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【摘 要】本文根据江西玉山、广丰地区玄武岩风化红(褐)土的地基情况,从野外特征、岩土的物理力学性质、化学成分及原位测试等方面,综合提出红褐土地基承载力特征值计算方法。
【关键词】玄武岩风化红(褐)土地基;地基特征;承载力特征值
Research on ground characteristics and bearing capacity characteristic values of basalt and red (brown) of soil at Jiangxi Yushan - Guangfeng area
Wei Zhi-an1, Chen Xiang-yong2, Xia Kun 3
(1. Ningbo East China Nuclear Industry Exploration Institute Ningbo Zhejiang 315800;
2. Ningbo Free Trade Zone Engineering Supervision Company Ningbo Zhejiang 315800
)
【Abstract】According to Jiangxi Yushan, Guangfeng weathering of basalt area and red (brown) the foundation soil conditions, from the field characteristics, soil physical and mechanical properties, chemical composition and in situ testing, the integrated presentation of the reddish brown soil foundation bearing capacity calculation method.
【Key words】Basalt weathering red (brown) land base; Ground features; Bearing capacity value
江西玉山-廣丰地区,位于赣东北-浙西北接壤处。处于赣杭构造带江山-广丰段。地表广泛出露上白垩统南雄组(K2n)玄武岩。(至少有两层以上)。在玉山-广丰地区工程勘察中,笔者有幸接触了玄武岩红(褐)土地基,本文试图从它的野外特征、物理力学性质、化学成分及原位测试等方面进行论述,最后就这类土的承载力特征值谈点看法。
1. 玄武岩风化红(褐)土的成因及野外特征
玄武岩属基性喷出岩。由基性斜长石、普通辉石、橄榄石等矿物组成。具典型的杏仁状构造。处在江南潮湿多雨的气候条件下,由于风化作用,使其原生成岩矿物变成氧化铁、碳酸盐、绿泥石、方解石、高岭石等次生矿物。当进一步风化时,碳酸盐被淋滤,剩下的水铝矿物和氧化铁(褐铁矿)混合物组成红色及褐色土。
玄武岩风化红(褐)土外面上与碳酸盐风化红土稍有区别,它色泽较暗,随深度的增加颜色变浅,呈褐黄色,时夹紫、黑斑点。随浓度增加,粉粒增多,而成为粉质粘土。观察开挖的土体断面,略见母岩的原生柱状节理。这些由玄武岩风化成的土体,一般可作为第四系残积层看待,也可视为玄武岩的全-强风化带。在江西玉山地区厚度为8.70~10.90米,最厚达20余米。根据勘探揭露剖面,该红褐地基上部为玄武岩风化的红褐土(粉质粘土),层厚1-3米,含水量为33~45%,孔隙比大于1,液性指数(IL)为0.33~0.62,压缩系数一般为0.32~0.55MPa-1,承载力特征值190~200KPa,下部为强风化玄武岩,强风化玄武岩分为上下两段,上段呈灰褐-褐色,层厚5~8米,原岩结构构造清楚,致密状,风化裂隙发育,承载力特征值200~230KPa。下段:下段的上部3-5米呈松散状,由软塑状粉质粘土夹强风化玄武岩碎块组成;上段含玄武岩碎块小于30%,下部含玄武岩碎块较多达40~50%,根据重型圆锥动力触探和静力触探测试,该段上部承载力特征值仅60~80Kpa,下部可达到120~150KPa。
2. 玄武岩风化红(褐)土的化学成分及矿物组成
以江西玉山物质局大楼工程、玉山广电大厦、广丰某工程为例,玄武岩(橄榄玄武岩)、玄武岩风化红(褐)土化学组成(3-5个样品算术平均值)见表:
从玄武岩风化为红(褐)土的过程中,SiO2、MgO、CaO、K2O+Na2O强烈流失;Al2O2、Fe2O3急剧增加。
玄武岩红(褐)土的矿物组成,以高岭石为主,含一定量褐铁矿、粘土矿物。矿物组成较稳定。
3. 玄武岩风化红(褐)土的物理力学性质
从江西玉山-广丰地区数十个工程中,采集原状土样上百个,根据土工试验结果,综合起来,其物理力学性质有以下几个特点:
(1)具有较小密度(ρo)和较高孔隙比(e)。由于玄武岩风化成红(褐)土时一些化学成分淋滤,所以密度(ρo)一般在0.968-1.416之间,而其孔隙比(e)达1.318~1.78。
