花崗巖孤石的發育規律及影響評價

關宏偉 廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司

一、引言

“孤石”在我國沿海一帶較為發育，特別是廣東等沿海地區。花崗巖具有球狀（囊狀）風化的特點，這種球狀（囊狀）風化往往會形成發育在殘積土、基巖風化土中的幾十厘米到幾米不等的花崗巖孤石。花崗巖孤石具有分布離散性強、埋藏邊界隱蔽性、與周邊土體力學特征的強烈差異性等特點。

近些年來，隨著經濟的發展，公路建設取得巨大發展，然而隨著規劃、建設規模的不斷擴大，宜建空間資源越發緊張，這促使眾多新建公路工程不得不穿越特殊性巖土與不良地質發育、地質條件復雜的地段，極大的加劇了地質災害多發區的開發利用，也使得孤石帶來的危害越發突出。

前期勘察工作因布孔、受限于傳統鉆探方法等原因未能全面揭示該段花崗巖孤石特征，使得原設計線路方案在施工沖樁階段面臨著孤石層數多、厚度較大，導致沖樁難度大、工期延誤等問題。已有的工程實踐表明，在孤石發育地段，傳統的勘察以“一孔之見”難以全面描述孤石分布、賦存特征，特別是勘探過程中遇到巨型孤石（＞7m）甚至會被勘察誤判為基巖，這往往容易誤導工程設計及施工，從而對孤石發育區的建筑物、構筑物基礎工程構成潛在威脅，導致施工困難（如斷樁、增加施工成本）、上部結構失穩（如不均勻沉降）等問題，極大增加了基礎工程施工難度，造成工期延誤及不必要的經濟損失。這些都迫切要求在工程勘察階段要采取針對性的勘察方法和技術手段以求盡可能準確獲取孤石的相關信息及參數。

二、花崗巖孤石成因

花崗巖是地殼主要組成部分，學者們對影響花崗巖分化的要素做了大量的研究，為地面工程的建設提供了一些基礎的專業支持。

有學者認為形成花崗巖球狀風化的主要因素是巖石的體積變化、巖石的裂縫、巖石卸載及外部應力作用，其中巖石卸載說認為，由于板塊的上升運動是的花崗巖位置相對提升，導致上覆巖土體逐漸減少，受到的擠壓力也隨之減小，在這個過程中花崗巖體體積向外膨脹，形成許多裂縫，繼續風化形成“孤石”。

目前較為統一的認為：影響花崗巖風化的因素主要有氣候、巖石的成分、結構/構造裂隙。其中花崗巖巖石裂隙發育程度是影響巖石風化程度的重要因素，而裂隙的發育程度與地質構造背景息息相關。總體上來說，巖體中三組相互正交的原生節理是花崗巖的球狀風化的重要原因之一，在廣東省潮熱的氣候條件下，風化的過程以化學風化為主，物理風化為輔，節理交匯處的棱角經長時間風化作用被磨蝕，使得原本呈方形的棱角巖塊逐漸磨蝕變為似圓狀，形成所謂的“球狀風化”，伴隨著風化作用的進行，巖塊體積逐漸減小，并被周圍不同風化程度的風化土體包圍，當巖塊完全被風化土體包圍時，殘留的中/微風化組成部分稱為“孤石”。有學者通過花崗巖球狀風化發育分區圖與區域構造圖疊加對比，認為區域上斷裂構造的作用為花崗巖的球狀風化提供重要的地質條件。

三、花崗巖孤石分布

花崗巖孤石空間分布規律：①孤石在空間上的分布具有離散性大、埋藏深度不確定的特點，但也有一定的定性規律：在垂直方向上，孤石分布總體表現為隨著深度的增加，孤石數量減少，孤石體積增大，即“上多下少，上小下大”；②孤石主要分布在風化帶（全風化/強風化帶）中，往往表現為全風化帶中含強風化球體或中風化球體，強風化帶中含中風化或微風化球體。

四、花崗巖孤石的探測

花崗巖地層中孤石的埋藏深度、直徑大小、空間分布的研究對工程成本和工程進度的精確計算具有重要的意義，因而對地下花崗巖孤石賦存狀態的探測顯得尤為重要。

花崗巖孤石的探測目前仍處于發展階段，傳統方法一般采用鉆探法對孤石區域進行探測勘察，鉆探是探查孤石最直接、有效的手段，可有效反映孤石在垂直剖面上的分布規律，但往往需采用加密布置鉆孔進行鉆探，這在線路勘察工程上顯然造成較大的經濟和工期損失。隨著物探手段的不斷豐富，其越來越多的應用在對孤石的探測中。物探作為一種間接性的勘察手段，歸納起來主要有重力法、磁法、電法、地震法、地質雷達法和地球物理測井法等。在花崗巖孤石的探測中往往采用重力探測、高密度電法、超高密度電阻率法、反射波法、探地雷達、電磁波CT技術、聲波CT技術等方法進行探測，這些方法均能較為有效的反映出探測區域的內部地質構造。

五、結語

已有橋梁樁基工程的勘察實踐表明，地質勘察成果的準確性對施工過程是否順利的影響非常明顯。實際情況與地質勘察成果的不符則意味著設計方案的不合理，這將勢必會因工程變更等而影響工程進度和延誤工期。在經濟上，輕微的工程的變更將帶來一定程度的經濟損失。如果發生事故，工期延誤、機械設備毀壞、工程費用增加和施工企業信譽降低均無法避免，而嚴重的時候會甚至可能造成工程報廢。因此，必須要提高勘察成果的準確性，提前采取措施應對可能發生的災害對降低施工安全隱患具有極為重要的意義。