廈門(mén)地區(qū)花崗巖殘積土勘察方法及工程特性探討

鄒廣明， 曾德建

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川成都 610031)

廈門(mén)地區(qū)花崗巖殘積土勘察方法及工程特性探討

鄒廣明， 曾德建

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川成都 610031)

花崗巖殘積土在廈門(mén)地區(qū)廣泛分布，其特殊的成因和顆粒組成使其具有砂土特征的同時(shí)，也具有黏性土的特征。文章總結(jié)了花崗巖殘積土的勘察方法，研究了該類(lèi)土的工程特性，對(duì)施工提出了合理的措施建議。

花崗巖殘積土； 勘察方法； 工程特性

1 廈門(mén)地區(qū)的花崗巖殘積土

廈門(mén)地區(qū)的花崗巖殘積土主要是燕山期花崗巖類(lèi)巖石的風(fēng)化產(chǎn)物。花崗巖在濕熱條件下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的物理、化學(xué)風(fēng)化作用，并殘留于原地，形成了花崗巖殘積土。其分布廣泛，厚度可達(dá)70 m以上，是該地區(qū)工程建設(shè)巖土層的重要組成部分，它是低層、多層建筑物的主要持力層、受力層，也是高層建筑物基坑邊坡的主要地層。

花崗巖殘積土作為廈門(mén)地區(qū)普遍分布的一種特殊土層，有著獨(dú)特的工程特性。在實(shí)際工程勘察過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)原位測(cè)試與室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果不符的情況，使得很難用一般技術(shù)規(guī)范來(lái)確定其力學(xué)參數(shù)等問(wèn)題。筆者總結(jié)了在該地區(qū)勘察工作的經(jīng)驗(yàn)及注意事項(xiàng)，研究了該類(lèi)土的工程特性，對(duì)施工提出了合理的措施建議[1-2]。

2 花崗巖殘積土分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和分層依據(jù)

2.1 分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

花崗巖殘積土可根據(jù)大于2 mm的顆粒含量，對(duì)殘積土進(jìn)行更進(jìn)一步的劃分(表1)。

表1 花崗巖殘積土定名與分類(lèi)

2.2 分層依據(jù)

由于花崗巖殘積土到花崗巖全風(fēng)化為漸變過(guò)程，在野外鑒定時(shí)無(wú)法用肉眼對(duì)兩者進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的劃分，所以通常采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)的方法來(lái)進(jìn)行劃分。當(dāng)標(biāo)貫擊數(shù)30≤N<50時(shí)為花崗巖全風(fēng)化，當(dāng)標(biāo)貫擊數(shù)N<30時(shí)為花崗巖殘積土。由于花崗巖類(lèi)殘積土的物理、力學(xué)指標(biāo)及力學(xué)性質(zhì)變化范圍較大，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，將殘積土分為軟塑、可塑和硬塑3層，分層依據(jù)是標(biāo)貫擊數(shù)N<4為殘積軟塑狀砂質(zhì)黏性土，4≤N<18為殘積可塑狀砂質(zhì)黏性土，18≤N<30為殘積硬塑狀砂質(zhì)黏性土。

3 花崗巖殘積土的勘探與測(cè)試

3.1 勘探取樣

取芯鉆探為最常見(jiàn)的勘探方法，嚴(yán)格按照勘探技術(shù)要求的鉆探資料能夠直觀地反映出花崗巖殘積土的特征，包括顏色、結(jié)構(gòu)、礦物成分及塑性狀態(tài)等。同時(shí)鉆探也是采集室內(nèi)試驗(yàn)樣品的必要手段，采取不擾動(dòng)土試樣前應(yīng)采用低壓慢速鉆進(jìn)。盡管花崗巖殘積土干鉆易鉆進(jìn)，較易取得原狀土樣，但在采取、密封、運(yùn)送的環(huán)節(jié)中還應(yīng)多加注意，并且應(yīng)及時(shí)送往實(shí)驗(yàn)室，盡量減少外界因素對(duì)試驗(yàn)值的影響。對(duì)于一些具有膨脹性、濕陷性、遇水崩解等特性，并且不易取得原狀試樣的殘積土，宜采用挖掘探井采取不擾動(dòng)試樣。

在地質(zhì)界面復(fù)雜、難以采用傳統(tǒng)勘探手段予以查明時(shí)，宜利用工程物探可連續(xù)加密測(cè)點(diǎn)獲取連續(xù)地質(zhì)界面的優(yōu)點(diǎn)，合理選擇工程物探方法，采用以工程物探、井探為主，鉆探為輔的綜合勘探方法。