(2)天然含水量(w)与塑限(wp)相近。而液性指数(IL)较小。这说明土的天然含水量(w)是以土粒表面的结合水和吸附水为主。因而含水量较高,但土体仍存半固体状态。虽孔隙比(e)大,但承载力较高。
但在玉山物资局大楼工程施工中,个别地段发现玄武岩风化红(褐)土,天然含水量(w)随深度增加略有增加。从地表往下至10-00-13.50米时,为含角砾的粉质粘土,含水量高达45.43~64.44%,呈软塑状,这与玄武岩风化成红(褐)土时古地理环境有关,由于土体处于中风化玄武岩之上,中风化玄武岩可视为隔水层,由于地下水的活动,导致玄武岩风化红(褐)土含水量急剧增加。
(3)玄武岩风化的红(褐)土层中,Fe2O3平均值为21.5%,其土粒比重均在2.66~2.74之间,它比碳酸盐风化红土的土粒比重(Gs)明显增大。
(4)玄武岩红(褐)土,液限(wl)与塑限(wp)比值平均为1.295,而临近玉山-广丰的浙江江山地区,碳酸盐岩风化红土液-塑限之比达2.2左右。
(5)玄武岩风化红(褐)土虽然孔隙比很大,但压缩系数(a1-2)仍为 0.32~0.55MPa,属中压缩土,抗剪强度中,凝聚力(C)为32.5~60.0KPa,内摩擦角(φ)25~34°,浸水压缩无湿陷性。
4. 玄武岩风化红(褐)土在原位测试中的表现
在广丰-玉山玄武岩风化红(褐)土地基勘察中,我们采用了标准贯入、重型圆锥动力触探、静力触探等多种原位测试手段。玄武岩风化红(褐)土上部为可塑状的粉质粘土,标准贯入锤击数13~15击,含玄武岩角砾的砾质粘性土10~12击,底部仅5-6击。重型圆锥动力触探含玄武岩角砾的砾质粘性土上部仅5~6击,下部小于3击。静探测试表明,比贯入阻力(Ps)随深度的增加而逐渐变小,Ps曲线跳动、层次明显,与钻孔可比性能较好。
5. 玄武岩风化红(褐)土地基承载力特征值计算
由于玄武岩风化红(褐)土孔隙比(e)较大,若按特殊类土-红粘土(碳酸盐岩风化土)勘察规范来对待玄武岩风化红(褐)土地基,既不合适又复杂化了。笔者认为,在评价玄武岩风化红(褐)土地基时,首先进行工程地质调查,分析玄武岩风化红(褐)土地基的特征。在工程地质条件简单或中等的场地,布置1/3的取土孔或1/2取土、原位测试孔,钻孔的深度以钻至未风化岩石(而不是岩块)3米为度。为了便于野外准确分层,可取适当的原状土样,根据不同的土层应多作野外原位测试(标准贯入试验、重型圆锥动力触探试验等),以确定其土层承载力特征值。也可适当布置静力触探孔,与钻孔施工类比,综合确定玄武岩风化红(褐)土的承载力特征值。
实践证明,玄武岩的自身化学成分及玄武岩成岩后风化环境差异决定了风化特征不同。因此,在评价江西玉山-广丰地区玄武岩风化红(褐)土地基时,应考虑到它的特殊性,使用野外原位测试成果,参照使用静力触探的计算指标,综合提出玄武岩风化红(褐)土地基的承载力特征值。由我院施工已建成的广丰某工程和玉山物资大楼、玉山广电大厦等工程,它们均是玄武岩风化红(褐)土地基,由我们提供的综合承载力特征值,得到了有关单位的认可。它节约了投资,加速了施工进度,为今后在玉山-广丰地区从事玄武岩风化红(褐)土地基勘察提供了一定的参考依据。
[文章编号]1006-7619(2010)09-01-797
【关键词】玄武岩风化红(褐)土地基;地基特征;承载力特征值
Research on ground characteristics and bearing capacity characteristic values of basalt and red (brown) of soil at Jiangxi Yushan - Guangfeng area
Wei Zhi-an1, Chen Xiang-yong2, Xia Kun 3
(1. Ningbo East China Nuclear Industry Exploration Institute Ningbo Zhejiang 315800;
2. Ningbo Free Trade Zone Engineering Supervision Company Ningbo Zhejiang 315800
)
【Abstract】According to Jiangxi Yushan, Guangfeng weathering of basalt area and red (brown) the foundation soil conditions, from the field characteristics, soil physical and mechanical properties, chemical composition and in situ testing, the integrated presentation of the reddish brown soil foundation bearing capacity calculation method.
