“昔格达组”土岩

“昔格达组”土岩作为大面积高填方地基填料的研究与运用施工技术总结中冶实久凉山分公司2009年5月目录1. 前言 (1)2. 工程概况及背景 (1)3. 研究现状 (1)4. “昔格达组”作为填料的基本特性 (2)5. 填筑试验 (3)6. 现场填筑工艺试验 (5)7. 结论 (8)8. 经济效益分析 (9)9. 成果运用和推广前景 (10)一、前言攀钢西昌钒钛钢铁新基地位于西昌市区西南方向，场地中广泛分布攀西地区常见的昔格达地层，昔格达土岩不仅岩性软、强度低，颗粒细，而且稳定性差，作为大面积、高填方地基填料目前还是空白。

我公司通过对昔格达土岩的分析研究和现场试验，确定了昔格达填料的施工工艺和技术参数，完成了工程区内近千万方的昔格达填料的填筑。

二、工程概况及背景本工程为攀钢西昌钒钛资源综合利用项目，工程场地位于西昌市经久工业园区东南端，距总部攀枝花226 km，占地面积约4.6 km2。

该项目按铁400万t/a、钢坯368.55万t/a、钢材361.18万t/a的生产规模进行设计。

为满足工艺要求，力求挖填方量平衡，方案场地整平标高为1500m、1514.5m、1532m、1540.0m、1542m、1555m等多个平台；填方区占场区总面积约65％，填方最大厚度约35m，最高填方边坡超过20m。

据设计初步估算，挖填方量各为4000万方左右，约占场地总面积的62～65%，为了尽量实现挖填平衡，减少外运弃土，确保工程施工的顺利进行，挖方区的土料就必成为填方区填料。

填料的类型取决于挖方区地层构成及其岩性特征，根据地勘结果，场地红线内填料的类型以“昔格达组”地层的料源为主，填料中80%是“昔格达”组地层，是国内有名的易滑地层和地质灾害高发地层。

主要由粉细砂岩、粘土岩及砂质粘土岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩等组成，因此昔格达填料是由上述多种土岩组成的混合填料，与单一类型填料相比具有更为复杂的介质特征，将其用作钢铁基地地基填料，需要验证其能否满足地基对填料的基本要求。

进行“昔格达组”土岩作为大面积高填方地基填料的研究与运用，不仅具有重要的理论价值，而且在工程实践中也有重要意义。

在本工程中，我公司承担了1000多万方的挖填，主要负责钒制品平台、焦化厂平台、煤气柜平台等的场地，填方厚度一般5m～20m，局部填方厚度达35m，在填方10米深度内的压实系数要求达到0.92，填方超过10米的压实系数要求达到0.90。

三、研究现状在攀西地区，国家在上世纪六十年代进行大规模三线建设初期，就组织专业技术人员对昔格达组土岩的性质进行了许多方面的研究。

特别是随着八、九十年代二滩电站、冕宁大桥水库、龙洞水库等一批水利工程的开工建设，及大型的工业与民用建筑，道路和桥梁修建在这种土基之上。

昔格达组土岩的工程地质性质逐渐为人们所进一步认识，对于昔格达组土岩作为填料的工程研究虽有一些成功实例，但也仅限于局部领域的探索阶段，其在大面积高填方地基应用研究中更是一片空白。

填料理论研究方面的发展与工程实践相对而言较为滞后，目前专门研究填料的理论还较为少见。

大量工程实践证明，原始的昔格达组土岩具有较差的物理力学性质，而作为填方地基填料，更重要的是这种填料压实后的强度、含水率等能否满足工程的需要。

这主要决定于组成填料的物质成分及这些物质本身所具有的物理力学性质。

因此，有必要加强对昔格达土岩的研究，这对于攀钢西昌钒钛资源综合利用项目的早日建成以及服务于西部大开发基础设施的建设都具有重要意义。

四、“昔格达组”作为填料的基本特性“昔格达组”地层的岩性由粘土岩、砂质粘土岩、泥质粉砂岩、粉砂岩等相似的沉积旋回层的岩相单元组成，由于岩性旋回特征以及工程施工中机械挖填的条件，“昔格达组”地层填料可能存在粘土岩、粉砂岩及其两种岩性组成的随机混合填料，也可能与坡残积土混合，混合填料中各物质成分所占百分比决定于开挖方式和剖面地层结构。

