趙立敏

摘 要：隨著我國工程建設(shè)的迅速發(fā)展，對工程施工方面也提出了更高的要求。施工中遇到紅粘土對施工的質(zhì)量會造成影響，解決紅粘土的工程危害就顯得比較重要。紅粘土從發(fā)現(xiàn)至今已經(jīng)有二百多年的歷史，這是區(qū)域性的特殊土質(zhì)，在南方紅粘土的工程特性比較突出。本文主要就紅粘土的形成原因以及工程性質(zhì)加以分析，然后對紅粘土的工程質(zhì)量問題和有效防治措施詳細探究，希望能通過此次理論研究，對提高紅粘土的工程施工質(zhì)量起到促進作用。

關(guān)鍵詞：紅粘土；工程性質(zhì)；影響

中圖分類號：P642 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）14-0121-03

紅粘土是出露在地表的碳酸鹽巖系巖石在更新世以來的濕熱環(huán)境中，經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理和化學風化，特別是紅土化作用，形成并覆蓋在基巖之上，呈棕紅或褐黃等色的高塑性粘土。紅粘土主要分布在我國的華南和西南地區(qū)，分布比較廣泛。紅粘土有著其獨特的工程性質(zhì)，在工程施工前要對紅粘土的分布情況以及工程特性等有詳細的了解，制定科學和有針對性的施工計劃，只有這樣才能保障工程施工的質(zhì)量。

1 紅粘土的形成原因以及工程性質(zhì)分析

1.1 紅粘土的形成原因分析

紅粘土是特殊的土質(zhì)，其形成也有著諸多的原因，紅粘土的形成經(jīng)過了幾個重要的階段，每個階段的風化孔隙比和強度影響之間也有著相應(yīng)的關(guān)系（如圖1）。在初始階段，原始礦物部分地或者完全地物理以及化學風化。到了第二階段，就是次風化或者是紅粘土化，這一過程當中的母巖部分完全的淋濾，在經(jīng)過了分解和遷移重組，從而就為風化提供了條件。緊接著就是在第三個發(fā)展環(huán)節(jié)，一些或者是完全水合膠體出現(xiàn)了脫水的現(xiàn)象，具體的風化進行的時候，主要是從巖石的邊緣開始，然后是高嶺石充填在裂縫當中。紅粘土的成因方面有諸多假說，比較熟悉的就是水成說、殘積說以及風成說等幾個重要的觀念，每個觀點的存在都有著理論的支持。例如在殘積說的觀點方面就認為，紅粘土是巖石就地剝蝕和風化堆積作用所致，這是殘積說的觀點[1]。而“水成說”的觀點則認為，在巖石經(jīng)過了風化剝蝕的時候，通過水流的作用或者是河湖的作用，對紅粘土進行沖刷，從而就形成了紅粘土的沉積物。對于這一觀點來說，主要是認為，晚第三紀紅粘土和上覆第四紀黃粘土都是風化沉積作用所形成的。

1.2 紅粘土的主要工程性質(zhì)分析

紅粘土在工程性質(zhì)方面有其獨特的特點，其中的高強度，高天然含水量，高孔隙比等，都是比較突出的工程性質(zhì)。其中在高孔隙比和中低壓縮性的性質(zhì)上表現(xiàn)的尤為突出，紅粘土為碳酸鹽巖系出露的巖石經(jīng)紅土化作用形成的棕紅、褐黃等色的高塑性粘土。其裂隙發(fā)育，液限一般大于50，具有明顯的收縮性，在天然狀態(tài)下，紅粘土孔隙比大，多處于飽和狀態(tài)，天然含水量接近塑限，多呈堅硬、硬塑狀態(tài)，故強度比較高、壓縮性比較低。紅粘土的微觀形態(tài)方面，風化殘積粘土礦物通常結(jié)晶度不是很高，在晶形上也不是很好，粘土的礦物不管是表層的風化作用，還是深層的風化作用，風化中都殘留了母巖的假象結(jié)構(gòu)。這一形態(tài)上親緣的關(guān)系以及假象結(jié)構(gòu)，都為粘土礦物成因分析提供了重要依據(jù)[2]。在來賓母巖基巖面的部位，能夠從能譜分析圖上看到高嶺石的形貌特征。

