紅粘土特征及其地基均勻性評價

王克穎

（貴州省有色地質(zhì)勘察局物化探總隊，貴州都勻558000）

1 概述

貴州地區(qū)殘坡積紅粘土分布范圍較廣，紅粘土分為原生及次生兩種，原生紅粘土是指分布于基巖上部且由碳酸鹽類巖石（如灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云巖等）在濕熱氣候條件下經(jīng)風化、淋濾和紅土化作用形成的一種棕紅或黃褐色的高塑性粘土，其液限等于或大于50%；次生紅粘土為原生紅粘土經(jīng)搬運、再沉積的產(chǎn)物，其仍保留原生紅粘土的基本特征，并且液限等大于45%的[1]。由于紅粘土具有獨特的物理力學性質(zhì)以及厚度變化大等特點，因而它屬于一種區(qū)域性的特殊土。

2 紅粘土的主要特征

（1）顏色：顏色除棕紅色外，還有褐黃、褐紅等色。

（2）狀態(tài)：眾多研究表明，紅粘土從地表往深部有逐漸變軟的規(guī)律；出現(xiàn)這種特征的原因可能有兩種，其一是地表水向下滲流，下部土體含水量高于上部，同時近地表土體中的水分蒸發(fā)較快，因含水量低而硬度相對較大；其二可能與下伏巖體中的基巖裂隙水有關(guān)，由于基巖裂隙水的補給和毛細管作用，導(dǎo)致靠近基巖的紅粘土含水量較近地表的土體大[2]。

（3）土層厚度：因紅粘土是由碳酸鹽巖風化、淋濾而成，而碳酸鹽巖在發(fā)生溶蝕風化時會形成較深的溶溝、溶槽，部分地區(qū)溶溝、溶槽深度可達數(shù)十米；因此，下伏碳酸鹽巖基巖面常伏較大，因而導(dǎo)致紅粘土厚度大小不一，變化很大。部分工程勘察中常發(fā)現(xiàn)，在水平方向上雖兩個鉆孔之間距離很近，但紅粘土厚度卻變化很大，局部地段甚至會出現(xiàn)突變的現(xiàn)象，相差可達10m，因而厚度不穩(wěn)定是紅粘土的重要特征之一。例如，福泉某工程的地質(zhì)勘察成果顯示，在同一工程地質(zhì)剖面上紅粘土厚度相差達6m（圖1）。

圖1 福泉某工程地質(zhì)剖面圖

（4）土層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征：裂隙發(fā)育也是紅粘土的主要特征之一，主要以豎向裂隙為主，傾斜和水平裂隙為輔。由于粘土形成于濕熱交替的氣候條件下，故土體會伴隨氣候的濕、熱交替而發(fā)生失水收縮，隨著收縮程度的加劇而形成收縮裂縫，使得土體被裂隙分割成大小不一的塊體，導(dǎo)致土體完整性變差；當紅粘土形成后，粘土中的裂隙形成了地下水的運移通道和存儲空間[2]，由于土體的存在進一步影響了紅粘土的巖土工程特性，使其不利于工程建設(shè)。

豎向裂隙是土體最主要的軟弱結(jié)構(gòu)面之一，當斜坡或陡坎上的紅粘土發(fā)育豎向裂隙時，在雨季由于雨水的長期浸泡使土體的抗剪能力降低，加上豎向裂隙中充滿水所產(chǎn)生的水壓力較大，最終在多種不利因素的共同作用下形成崩塌或滑坡地質(zhì)災(zāi)害[2]。有紅粘土層中的裂隙形成了地下水或者地表水的運移通道，在長期的水動力作用下可能會形成土洞，土洞的存在對土體的工程地質(zhì)性能影響較大，當其位于基礎(chǔ)下部時常因土洞塌陷而威脅上部建筑物的安全。

3 紅粘土的物理力學性質(zhì)

由于形成環(huán)境的特殊性，不同地區(qū)的紅粘土在物理力學性質(zhì)指標上會有所差異，總的來說具有下述特點：

（1）天然含水量高而液性指數(shù)小，說明天然含水量以結(jié)合水為主，自由水較少；

（2）飽和度大，一般在85%以上；

（3）天然孔隙比大，密度?。?/p>

（4）塑性指數(shù)高；

（5）顆粒細而均勻，粘粒含量高，具高分散性；

（6）強度高，壓縮性較低，多屬中壓縮性土，具較高的承載力；

（7）紅粘土收縮性明顯，失水后強烈收縮，原狀土體收縮率可達25%，擾動土可達40%~50%。浸水后多數(shù)膨脹性輕微（膨脹率常小于2%），但個別例外；

（8）除少數(shù)的紅粘土具濕陷性外，一般不具濕陷性。

高度分散的粘?；驓埩舻难趸锬z形成較穩(wěn)固的團粒結(jié)構(gòu)，土體近于兩相體，且土中水又多為結(jié)合水，這是構(gòu)成紅粘土具較好力學性能的基本因素之一。