对于较大的岩土岩，可以敲碎。

因此“昔格达组”地层作为填料存在粘土岩单料、粉砂岩单料及粘土岩与粉砂岩不同比例的混合填料等多种型式，试验室采用了在室内人工配合不同粘土岩与砂土岩含量的混合料(见表1)。

表1 昔格达组土岩性昔格达组岩石中粘粒的粘土矿物成分主要以伊利石为主，含量达66~82%，高岭石、绿泥石次之，此外还含有石英和铁的氧化物；昔格达地层岩石组成中粘粒含量虽不占主要地位，但由于粘粒中的粘土矿物具有独特的晶体结构，而且颗粒细小，具有一系列的表面特性，因此，它对昔格达岩组及其所组成的填料的工程性质具有极为重要的意义。

深入研究昔格达组土岩的性质是其作为工程填料的重要突破口。

昔格达混合料特点：粘土岩中的水呈现封闭状态，多为结合水，在这种情况下，短期日晒不能降低含水量。

粉砂岩由于粒径小，它的水分子间作用力大，同时毛细作用强，粘粒的存在，使得粉砂岩的水分不易失去。

五、填筑试验场地挖方区土作为填料，求得挖填平衡，这是减少向场外弃土，利于环保，同时降低工程造价及施工难度的最佳选择。

“昔格达组”地层填料是由“昔格达组”土岩经开挖破碎后，随机拌和而成。

在现场开挖过程中发现，粘土岩块体大，普遍粒径超过30cm，它必须清除掉，否则影响压效果。

5.1填筑场地及取土场我公司承担的Ⅱ标段共有三个取土场，一个为煤气柜挖方区域，最大取土深度为40m，第二个是钒制品挖方区域，最大取土深度为50m，第三个是Ⅳ标借土区域，最大取土深度为60m。

填土试验场地选在石灰区域，原地貌高程为1512m~1518m，设计高程为1532m，填筑最大厚度为24m，试验场50×100m。

分别从三个取土点取土，一个为煤气柜区域，取“昔格达组”粘土岩约20000 m3。

另一个为钒制品区域，取土坡残积粉质粘土约7000 m3，“昔格达组”粉砂岩及粘土岩约20000 m3。

第三个是Ⅳ标借土区域，取坡残积粉质粘土约3000 m3, 取“昔格达组”粉砂岩及粘土岩约12000 m3。

5.2室内击实试验土中的含水量是影响土的状态和工程性质的重要因素之一，含水量对昔格达组土填料工程性质的影响主要通过其介质在工程活动中的作用来体现，因此控制填料含水量是保证填筑质量的关键。

在填土的压实施工中，规定其压实程度(压实度)和施工含水量是确保填土稳定性的重要条件。

目前最为普遍的方法是以填料的室内击实试验所获得的最大干密度为基准百分数来表示填筑的压实度，并以其最优含水量为基准来控制施工含水量的范围。

昔格达填料是一种多物质成分的混合填料。

在现场施工中发现，当含水量超过一定值时，随着压实功能的增加，其压实密度反而降低，施工作业面出现局部隆起、裂纹及弹簧现象。

填料承载能力与抗剪切破坏能力显著下降。

而当填料含水量过低时，在压路机振动冲击能量的作用下，施工作业面上填料颗粒变得松散，完全失去粘结能力，遇到刮风，更是尘土飞扬.随着振动的加强，这种现象越发严重，表面密度将急剧下降，抗剪能力丧失，承载能力也将受到一定程度的影响.因此，填料的含水量必须在一定的范围内才能满足施工建设的要求。

由于“昔格达组”土岩本身强度不高，容易破碎，对于粒径范围可以取压实层厚的2/3。

而对于含水量及粒组成分，由于它们对填料的压实起着重要的控制作用，同时由于昔格达土岩组成的复杂性导致了填料最大干密度、含水量、粒度组合等的复杂变化，从而影响并决定着混合填料的工程地质性质，决定昔格达填料是否能满足作为填筑填料的最低要求。

