花崗巖殘積層特性對地鐵深基坑的影響和應對措施

摘 要：花崗巖在風化作用下容易形成不同厚度的殘積土層，具有不同的物理力學性質以及結構性、不均勻性、崩解軟化特征，在進行地鐵工程建設中，存在著極大的影響和作用。文章主要以廣州地鐵六號線二期黃陂站工程施工為例，從花崗巖殘積土的形成原因、分布特征以及工程特性等方面出發，對其工程施工影響與應對措施進行分析論述，以提高花崗巖殘積層地質條件下的工程施工技術水平，保證工程施工建設質量。

關鍵詞：花崗巖殘積土；特性；不均勻性

花崗巖殘積土是花崗巖經物理風化和化學風化后殘留在原地的碎屑物。廣州地鐵六號線二期工程黃陂站的花崗巖殘積土地質特征，就是花崗巖巖體在濕熱條件下經長期的物理以及化學作用后，留存在花崗巖侵蝕作用發生原地形成的花崗巖殘積土。文章主要結合花崗巖殘積土的形成原因及其特殊性質特點，在工程施工中影響作用與應對措施進行分析論述。

1 花崗巖殘積土的形成原因分析

通常情況下，組成花崗巖巖層的主要成分包括石英、云母以及長石、方解石等，并且花崗巖巖層的性質分布比較均勻，巖層質地堅硬，具有相對比較高的抗壓強度。但花崗巖巖層中本身所具有的的原生以及次生裂隙，這些巖層裂隙由于受到花崗巖巖層中其他結構部分的作用影響，再加上外界水與空氣的風化介質作用影響，使其在巖層結構的熱脹冷縮作用下，巖層裂隙擴大，風化形成花崗巖殘積土。我國南方地區氣候溫暖以及氣溫高、多雨水、濕度較大等特點，更加容易促成花崗巖的風化作用形成，從而形成以粘土礦物為主的花崗巖殘積土層。

2 花崗巖殘積土的特性分析

2.1 黃陂站花崗巖殘積土分布情況

廣州廣州六號線二期工程黃陂站施工段的花崗巖殘積土類型，主要有殘積粉質粘土以及花崗片麻巖全風化帶兩種。其中，殘積粉質粘土主要呈現褐紅色、褐黃色、灰綠色等，組成物主要為砂質粘性土、部分礫質粘性土及粘性土，含風化殘留石英顆粒及巖石碎屑，呈硬塑～堅硬狀，粘塑性差，手搓易散，遇水易軟化、崩解。壓縮性中等；而花崗片麻巖全風化帶主要呈褐黃色、灰褐色、褐紅色等，原巖組成織結構已全部風化破壞，但尚可辨認，巖芯呈堅硬土柱狀，易扳開捻碎，遇水易軟化、崩解，壓縮性中等。

2.2 花崗巖殘積土的特性

花崗巖殘積土是花崗巖在風化作用下形成的，不僅是一種可塑以及硬塑性狀，并且土體結構孔隙比較高、壓縮性能好、抗剪強度高、粗粒含量比較多的特殊性土體，而且花崗巖殘積土本身還具有相關的物理力學特性以及不均勻性、崩解軟化性、結構性等特征。

2.2.1 花崗巖殘積土的物理力學特征

首先，花崗巖殘積土的物理力學特征主要體現在，在天然狀態下，花崗巖殘積土本身的強度作用比較高，尤其是在花崗巖殘積土最下層的砂礫質殘積土結構層中，它的壓縮性能處于中等偏低的狀態，并且平均孔隙比以及透水性作用比較大，但是在花崗巖殘積土的表層結構中，土層的孔隙比以及透水性卻相對比較小，并且整個花崗巖殘積土的土層結構中，孔隙比以及透水性是呈現從上到下逐漸增加的變化，在最下層土層結構中，孔隙比以及透水性能達到最大。

2.2.2 花崗巖殘積土的不均勻特性

而花崗巖殘積土的不均勻特性，主要是體現在花崗巖殘積土的物理力學性能指標通常是呈現一個中到高的階段的變化性，這也從另一個側面說明了花崗巖殘積土的土質均勻性比較差。此外，在花崗巖殘積土中，一些比較常見的不均勻巖脈分布，導致花崗巖殘積土結構層中，有的巖脈抗風化能力比較強，而有的巖脈抗風化能力比較弱等，這也是花崗巖殘積土不均勻特性的重要體現。