【Key words】Basalt weathering red (brown) land base; Ground features; Bearing capacity value
江西玉山-廣丰地区,位于赣东北-浙西北接壤处。处于赣杭构造带江山-广丰段。地表广泛出露上白垩统南雄组(K2n)玄武岩。(至少有两层以上)。在玉山-广丰地区工程勘察中,笔者有幸接触了玄武岩红(褐)土地基,本文试图从它的野外特征、物理力学性质、化学成分及原位测试等方面进行论述,最后就这类土的承载力特征值谈点看法。
1. 玄武岩风化红(褐)土的成因及野外特征
玄武岩属基性喷出岩。由基性斜长石、普通辉石、橄榄石等矿物组成。具典型的杏仁状构造。处在江南潮湿多雨的气候条件下,由于风化作用,使其原生成岩矿物变成氧化铁、碳酸盐、绿泥石、方解石、高岭石等次生矿物。当进一步风化时,碳酸盐被淋滤,剩下的水铝矿物和氧化铁(褐铁矿)混合物组成红色及褐色土。
玄武岩风化红(褐)土外面上与碳酸盐风化红土稍有区别,它色泽较暗,随深度的增加颜色变浅,呈褐黄色,时夹紫、黑斑点。随浓度增加,粉粒增多,而成为粉质粘土。观察开挖的土体断面,略见母岩的原生柱状节理。这些由玄武岩风化成的土体,一般可作为第四系残积层看待,也可视为玄武岩的全-强风化带。在江西玉山地区厚度为8.70~10.90米,最厚达20余米。根据勘探揭露剖面,该红褐地基上部为玄武岩风化的红褐土(粉质粘土),层厚1-3米,含水量为33~45%,孔隙比大于1,液性指数(IL)为0.33~0.62,压缩系数一般为0.32~0.55MPa-1,承载力特征值190~200KPa,下部为强风化玄武岩,强风化玄武岩分为上下两段,上段呈灰褐-褐色,层厚5~8米,原岩结构构造清楚,致密状,风化裂隙发育,承载力特征值200~230KPa。下段:下段的上部3-5米呈松散状,由软塑状粉质粘土夹强风化玄武岩碎块组成;上段含玄武岩碎块小于30%,下部含玄武岩碎块较多达40~50%,根据重型圆锥动力触探和静力触探测试,该段上部承载力特征值仅60~80Kpa,下部可达到120~150KPa。
2. 玄武岩风化红(褐)土的化学成分及矿物组成
以江西玉山物质局大楼工程、玉山广电大厦、广丰某工程为例,玄武岩(橄榄玄武岩)、玄武岩风化红(褐)土化学组成(3-5个样品算术平均值)见表:
从玄武岩风化为红(褐)土的过程中,SiO2、MgO、CaO、K2O+Na2O强烈流失;Al2O2、Fe2O3急剧增加。
玄武岩红(褐)土的矿物组成,以高岭石为主,含一定量褐铁矿、粘土矿物。矿物组成较稳定。
3. 玄武岩风化红(褐)土的物理力学性质
从江西玉山-广丰地区数十个工程中,采集原状土样上百个,根据土工试验结果,综合起来,其物理力学性质有以下几个特点:
(1)具有较小密度(ρo)和较高孔隙比(e)。由于玄武岩风化成红(褐)土时一些化学成分淋滤,所以密度(ρo)一般在0.968-1.416之间,而其孔隙比(e)达1.318~1.78。
(2)天然含水量(w)与塑限(wp)相近。而液性指数(IL)较小。这说明土的天然含水量(w)是以土粒表面的结合水和吸附水为主。因而含水量较高,但土体仍存半固体状态。虽孔隙比(e)大,但承载力较高。