同时由于它是一种特殊的混合料，粘土岩和粉砂岩的混合比例对最大干密度和最佳含水量影响较大。

整体上，随含水量的增大，最大干密度减少，这是因为含水量的增加表明粘土岩在填料中的比例增大，从而降低了最大干密度。

由于“昔格达组”地层为韵律互层结构，实际上“昔格达组”填料多数情况下为混合填料，它不同于其它任何单一填料类型，其最大干密度与最佳含水量受粘土岩和粉砂岩共同作用影响，为此室内按一定比例混合的“昔格达组”填料分别进行了轻型及重型击实试验，从而把握不同配合比的“昔格达组”填料的最大干密度(ρdmax)和最佳含水量(w opt)变化规律(见表2)。

表2 混合料的最大干密度(ρdm ax)及最优含水量 (w o pt)成果统计表表2列出了在相同击实条件将昔格达组地层的粘土岩与粉砂岩按不同配比混合土料的三种混合料的击实试验及其重塑土的试验成果，从表中可以看出，在轻型击实条件下，由于击实功能较小，加之轻型击实试验要求以塑限含水量大致定为最优含水量，轻型击实试验含水量远比重型击实高，最大干密度远比重型击实试验小。

总体上看，轻型击实条件下，各种配合比的混合填料压实效果不好。

但由于占场地“填料主要成分的昔格达组”粘土岩天然含水量高及自身特性，在击实过程中，内部的孔隙不易改变，压实干密度偏低；另一方面，击实功能小，昔格达填料的级配、强度等较难控制，难以保证填筑体的均匀、稳定、密实。

对于昔格达组填料，振动冲击能量越高，填料颗粒在这种振动能量的作用下，所能达到的密实状态越大，既达到的干密度越大。

试填阶段以重型击实试验成果为主，以符合现有施工中重型碾压及夯击设备的条件。

5.3混合填料的最大干密度与最佳含水量的确定与轻型击实相比较，在重型击实条件下，三种混合比例的混合土料的最大干密度均有较大幅度提升，达到 1.81~1.88g/cm3，比单料的最大干密度 1.65~1.71 g/cm3提高10%左右，最优含水量也有较大的下降，因此其击实效果比轻型击实好。

根据试验成果，表3给出了填筑拟采用的坡残积土料、“昔格达组”单料及混合土料压实填土的最大干密度与最优含水量值作为现场施工压实度检测的标准值。

现场试验证明，这个标准对于昔格达组土岩混合料作为填料而言，是比较合适的，经过现场回弹模量、压实度测试，压实后的土体具有较高的强度。

表3 压实填土最大干密度与最优含水量成果6.1概述本工程开工时间为2008年11月9日，进场后清表、排渗和试验同时进行，试验从11月15日开始，平均每层填筑和试验需要2天，试验于2009年1月中旬结束。

试验区域宽度方向中间分成2个区域，一边用20吨压路机，一边用18吨压路机，长度方向分成2段，一段碾压方式由强到弱，一段由弱到强。

碾压遍数4~8遍。

为了准确掌握施工过程中的含水量变化，对每一次的施工运料车进行了时间、车次、含水量抽样检查。

6.2现场压实度试验在实际的工程施工中，有众多的因素制约着场平的压实效果，如松铺厚度、压实机械、压实工艺、填料性质等，如何针对昔格达填料的性质确定出最佳的压实工艺，是项目研究的重点。

为了系统地研究昔格达填料的填筑工艺，保证工程安全营运的前提下，达到成本最低，效率最高的目的。

通过试验确定最优的松铺厚度、最佳的碾压遍数、最好的碾压方式、压实机械等。

6.3松铺厚度确定及松铺系数按照设计要求，应按照30cm松铺厚度进行试验和施工，但由于规范对应的碾压设备不同以及昔格达填料的特殊性，应该研究昔格达填料的对应设备的松铺厚度。