老挝某水电站区域玄武岩残积土工程特性研究

王磊钊 农云峰

(广西电力工业勘察设计研究院，广西南宁 530023)

1 玄武岩残积土的形成

无论国内或国外，第三系及第四纪玄武岩均有大面积出露［1］。玄武岩是一种火山喷出岩，新鲜岩石颜色多为灰黑色，主要矿物成分为基性斜长石、橄榄石、辉石等。老挝位于东南亚中北部，属典型的山地国家，森林资源和水力资源极为丰富。工程区位于老挝南部，植被茂密，属热带雨林气候。在这种热带地区，湿热的气候提供了玄武岩中化学元素产生氧化;淋滤作用成为极有利条件［1］。玄武岩多呈块状，具气孔构造，上部球状节理裂隙发育。在风化的初始阶段，主要沿着基岩的球状节理进行球状风化，但仍保持母岩的原始组织结构、构造。但基岩基质逐渐变为松散，随后矿物成分开始分解，斜长石多分解成为高岭石类矿物，颜色先为灰白色，而后渐变为粉红色;橄榄石和辉石在化学成分方面也有强烈的变化，Al2O3，Fe2O3多种氧化物有着显著的积累，其他氧化物逐步严重淋失。随着风化作用进入到后阶段，母岩的结构、构造彻底破坏，矿物成分彻底分解为多水高岭石和三水铝石及胶褐铁矿和小颗粒的硅酸盐等。微细孔隙发育，通过长期缓慢的进行风化分解的红土化过程，便形成了以棕红色、褐红色为主要颜色的玄武岩风化残积土。

2 工程概况

工程区位于老挝南部Bolaven高原的东北侧，Bolaven高原为呈北西向展布的宽缓台地，有一定起伏，地面高程800 m～1 300 m。工程区处于宽缓向斜的核部，向斜轴向为315°左右。河床及左岸台地宽度范围构成向斜核部，核部地层产状近于水平。玄武岩为北方向远处两次喷发后溢流至坝址左岸区域，不整合覆盖在向斜核部上。一期玄武岩底部高程为735 m左右，与下部砂岩之间的古风化壳厚度0.6 m～3.8 m。一期玄武岩与二期玄武岩之间夹厚度为8 m～15 m的湖相沉积粘土，表明两期喷发的间隔时间比较长。

区域出露地层主要为侏罗系(J)浅海沉积物、白垩系(K)泻湖沉积物以及第三纪(N)玄武岩熔岩，北东角分布有海相沉积石炭系(C)和三叠系(T)地层。其中，玄武岩风化后在河流左岸形成大面积厚度较大的红土风化壳。

3 岩土层分布特征

残积土是母岩经物理、化学风化后残留在原地的风化物。热带多雨地区具有化学风化的良好条件，因此该区域残积土具有最典型的残积土特征［2］。所研究玄武岩残坡积粘土位于坝轴线上游150 m～450 m左岸平缓台地，面积1.0 km2。地面高程790 m～820 m，地面坡度3°～15°。土层以棕红色为主，韧性中等，硬塑状。厚度4.0 m～9.5 m，广泛分布左岸台地浅部，下部土层局部混角砾、碎石。标准贯入试验锤击数9击～20击，算术平均值为13.3 击。

下伏第二期玄武岩(N)，深灰色，隐晶质结构，气孔状构造，气孔直径1 mm～20 mm。其中玄武岩体顶部和底部气孔多，部分呈蜂窝状;中部少量气孔零星分布。第二期玄武岩浅部岩层多已风化成残积土，残留弱风化岩厚度0.9 m～4.7 m。

4 物理力学特性试验

为了研究该残积土的特性，在坝址左岸区域共取原状土样11组，取样深度为1.5 m～8.5 m;取扰动土样4组，取样深度为1.0 m～9.0 m。分别进行了常规物理性质试验、扰动土样的击实试验及土的高压试验，试验成果分别见表1～表3。

表1 土的物理力学性质成果统计表

5 土的工程特性分析

从地貌、地质构成条件和土的物理、力学性质等方面来看，玄武岩残积土是一种地区性的特殊土，不同于一般的粘性土。另一方面，该残积土的性质具有高于一般粘性土的不均匀性和不稳定性［3］。同时根据以上试验成果表明本工程区域残积土具有如下特征:

1)该土层的天然密度平均值为1.70 g/cm3，孔隙比平均值为1.19，液限平均值为64.4%，最大液限值可达82%，因此具有天然密度小、孔隙比大、液限高的特点，土的结构较疏松，具有典型的红土特征;2)该土层的自由膨胀率范围值为0.8%～30.7%，平均值为19.1%，结合其他胀缩性指标，该土为非膨胀性土，但由于土层天然含水量较高，又具有一定的收缩性，对于结构刚度差、施工质量不好的建筑物(如当地低矮房屋)仍具有轻度破坏作用，需引起注意;3)根据该土层的非浸水和饱和快剪指标及高压试验结果，土层在浸水及饱和后力学强度急剧降低，粘聚力c值降幅很大，压缩系数av和压缩模量Ei等指标均有明显变化，表明该土层抗水性较差;4)该土层渗透系数平均值为4.18×10－5，渗透性等级按GB 50487-2008水利水电工程地质勘察规范［4］附录F分级，属弱透水，结合现场土层特征，主要与土层的构造、颗粒组成、孔隙、孔洞的发育及密实程度密切相关，上部土质结构更为疏松，因此一般靠近地表的土层渗透性会大于下部土层;5)根据该土层湿化特征，土层具有湿化崩解特性。

表2 击实土的物理力学试验成果一览表

表3 土层高压试验成果统计表

6 结语

通过上述分析表明，本工程坝址区域玄武岩残积土具有典型的红土特征，具有天然密度小、孔隙比大、高液限、抗水性差、高压缩性、弱渗透性、湿化崩解等工程特性。工程勘察设计过程中最初设想利用坝址左岸区域大面积该土层作为土料场之一，但后来经过试验分析研究，确定此土层是不适宜的。该土层也不宜进行坝前区长期浸水，坝址区需对该土层采取挖除换填处理措施。

［1］林宗元，孙兆福.玄武岩风化土的工程地质评价［A］.北京:全国首届工程地质学术会议论文选集［C］.1979.

［2］陈仲颐.区域性土［J］.岩土工程学报，1988，21(4):57-58.

［3］保罗·克拉兹.某些压实后坡残积土的工程特性［A］.金来隽，译.北京:第七届国际土力学与基础工程会议论文集［C］.1994.

［4］GB 50487-2008，水利水电工程地质勘察规范［S］.