但是，如前所述，由于它的多變性及成層性，進行勘察設(shè)計時，絕對不能將這種土層組成的地基視為均勻地基，而應(yīng)當將其劃分成不同的土質(zhì)單元，每一土質(zhì)單元采用一套計算指標來進行地基計算。

4 紅粘土的分類

紅粘土可按濕度狀態(tài)、土體結(jié)構(gòu)、復(fù)浸水特性及地基均勻性實行分類：

（1）按濕度狀態(tài)，即以土的含水比aw將土按表1劃分[1]。

表1 紅粘土的狀態(tài)分類[1]

（2）按裂隙發(fā)育特征，紅粘土的結(jié)構(gòu)按表2分類[1]。

表2 紅粘土的結(jié)構(gòu)態(tài)分類[1]

（3）紅粘土的復(fù)浸水特性按表3分類[1]。

表3 紅粘土的復(fù)浸水特性分類[1]

5 紅粘土地基均勻性判斷及處理

5.1 紅粘土地基均勻性判斷

由于紅粘土層一般厚度變化較大，但壓縮性較低，選用紅粘土作地基時應(yīng)進行地基均勻性評價。紅粘土地基均勻性以基底下壓縮層分布深度（Z）范圍內(nèi)的土層組成劃分[1]，詳見表4。

5.2 變形不均勻地基的處理

當不能滿足承載力和地基變形要求，需采取工程措施時，應(yīng)優(yōu)先選擇對地基進行處理，貴州省建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范[1]，地基處理主要方式如下：

（1）地基處理時可改變基礎(chǔ)寬度、調(diào)整基底應(yīng)力及增減基礎(chǔ)埋深；

（2）當根據(jù)表4判定為變形不均勻地基時，可進行地基換填處理。

表4 紅粘土地基均勻性分類[1]

①當基底有外露石芽時，由于石芽強度與紅粘土強度差異較大，可通過清除石芽并在原石芽處設(shè)置軟褥墊層，可達到地基變形協(xié)調(diào)的目的；清除石芽的體積宜等于或略大于基礎(chǔ)寬度，褥墊材料宜采用燃爐煤渣（0.5~10mm）、中粗砂等，其鋪填厚度為0.3~0.5m或由下式確定：

注：基底壓縮層分布深度Z應(yīng)按下列公式計算[1]：當單獨基礎(chǔ)的總荷載P1為500~3000kN，條形基礎(chǔ)每延米荷載P2為100~250kN/m時，單獨基礎(chǔ)Z=0.003P1+1.5，條形基礎(chǔ)Z=0.05P2-4.5[1]。

式中：ΔS——需要調(diào)整的不均勻變形量，cm；

S11——褥墊材料在相同荷載下的相對壓縮量，cm/m，由單軸壓縮試驗確定。褥墊材料分層虛鋪厚度與壓實后的厚度的比值由試驗確定，當初步確定時可選用0.85~0.87。

如圖1所示的工程，通過計算得該工程Z值為3.3m，ZK4鉆孔紅粘土基底以下厚度為0m，屬變形不均勻地基，根據(jù)上述方法對ZK4鉆孔位置進行處理后，有效地避免了地基的不均勻沉降。

②由于紅粘土具有橫向厚度差異明顯的特征，因此，對于水平方向厚度變化較大的可塑、軟塑紅粘土層，可根據(jù)勘察成果以及建筑物布置和結(jié)構(gòu)特征對地基變形較大的區(qū)域進行處理，如采用強度較高的材料進行換填墊層處理等，墊層材料可用碎石充填角礫，其底部鋪10cm厚中細砂，并分層夯實[1]。

6 結(jié)語

由于紅粘土具有特殊的巖土工程地質(zhì)特性，在勘察時，對于紅粘土層，應(yīng)分層取樣，以便準確地判定其物理力學特征。要特別注意紅粘土地基的均勻性，并對其進行分析和評價。