2.2.3 花崗巖殘積土的崩解軟化特性

花崗巖殘積土的崩解軟化特性則是花崗巖殘積土在水化作用下，呈現散粒狀或者是片狀、塊狀等剝蝕崩落現象，并且隨著花崗巖殘積土中的水分含量增加，花崗巖殘積土的強度作用會呈現降低、壓縮性比呈現增加的變化，這就是指花崗巖殘積土崩解軟化特征。

最后，花崗巖殘積土的結構性特征，主要是與花崗巖殘積土的成因有著一定的關系，在形成過程中本身就保留著一定的特定結構特征。

3 花崗巖殘積土特性對工程影響分析

3.1 工程施工概況

廣州六號線二期工程黃陂站，主體結構基坑長462.6m，車站標準段基坑寬18.8m，深16.55m，主體基坑底部主要為殘積粉質粘土和花崗片麻巖風化帶等花崗巖殘積土地質地帶。采用明挖法施工，并在車站主體圍護結構采用800mm厚的地下連續墻+豎向3道內支撐，進行基坑開挖的支護。

3.2 花崗巖殘積土特性對工程影響

根據相關研究的花崗巖風化殘積土及其風化帶物理力學性質可知，花崗巖殘積土及其全風化帶孔隙比大，土層處于飽和狀態，黃陂站花崗巖殘積土層均位于地下穩定水位以下，長期受水浸泡，一旦開挖擾動，土的粘結強度快速降低，同時導致土中的粉粒、粘粒紛紛脫離石英顆粒，土層迅速崩解。如果基坑水浸嚴重，開挖過程中對土層又進行了劇烈的擾動，花崗巖殘積土層中的細粒土迅速與水融合形成泥漿，其中的粉粒由于比重較大，在懸液中沉降較快，多沉淀于坑底，懸液中懸浮的粘粒含量有限，導致整個土體瓦解，失去粘聚力而可能引起基坑失穩、地面沉降等地質問題，從而導致施工風險增大。如下圖1所示，即為花崗巖殘積土對基坑失穩的滑移破壞影響示意圖。

（1）軟化作用下的滑移破壞 （2）滑移拉裂破壞

圖1 花崗巖殘積土對基坑失穩的滑移破壞影響

根據對于花崗巖殘積土的遇水崩解軟化的相關特性研究，花崗巖殘積土的軟化崩解率在37%到40%之間，并且遇水軟化崩解的速度非常快，花崗巖殘積土的強度也會出現急劇降低。

4 花崗巖殘積土工程影響的應對措施

針對上述花崗巖殘積土特性以及對于工程影響作用，在黃陂站花崗巖殘積土地質條件下基坑的施工建設中，從以下幾個方面進行避免和控制，以減少花崗巖殘積土特性對于工程的不利影響，保證工程的施工建設質量。

首先，在進行該工程項目的施工建設中，考慮到施工現場特殊的地質條件因素，為保證基坑施工強度與施工質量，基坑圍護的連續墻嵌固深度設計由普通地層的5～6米加深至基坑底部8m以上，以確保基坑隔水效果。其次，針對于花崗巖殘積土的特殊地質環境與條件，施工中還采用了基坑內設置深井降水處理方法，通過在基坑梅花形設置兩排縱向間距12.5m，橫向間距8.5m，管徑大小為800mm的降水管井，進行施工基坑內的降水處理。再次，預留了50cm級配碎石壓密處理，開挖至基底遇地面水或地下滲水上涌時，立即進行碎石拋填壓密，防止基底軟化，以保證花崗巖殘積土基底承載能力。此外，主體結構采用全外包防水，側墻和圍護結構間采用柔性防水層，兩者之間緊貼，有利于施工中隔斷地下水對基坑的浸潤，同時避免浸水條件下對土層進行劇烈擾動，保持土層的自穩性和承載能力。

5 結束語

總之，花崗巖殘積土層由于其本身的特殊性土體性質，作為施工地質對于工程存在著較大的作用和影響。黃陂站施工中采用了有效措施對花崗巖殘積層地質進行處理，對不利影響進行了避免和控制，從而確保了工程質量和工程安全。

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