粘土具有下列力学特性:
(1)压缩性:云南红粘土的压缩性一般不
(2)抗剪强度:根据快剪(浸水)试验资
料,云南红粘土抗剪强度一般均较高,尤其是粘聚力值较一般粘性土大得多,一般为40～80kPa,局部地区,比如曲靖白水电厂甚至达到147kPa;其内摩擦角一般为13°～16°。
高,其压缩系数a1-2一般为011～015MPa,压缩模量ES值一般为510～810MPa,属于中等或者中等偏低压缩性土。
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215 膨胀性与复浸水特性
云南电力技术第33卷
同时,云南红粘土的胀缩变形是以收缩变形为主,表现为收缩性明显,失水后强烈收缩,天然状态条件下的膨胀率仅为011%～210%,但线缩率一般为215%～8%,最大可达14%。
云南红粘土复浸水的胀缩特性可按液塑比Ir和界限液塑比Ir′之间的关系进行分类判别,具体数据见下表3。
表3 云南红粘土液塑比Ir和界限液塑比Ir′比较表
云南红粘土的膨胀性试验一般选用自由膨胀率、膨胀率、膨胀力、收缩系数等指标进行评价。其自由膨胀率一般为35～55%,属于具有弱膨胀潜势的膨胀土,按照《云南省膨胀土建筑技术规定》计算地基变形量评价地基胀缩等级,云南红粘土基本属于Ⅰ级膨胀土。
地 区滇东南文山滇东曲靖、罗平滇南开远、个旧昆明附近地区
液塑比Ir
1165～11701154～11611165～11721161界限液塑比Ir′
1170～11851172～1184111182
Ir与Ir′的关系
IrIr
类 别ⅡⅡⅡⅡ
注:Ir=ωl/ωp,Ir′=+0066
从表3数据可知,云南红粘土液塑比Ir和界限液塑比Ir′关系基本为Ir
它地区基本不发育。根据土洞的成因理论,红粘土土洞发育主要受土层的颗粒成分、粘聚力、水稳性以及地下水位变化的影响,也与场地的微地形微地貌、下伏岩溶的发育状况有较紧密的关系。一般而言,发育土洞的红粘土地区,均具有网络状裂隙面,与大气降水有较良好的通道,其地形平坦,靠近盆地。
对于隐伏土洞和岩溶洞隙一般均需要进行工程处理,其具体措施可概括为换填、跨越、灌注和排导,以及桩基础等。换填即挖除岩溶洞隙中的软弱充填物,换填碎石、灰土、素土或素混凝土等以增加地基的完整性和强度,或凿去凸出的石芽,铺垫可压缩的垫层以调整地基的变形性。也可利用下伏较完整的岩石作为支承点,采用钢筋混凝土梁跨越,或刚性大的平板基础覆盖。亦可使用钻孔进行灌砂、碎石混凝土以堵塞溶洞。
对于岩溶区的地下水一般采用宜疏不宜堵的措施,采用排水管道、隧道等进行疏导,防止水流通道堵塞,造成场地淹没。312 地基均匀性
3 云南红粘土的岩土工程问题
红粘土地区进行电力工程建设主要关心的岩土工程问题包括,一般均需要查清下伏基岩岩溶发育状况、上部覆盖粘性土层土洞的发育状况,进而评价整个工程场地的稳定性和地基的均匀性。其次也包括场地平整时,对于各类挖填边坡的设计、施工处理措施以及这类具有弱膨胀性的红粘土作为场地平整,作为回填土料引发的问题。311 场地稳定性
场地的稳定性主要包括两方面内容,一为下伏基岩的岩溶发育情况,包括岩溶发育形式、基岩顶板埋深、充填物质等方面内容,二为上部覆盖红粘土风化壳中的土洞发育情况。
云南红粘土地区土洞以罗平地区较发育,其46
红粘土地基由于下伏基岩溶蚀沟槽发育,其
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水平方向常表现出明显的不均匀性。
岩土界面凹凸不平,突起的部分埋藏石芽,凹下的部分为溶沟或溶槽。在几米的平距范围内,突起和凹下的高差甚至高达十余米,反映了下伏岩石的差异溶蚀,溶沟、溶槽部位,地势低洼,利于地下水的汇集,利于进一步风化,土层厚度大。
基岩面起伏剧烈,土层厚度变化大,必然导致红粘土地基的不均匀沉降。根据建筑物地基压缩层范围内的岩土组成,可划分为均匀红粘土地基和不均匀的岩土组合地基。对于不均匀的岩土组合地基,应进行地基换土或结构加固处理,以避免不均匀沉降。外露的石牙应凿削,石垫层。
同时,"之特性,提下,基础宜浅埋,尽可能的利用上部硬壳土层,并进行下伏软弱下卧层的承载力的验算;当不能满足承载力和变形要求时,应进行地基加固或采用桩基础。313 挖填边坡
力和内部孔隙水压力剧增,红粘土边坡此时将发生更大范围的失稳坍塌下滑。
要防止这种松弛→饱水→下滑的变形破坏发生,最及时的措施应当采取保湿措施,防止失水收缩,采取快速施工、快速封闭,保持红粘土不发生失水。314 填筑击实
红粘土地区进行电力工程建设,按照土方平衡原则进行场地整平。
,一,确定红粘土的最大干密度、最优含水量及施工控制含水量。填土的质量以压实系数控制,其最优含水量一般大于其塑限,一般可控制在5%之内。
4 结 论
云南红粘土是一种具有粘粒含量高、高分散性、液限高、饱和度大、孔隙比大、比重大、渗透系数小的特殊土类。它具有抗剪强度高,尤其粘聚力大,压缩性较低的工程特性;其膨胀性较弱,但具有一定收缩性。在红粘土地区进行电力建设必须考虑场地稳定性和地基均匀性,挖填边坡应进行快速保水作业法,快速回填封闭,及时支护。对于隐伏土洞和岩溶洞隙一般采用换填、跨越、灌注、地下水疏导等措施,对于深大基础一般采用桩基础。
红粘土作为工程场地回填土料是可行的,但具有压实性差的特点,一般宜选用重型压实机械碾压。
参考文献
11建筑地基基础设计规范GB50007-20021[S]
21岩土工程勘察规范GB50021-20011[S]3.云南省膨胀土地区建筑技术规定[S]
红粘土的人工开挖基坑、基槽、边坡在边坡形成早期的短时间内,其稳定的直立状态大大超过指标计算所得的稳定程度,甚至近于垂直状态而少见坍塌。当开挖暴露时间超过一定时限,仍不回填、不浇筑封闭,则必发生滑塌或垮落。
红粘土的起始含水量较高,土体基本接近饱和状态,当红粘土进行人工开挖,失去原有覆盖保护后,临空面附近土体表面的起始含水量将不断减少、降低,土颗粒外围水膜变薄,土体失水,产生土体收缩,土颗粒间拉应力增大,出现初始裂缝。初始裂缝的形成将给更深范围的水分向外转移提供通道条件。这种反复发生的过程将使得临空面土体裂缝进一步发育,增多增宽增深,抗剪强度降低,导致土体向临空面方向塌落。一旦长时间降水导致土体裂隙饱水,土体裂隙静水压
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