3.2 原位測(cè)試

原位測(cè)試是在巖土層原來(lái)所處的位置，基本保持其天然結(jié)構(gòu)、天然含水量以及天然應(yīng)力狀態(tài)下，測(cè)定巖土的工程力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。其優(yōu)點(diǎn)在于可以測(cè)定難于取得不擾動(dòng)土樣的有關(guān)工程力學(xué)性質(zhì)、可避免取樣過(guò)程中應(yīng)力釋放的影響、代表性強(qiáng)等。

標(biāo)貫試驗(yàn)具有簡(jiǎn)便、成熟等特點(diǎn)，是目前土層評(píng)價(jià)中最普遍使用的一種原位測(cè)試手段。尤其是在花崗巖分布地區(qū)，標(biāo)貫試驗(yàn)不僅是判別殘積土、全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化層的主要手段，而且還可以利用各種經(jīng)驗(yàn)公式估算花崗巖殘積土的壓縮模量、承載力特征值等。但標(biāo)貫試驗(yàn)易受人為因素影響，并且其擊數(shù)的離散性較大，在利用標(biāo)貫確定力學(xué)指標(biāo)時(shí)應(yīng)注意分析篩選。

波速試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、平板載荷試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)等原位測(cè)試的綜合運(yùn)用可以獲得各種工程力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。需特別提醒的是，在花崗巖殘積土、全風(fēng)化、散體狀強(qiáng)風(fēng)化層較厚的地段，進(jìn)行波速測(cè)試的鉆孔深度應(yīng)大于50 m，以確定覆蓋層厚度并判定場(chǎng)地類(lèi)別。

3.3 室內(nèi)試驗(yàn)

花崗巖殘積土應(yīng)進(jìn)行常規(guī)的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)，包括天然密度、顆粒密度、天然含水量、天然孔隙比、孔隙率、飽和度、液限、塑限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、含水比、干密度、自由膨脹率、抗剪強(qiáng)度、壓縮系數(shù)、壓縮模量等。對(duì)于殘積土邊坡工程，除應(yīng)進(jìn)行常規(guī)的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)外，還需進(jìn)行殘余強(qiáng)度抗剪試驗(yàn)、飽和強(qiáng)度抗剪試驗(yàn)。

當(dāng)含有大于0.5 mm 顆粒時(shí)，應(yīng)進(jìn)行過(guò)篩，用0.5 mm的篩下土測(cè)定其液限和塑限含水量。花崗巖殘積土過(guò)0.5 mm 篩下土測(cè)定的液性指數(shù)不能代表原狀土的稠度。不難想象，d> 0.5 mm 的土含量越大，所計(jì)算出的稠度與實(shí)際土性相差越大。

4 花崗巖殘積土的工程特性

花崗巖的主要成分是石英( 20 %～30 % )、長(zhǎng)石( 60 %～70 % )、云母及角閃石( 5 %～10 % ) 。廈門(mén)地區(qū)氣候溫暖、氣溫高、雨量足、相對(duì)濕度大、化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈，加之花崗巖本身具有原生和次生節(jié)理裂隙，石英和長(zhǎng)石的膨脹系數(shù)相差近一倍，在水及空氣攜帶的風(fēng)化介質(zhì)作用下，在熱脹冷縮的過(guò)程中，花崗巖表面容易產(chǎn)生裂隙，隨著風(fēng)化程度的加重，最終風(fēng)化成為花崗巖殘積土。花崗巖殘積土的成因決定了其有著獨(dú)特的工程特性[3]。

4.1 不均勻性

(1)土層不均勻性?；◢弾r殘積土各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)通常為中高變異性，表明其土質(zhì)均勻性較差。再者花崗巖中常見(jiàn)不均勻分布的巖脈，有些巖脈抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，而有些巖脈抗風(fēng)化能力較弱，如二長(zhǎng)巖脈、煌斑巖脈等，前者在殘積土形成硬化層，而后者形成純高嶺土化的軟弱夾層，由此形成殘積土中的原生和次生裂隙。

(2)級(jí)配不均勻性?；◢弾r殘積土顆粒成分具有“兩頭大，中間小”的特點(diǎn)，即顆粒成分中，粗顆粒(大于2 mm)的組分及顆粒小的組分(小于0.075 mm)的含量較多，而介于其間的顆粒成分則較少。這種獨(dú)特的組分特征，使其既具有砂土的特征，亦具黏性土特征，同時(shí)也為小顆粒從大顆粒的孔隙中涌出提供可能的條件[4]。