紅粘土的高承載力工程性質(zhì)方面，主要是體現(xiàn)在強度上，主要是來自土當中游離氧化鐵的膠結(jié)。工程當中在把紅粘土作為地基的時候，通常是將其作為一般的粘土性土進行考慮，從而確定地基的承載力，沒有充分發(fā)揮紅粘土的地基承載能力，這樣就造成了工程上的浪費。

紅粘土的塑性變化的性質(zhì)也表現(xiàn)的比較突出。在這一工程性質(zhì)方面，由于紅粘土的天然含水量比較大，故此，在塑性特征變化方面較為突出，在紅粘土達到相應(yīng)厚度，地下水位就會在巖土交界附近，紅粘土從表層向下分成幾個狀態(tài)，分別是硬塑狀態(tài)以及可塑狀態(tài)和軟塑狀態(tài)。在水位抬升到相應(yīng)的高度的時候，超過或者是接近地表的時候，紅粘土的含水量就相對比較大，并且會隨著深度的增加而進一步增大，在狀態(tài)上也會進行改變，在強度上就會逐漸的降低，在壓縮性方面會顯著的提升。而在地下水位的埋深比較大的時候，并且遠離基巖面的時候，上覆紅粘土就能夠完全變成硬塑的狀態(tài)。

紅粘土工程性質(zhì)中的崩解性以及裂隙性也比較突出。這一性質(zhì)主要是在濕熱交替氣候條件下所形成的，從而發(fā)生了干縮現(xiàn)象，通常表現(xiàn)出裂隙非常發(fā)育，裂隙破壞了土體完整性，土體的強度也大大降低，土的透水性也大大的增加[3]。紅粘土在遇到水的時候就比較容易出現(xiàn)崩解的現(xiàn)象，在承載力上就大大的降低，甚至和淤積的強度相似。這就必然會對工程的安全性造成很大的影響。

除此之外，紅粘土工程性質(zhì)在超固結(jié)性以及脹塑性方面表現(xiàn)的也比較突出。紅粘土的超固結(jié)性是在前期固結(jié)壓力方面，具有隨埋深增加反常規(guī)的減小規(guī)律。在脹塑性的工程性質(zhì)層面，主要表現(xiàn)為脹縮性能相對比較低，活動性能相對比較差上。

2 紅粘土的工程質(zhì)量問題和有效防治建議

2.1 紅粘土的工程質(zhì)量問題分析

紅粘土的工程質(zhì)量問題對工程的整體安全有著很大影響，其中由地裂縫引起的質(zhì)量問題比較突出。紅粘土含水量在收縮的過程中會減少，這樣在體積上就會相應(yīng)的減小。飽和的粘土收縮會經(jīng)過幾個重要階段。在剛開始的時候，是對水膠結(jié)物固定大孔隙自由水和毛細水的蒸發(fā)，在這一過程中是正常性的收縮。而在毛細水達到相應(yīng)程度的時候，依附在土粒外的結(jié)合水就會溢出，這樣就會進一步的發(fā)生土體收縮的現(xiàn)象。然后就是結(jié)合水，土粒間的距離比較穩(wěn)定，土體的收縮變形基本停止，如果是蒸發(fā)繼續(xù)，土體就進入到殘余收縮的階段。紅粘土在實際收縮過程中，比較容易出現(xiàn)裂縫問題，這些裂縫有不同的類型，體現(xiàn)在網(wǎng)狀的裂縫以及線狀的裂縫方面，而在出現(xiàn)這一地裂現(xiàn)象的時候，如在在建建筑中穿過或在附近，對建筑的質(zhì)量安全就有著很大隱患。

