南宁第三系湖相沉积砂泥岩系工程性质的再认识

南宁第三系湖相沉积砂泥岩系工程性质的再认识

摘要：文章列举南宁第三系湖相沉积的砂~泥岩系的工程性质，并强调其随物质构成、沉积年代的不同而存在的巨大差异；指出具膨胀性的只是泥岩，粉砂岩不具膨胀性。由于现实勘察一般取不到粉砂岩样，致使胀缩性评价实际只针对可以取出的泥岩，由此入手讨论广西膨胀土地方规程的某些不足。

关键词：第三系湖相沉积(Tertiary lake deposit)；砂~泥岩系(Sand-mudstone)；胀缩性（岩）土(expansive (rock) soil)

引言

广西第三系湖相沉积的砂~泥岩系，包括南宁盆地、宁明、上思盆地、百色田东河谷等，是广西主要的一类胀缩性（岩）土，现以南宁盆地的第三系湖相沉积的砂泥岩系为例，讨论这种成岩时间短、半岩半土的特软岩的种种工程特性。

可以断言，广西工程界对这种自改革开放以来已被广泛用作高重建筑物的地基，用作建筑物的环境（支挡结构物、地下洞室围岩）用作土工构筑物的材料（路堤路基、堤坝边坡等）岩土层的认识是零星和片面的。其表现可列出下述种种；或强调其变异性和膨胀强度衰减的特性，往低估原位泥岩的较高的承载能力（包括浅基和桩基），一味降低边坡计算的强度参数（Cφ值）；或强调其中泥岩的较强的胀缩特性，将不具胀缩性的粉砂岩也有意无意的扯入其中；或对泥岩不透水，砂岩具弱~中的渗透性，这层岩层不具统一的地下水位，现实中却又对不少建筑物提出“抗浮水位”。或仅对泥岩的胀缩性有认识，对扰动、松散后的粉土粉砂亦是一种很差的填料缺乏认识，仅从“膨胀土”的角度去否定使用或改良这套岩土。从勘察的角度去看，这种认识准备不足亦是明显的。至今对这套特软岩的现场测试仅有动力触探一项，国内使用的较普遍的静力触探和旁压仪等却难在广西展开，现还通行套自花岗岩风化砂的标贯界限30击、50击、70击，作为划分砂泥岩的全风化强风化或中风化的界限标准。【1】

凡此种种，导致增加工程投入，治理措施“药不对症”的弊病是有目共睹的。有鉴于此，本文提出对该套岩层工程特性的再认识问题，并着重于讨论其随物质构成沉积年代不同所产生的显著差异性。当不顾及此种显著的差异性时，就会存在如同广西膨胀土地方规程【2】那样的显著偏差。

南宁盆地第三系砂~泥岩系的工程特性

根据多年的研究和工程实践对南宁市第三系湖相沉积含煤砂~泥岩系有如下认识：

这套岩层并非纯的泥岩或纯的粉砂岩，而是粉砂岩~泥岩的互层状得产出，若是说互层状还不太准确，因为实践中它缺乏“互层状”的韵律感；似应描述为“准透镜架迭状或鸡窝状”更准确。

砂岩和泥岩亦是这套岩石的两种极端。按其物质构成来细分还可分成泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩，它们以“鸡窝状”或“准透镜状”沉积迭合。砂岩中以粉砂质为主，但间或有较纯净的中砂，甚至很纯的石英砂。

这套岩层间或出现煤线、煤层，铁锰富集的薄层，甚至十分坚硬的铁锰“锅巴”。

泥岩中常有原生的裂隙，在开挖暴露失水后，这些裂隙张开，裂隙面呈现油脂光泽、擦痕或铁锰质浸润，这种裂隙似是泥岩沉积生成过程中的风干裂隙，分布无规律。地下洞室开挖证明，开挖洞室后顶拱和边墙的塌落和挤出常常是沿着这些裂隙发生的。

砂~泥岩系的胶结物质以泥质为主，亦有钙质、铁锰质和硅质。它们的强度及胀缩性亦随胶结物质的不同而不同，胶结物质越强，它的强度越大，胀缩性越小，泡水崩解的可能性就越小。

从南宁盆地的主要向斜构造看，向斜的轴部走向北东—东向（约沿邕宾二级路的走向），南翼较完整，北翼大部缺失。自轴部往南翼走，由新至老出露第三系渐新统含煤碎屑岩，依次为：北湖组、里彩组、南湖组、底部岩组。再往下则为古新~始新统的a、b、c、d组。