但在玉山物资局大楼工程施工中,个别地段发现玄武岩风化红(褐)土,天然含水量(w)随深度增加略有增加。从地表往下至10-00-13.50米时,为含角砾的粉质粘土,含水量高达45.43~64.44%,呈软塑状,这与玄武岩风化成红(褐)土时古地理环境有关,由于土体处于中风化玄武岩之上,中风化玄武岩可视为隔水层,由于地下水的活动,导致玄武岩风化红(褐)土含水量急剧增加。
(3)玄武岩风化的红(褐)土层中,Fe2O3平均值为21.5%,其土粒比重均在2.66~2.74之间,它比碳酸盐风化红土的土粒比重(Gs)明显增大。
(4)玄武岩红(褐)土,液限(wl)与塑限(wp)比值平均为1.295,而临近玉山-广丰的浙江江山地区,碳酸盐岩风化红土液-塑限之比达2.2左右。
(5)玄武岩风化红(褐)土虽然孔隙比很大,但压缩系数(a1-2)仍为 0.32~0.55MPa,属中压缩土,抗剪强度中,凝聚力(C)为32.5~60.0KPa,内摩擦角(φ)25~34°,浸水压缩无湿陷性。
4. 玄武岩风化红(褐)土在原位测试中的表现
在广丰-玉山玄武岩风化红(褐)土地基勘察中,我们采用了标准贯入、重型圆锥动力触探、静力触探等多种原位测试手段。玄武岩风化红(褐)土上部为可塑状的粉质粘土,标准贯入锤击数13~15击,含玄武岩角砾的砾质粘性土10~12击,底部仅5-6击。重型圆锥动力触探含玄武岩角砾的砾质粘性土上部仅5~6击,下部小于3击。静探测试表明,比贯入阻力(Ps)随深度的增加而逐渐变小,Ps曲线跳动、层次明显,与钻孔可比性能较好。
5. 玄武岩风化红(褐)土地基承载力特征值计算
由于玄武岩风化红(褐)土孔隙比(e)较大,若按特殊类土-红粘土(碳酸盐岩风化土)勘察规范来对待玄武岩风化红(褐)土地基,既不合适又复杂化了。笔者认为,在评价玄武岩风化红(褐)土地基时,首先进行工程地质调查,分析玄武岩风化红(褐)土地基的特征。在工程地质条件简单或中等的场地,布置1/3的取土孔或1/2取土、原位测试孔,钻孔的深度以钻至未风化岩石(而不是岩块)3米为度。为了便于野外准确分层,可取适当的原状土样,根据不同的土层应多作野外原位测试(标准贯入试验、重型圆锥动力触探试验等),以确定其土层承载力特征值。也可适当布置静力触探孔,与钻孔施工类比,综合确定玄武岩风化红(褐)土的承载力特征值。
实践证明,玄武岩的自身化学成分及玄武岩成岩后风化环境差异决定了风化特征不同。因此,在评价江西玉山-广丰地区玄武岩风化红(褐)土地基时,应考虑到它的特殊性,使用野外原位测试成果,参照使用静力触探的计算指标,综合提出玄武岩风化红(褐)土地基的承载力特征值。由我院施工已建成的广丰某工程和玉山物资大楼、玉山广电大厦等工程,它们均是玄武岩风化红(褐)土地基,由我们提供的综合承载力特征值,得到了有关单位的认可。它节约了投资,加速了施工进度,为今后在玉山-广丰地区从事玄武岩风化红(褐)土地基勘察提供了一定的参考依据。
[文章编号]1006-7619(2010)09-01-797