再者，紅粘土工程質(zhì)量問題當中由巖溶以及土洞引起的質(zhì)量問題也比較突出，這些都會對建筑物的穩(wěn)定產(chǎn)生很大影響，如果沒有得到妥善的處理，就比較容易發(fā)生塌陷的事故。武漢市近年來已經(jīng)發(fā)生了多起巖溶地面塌陷災(zāi)害。2000年4月，洪山區(qū)喬木灣發(fā)生巖溶地面塌陷，產(chǎn)生22個陷坑，造成10余棟房屋倒塌，大面積農(nóng)田毀壞，直接經(jīng)濟損失達600余萬元，間接經(jīng)濟損失500余萬元，成為武漢市有史以來最大的一次巖溶地面塌陷災(zāi)害。2014年5月，武漢市江南新天地一在建樓房工地發(fā)生坍塌事故，2名工作人員和一臺鉆機瞬間被埋，造成了較大的人員傷亡及經(jīng)濟損失。

紅粘土工程質(zhì)量問題當中，地基塑性不均的質(zhì)量問題也比較突出。由于紅粘土地層當中所處不同深度的土層在塑性上有著不同，對上部的結(jié)構(gòu)安全就會帶來很大的影響。紅粘土地基在塑性不均勻的問題上，主要是表現(xiàn)在上硬下軟以及上軟下硬現(xiàn)象層面。對于上軟下硬的質(zhì)量問題，主要是硬塑狀態(tài)的土層受到降水的影響，紅粘土的含水量大大的增加，在達到相應(yīng)程度的時候，紅粘土滲透能力就會下降，相應(yīng)的在承載力的性能上就會下降。而在紅粘土的上硬下軟的質(zhì)量問題上，主要是地下水位埋深不大的時候，降水之后就會通過裂隙補給地下水，這一幅度并不是很大，水位在下降的時候地下水在紅粘土毛細作用下補給上部紅粘土，保持紅粘土的含水量，就會造成紅粘土處在穩(wěn)定狀態(tài)[5]。在礦山開采造成區(qū)域地下水下降的時候，地下水就不能恢復(fù)，使得整體的土層處在硬塑的狀態(tài)。

紅粘土的土壤退化以及污染的問題也越來越嚴重，土壤的侵蝕問題比較突出，在面積上也逐漸的擴大化，深度在逐漸的加深[4]。這些對工程的整體質(zhì)量都有著很大影響。

2.2 倍半氧化物對紅粘土工程性質(zhì)的影響分析

倍半氧化物對紅粘土的工程性質(zhì)有著諸多的影響，紅粘土當中的倍半氧化物主要由硅鐵鋁錳等氧化物構(gòu)成，其通過包膜的形式把土粒包住，并通過橋的形式把土顆粒有效的連接起來，從而形成島的形式依附在土粒的表面。倍半氧化物在土體當中主要起到集聚膠結(jié)作用，根據(jù)相關(guān)的試驗?zāi)軌蚩吹?，試樣當中?%倍半氧化物的時候，土的物理以及化學力學性質(zhì)就會發(fā)生變化，倍半氧化物的主要特征就是表面的活動性相對比較大，在水化程度上也比較高。膠液常常是以包裹在土顆粒表面形式存在，從而就使得土顆粒能夠聚集。紅粘土當中的小顆粒就會呈現(xiàn)出集聚狀態(tài)以及串的狀態(tài)。之所以能夠產(chǎn)生集聚效應(yīng)，就是倍半氧化物在酸性條件下帶有正電荷，膠粒帶有負電荷，兩者相互吸引，從而進行集聚。這一特殊性的結(jié)構(gòu)使主要成分集聚遷移，所以就能得到其結(jié)構(gòu)模型，主要體現(xiàn)在原始巖石結(jié)構(gòu)，定向高嶺石受到鐵不同程度浸染，使得結(jié)構(gòu)上不能和原始的礦物實施結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。

另外，倍半氧化物對紅粘土性質(zhì)產(chǎn)生的影響方面，紅粘土的孔隙比一般的土壤的孔隙要大，密度比較小，結(jié)合掃描電鏡的觀察能夠看到，紅粘土的天然狀態(tài)是呈現(xiàn)出集聚體狀態(tài)的，大小空隙使得孔隙比增加，強度高是集聚體以及微集聚體被鐵質(zhì)氧化物膠結(jié)，這樣紅粘土的結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)強度就得到了有效加大。為能有效對紅粘土的物理以及化學特征加以說明，對紅粘土的PH值以及離子交換容量和交換離子成分進行了測定，根據(jù)測定的結(jié)果就能夠看到，PH值通常會在5.8——7.3之間，在取值上和淋濾程度有著直接關(guān)聯(lián)，離子的交換容量不是很大，通常為20meq/100g土左右，還有個別的達到38meq/100g土，其中的交換陽離子成分以Ca2+、Mg2+為主，交換鹽基總量與交換容量的比值主要決定于PH值及土的淋濾風化程度[6]。