下面按区域地质图对各组岩性的描述：

渐新统含煤碎屑岩

北湖组（E3b）：浅灰、灰绿、灰色中厚层粉质泥岩、泥质夹粉砂岩。

里彩组（E3i）：灰白、灰黄、黄色中厚层石英砂岩、泥质砂岩、泥岩。

南湖组（E3n）：浅灰、灰、灰绿中厚层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩夹粉砂、下部钙质泥岩。

底部岩组（E13）：灰白、灰黄厚层细砂岩、粉砂岩、底部含砾砂岩。

古新~始新统分四组

a组Ea1-2：灰黑色巨厚层砾岩；

b组Eb1-2：浅紫红色钙质砂岩、砂岩夹泥岩、泥质砂岩；

c组Ec1-2：黄色、紫红色、红色、杂色厚层砂岩、细砂岩、底部含砾砂岩‘

d组Ed1-2：灰白、灰黄厚层含砾砂岩、粗砂岩、石英砂岩。

从渐新统的四组由新到老有如下大致的变化趋势

泥岩占的比例渐少：北湖组还可称为泥岩~砂岩互层，南湖组基本为砂岩，间有少量泥岩“夹层”，到底部岩组则全为砂岩、砾岩。

胶结物质从“弱”到“强”，即从泥质胶结逐渐出现较多的钙质胶结。

渐新统碎屑岩系一般不含地下水，起码是没有统一的地下水位：泥岩岩块是不透水的（k<10-10cm/s），只有在泥岩卸荷，干缩导致裂隙张开，这些裂隙才成为水的渗透通道。原位的泥岩是良好的隔水层，而粉砂岩具弱~中的渗透性，当“鸡窝状”的粉砂岩有较近的补给源时，低势位的开挖面会有地下水渗出，现场亦偶见粉砂层中的小泉眼。这些特点决定了现场查清地下水的源及流的难度。

从上述简单罗列砂泥岩系的性状可以看出它是由多种工程力学性质各异的特软岩的自然迭合体；透水的和不透水的，具胀缩性和不胀缩性的（下面还稍详的加以叙述）。多裂隙和无裂隙的，它们都可能因为开挖应力释放暴露扰动而强度变得很低，但其强度损失的机理却是不同的；它们自然沉积架迭的方式是复杂的；它们的胶结物质亦随着年代的不同而不同，所以这些构成了它的多变性、易变性和复杂性，决非现时对它说是“膨胀（岩）土”，或是“特软岩”等简单对待即可以解决问题的。

广西膨胀土地方规程的一些不足

胀缩性的（岩）土必定是高塑性的粘性土（岩）。粘土吸水膨胀的能力在于粘土颗粒对水分子的吸附能（颗粒表面、层面吸附及离子浓度差引起的渗透）。只有比表面积足够大，这种吸附能才足够大（常见的粘土矿物的比表面积为：蒙脱石800m2/g，伊利石80m2/g，高岭石10m2/g，）所以工程界倾向认为：土中蒙脱石的含量超过12%，才可能称之为“膨胀（岩）土”。凡粘性土都具有吸水膨胀失水收缩的特性，只是一般粘性土因其强亲水矿物含量少而不能称为“膨胀土”罢了。

广西第三系湖相沉积砂~泥岩系（包括南宁盆地、宁明、上思盆地、百色~田东河谷等）《广西膨胀土地区建筑勘察设计施工技术规程》把它们列为主要一类胀缩性（岩）土。但从上述胀缩机理看。南宁市第三系砂~泥岩系中的粉砂岩、泥质粉砂砾岩根本不是“膨胀（岩）土”，笔者认为没有明确的把它从膨胀（岩）土中排除，是多年来的一种失误。

粉砂、粉土，由于没有粘性，不易碾压密实，本身就不是好的土料。粉砂岩当其粒间缺乏较强的胶结物质时，通常因开挖扰动或原先孔隙水压力的消散造成了结构扰动，都使得它“风化”成粉砂、粉土。吸水膨胀变得软弱的泥岩，和“风化”后变得软弱的粉砂岩所引起的土工结构物的破坏表现形式和机理却都不同，但由于没有明确的把粉砂岩从膨胀（岩）土系列排除，致使很多现场工作者