廈門(mén)集美區(qū)某工程殘積土顆粒成分見(jiàn)表2。

表2 廈門(mén)集美區(qū)某工程殘積土顆粒成分試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

4.2 遇水軟化、崩解性

接近地表的殘積土受水的淋濾作用，形成網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)，土質(zhì)較堅(jiān)硬，而其下強(qiáng)度較低，再往下由于風(fēng)化程度減弱強(qiáng)度逐漸增加，當(dāng)動(dòng)水壓力過(guò)大時(shí)，容易產(chǎn)生管涌、流土等滲透變形現(xiàn)象。因此花崗巖殘積土具有遇水迅速軟化、崩解、強(qiáng)度急劇降低的特點(diǎn)，經(jīng)擾動(dòng)后的承載力幾乎與淤泥接近。當(dāng)以花崗巖殘積土作為基礎(chǔ)持力層時(shí)，應(yīng)采取有力的止水措施，避開(kāi)雨季施工，并在開(kāi)挖后立即澆注混凝土，避免人為擾動(dòng)。

4.3 低變形性、較高承載力

由于花崗巖殘積土含有大量石英顆粒，在試驗(yàn)試樣切取制作時(shí)極易因擾動(dòng)而破壞其結(jié)構(gòu)性，使其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度損失，導(dǎo)致室內(nèi)土工試驗(yàn)所測(cè)的壓縮模量偏低、壓縮系數(shù)偏大，加之花崗巖殘積土本身孔隙比較大，故常常被誤判為承載力較低、壓縮性較高的地基土。

室內(nèi)土工試驗(yàn)測(cè)得的花崗巖殘積土的壓縮系數(shù)較大(通常在0.4～0.6 MPa-1之間)，根據(jù)壓縮系數(shù)計(jì)算的地基變形量與實(shí)際情況會(huì)有較大的誤差?；◢弾r殘積土還具有較高的地基承載力特征值，是建筑物較好的天然地基持力層或樁基持力層。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是野外工程勘察普及且簡(jiǎn)便的原位測(cè)試手段，可以用來(lái)估算地基承載力特征值及壓縮模量。但在實(shí)際工程取值中，建議結(jié)合室內(nèi)壓縮試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、載荷試驗(yàn)和標(biāo)貫試驗(yàn)等測(cè)試結(jié)果綜合分析評(píng)價(jià)，合理取值[5-6]。

5 結(jié)論

(1)廈門(mén)地區(qū)花崗巖殘積土具有不均勻性、遇水軟化、崩解性、低變形性和較高的承載力。

(2)不宜簡(jiǎn)單地套用一般技術(shù)規(guī)范來(lái)確定花崗巖殘積土的力學(xué)參數(shù)。應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜載荷試驗(yàn)或其他原位測(cè)試相結(jié)合，綜合分析合理取值。

(3)花崗巖殘積土遇水具有明顯的軟化崩解特性，使得土的抗剪強(qiáng)度迅速降低，加之水動(dòng)力作用，致使滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。因此，花崗巖殘積土地區(qū)施工的決定性因素就是水的作用?；討?yīng)加強(qiáng)地表防排水措施，開(kāi)挖前先做好降水工作；避免雨水井、污水井等外來(lái)動(dòng)水流進(jìn)入基坑；基坑開(kāi)挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后宜及時(shí)封閉。殘積土的邊坡容易產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象，可采用土體錨固支護(hù)配合混凝土噴射掛網(wǎng)保護(hù)坑壁和坡面。

[1] 楊茂長(zhǎng).福建沿海地區(qū)花崗巖殘積土工程特性探討[J].資源環(huán)境與工程,2010,24(1):41-43.

[2] 鄭勇.廈門(mén)地區(qū)花崗巖殘積土強(qiáng)度與變形特性研究[J].福建建設(shè)科技, 2012(6):17-19.

[3] 吳能森,趙塵.花崗巖殘積土的成因、分布及工程特性研究[J].平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào), 2004(4).

[4] 高建國(guó). 花崗巖風(fēng)化土中地鐵基坑施工風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)策[J].鐵道勘察，2010(3):117-121.

[5] 黃平安,黃文縣.花崗巖殘積土的特征及承載力的確定[J].西部探礦工程，2006(6) : 22- 24.

[6] 李萍.淺談福建省花崗巖殘積土的巖土工程地質(zhì)特性[J].城市勘測(cè)，2006(6):78-82.

鄒廣明(1983～) ，男，碩士研究生，工程師，從事工程地質(zhì)勘察工作。

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[定稿日期]2016-08-16