紅粘土在紅土化過程當中對工程性質(zhì)產(chǎn)生的影響表現(xiàn)，為能明確的說明，就以云南峨眉山系玄武巖風化紅粘土以及碳酸鹽類巖系風化紅粘土工程性質(zhì)加以說明。下圖2是玄武巖紅粘土的比貫入阻力Ps隨著深度變化的曲線，其隨著深度增大顯示出上軟下硬的特征。

2.3 紅粘土的工程質(zhì)量控制建議

紅粘土工程質(zhì)量問題的解決在當前已經(jīng)比較緊迫，筆者結(jié)合工程實踐，對紅粘土的工程質(zhì)量控制提出如下建議：

第一，加強裂縫質(zhì)量問題的處理。紅粘土工程質(zhì)量問題中的裂縫是比較常見的，這一問題的出現(xiàn)容易造成地基的不均勻沉降，引起建筑物墻體的開裂，以及造成邊坡的塌陷等。要想有效解決這一質(zhì)量問題，就必須在基礎(chǔ)施工前做好準備工作。施工時可通過對基底實施加固處理的措施，如鋪設(shè)碎石塊以及砂礫石等，將紅粘土的收縮變形加以擴散，不至于集中力度，這樣就能對基礎(chǔ)起到加固作用。紅粘土的裂隙發(fā)育深度通常為4—6米，有的能夠達到10米以上，所以比較適合采用樁基施工方式進行施工。通過有效解決施工過程當中的裂縫質(zhì)量問題，對保障整體的工程質(zhì)量就有著積極作用。在紅粘土的施工中，充分重視裂縫的質(zhì)量問題，保障施工的整體水平提高。

第二，加強對紅粘土的塑性處理方法實施。紅粘土工程的質(zhì)量控制當中，面對塑性不均勻的質(zhì)量問題解決方面，就要注重方法的科學實施。對上軟下硬的紅粘土，在埋藏深度不大的時候就可通過換填法加以應(yīng)用，將紅粘土層采取其他的填充物進行填充。施工時，基礎(chǔ)應(yīng)當砌置于干硬土上部，基底下要留有足夠厚度的硬塑土；對上硬下軟的紅粘土層，在下層軟土的厚度相對比較大的時候，上部的荷載也比較大時，除了采用樁基礎(chǔ)的施工方式穿越軟弱紅粘土層外，還可以采用深層高壓旋噴的方式對軟弱紅粘土進行加固。

3 結(jié)語

綜上所述，紅粘土的成因?qū)こ绦再|(zhì)的影響是復(fù)雜的，其中涉及到最初風化以及次生風化等等階段，既有化學方面的因素，也有物理方面的因素。通過此次對紅粘土相關(guān)理論的研究，就能從理論上進行深化，從而對紅粘土對工程的危害有進一步的認識，從理論上提出了幾點建議，希冀能對實際的工程施工起到一定啟示作用。

參考文獻

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[2]黃會前，何騰兵.貴州母巖（母質(zhì)）對土壤類型及分布的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2016（11）.

[3]趙蕾，陳筠，鄭莆.既有紅粘土地基壓密固結(jié)效應(yīng)研究[J].科學技術(shù)與工程，2016（02）.

[4]王成春.基于紅粘土邊坡抗剪強度指標的反算分析研究[J].土工基礎(chǔ)，2015（04）.

[5]唐薇，廖義玲，唐睿旋，易慶波，張衍林.貴州紅粘土稠度狀態(tài)指標劃分差異及其原因分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2013（05）.

[6]董潔霜.貴州紅粘土路用工程性能研究[J].長春工程學院學報（自然科學版），2015（04）.