淺談花崗巖殘積土工程特性

吉林省水利水電勘測設計研究院 吉林長春 130012

摘要：花崗巖殘積土是一種廣泛分布，在我國多數地區都有出露的特殊性土層，它具有較強的結構聯接和較高的結構強度，常呈超固結性狀。殘積土具有抗剪強度較高.孔隙比較大，液性指數較小，壓縮模量較低的特點，常用作天然地基和樁基的持力層。但其又具有遇水易軟化、崩解的特性，與一般黏性土性質不同。

關鍵詞：花崗巖殘積土；沉降量；承載力；軟化；崩解

花崗巖殘積土在我國大部分地區廣泛分布。其一般發育在風化花崗巖頂部，并且具有較高的地基承載力和抗剪強度，常用作天然地基和樁基的持力層。由于其具有孔隙比大、親水性好、易擾動破壞、遇水易崩解等特點，其工程參數難于確定。

花崗巖殘積土與風化巖劃分原則如表1所示。

1.分布規律

由于地形、巖石結構、地下水等的差異致使風化程度不同，但花崗巖殘積土的分布從上到下具有一定的規律性：

上部主要是長石和云母風化而成的再生黏土礦物如高嶺石及水云母等組成，95%的長石和30%的石英被分解變化，大部分石英殘留，土體呈多孔狀非常脆弱，由于赤鐵礦的鐵染而呈紅色和紫紅色。往下由長石變化而成的角蘭閃石和高嶺石組成為主，顏色中帶有白色斑狀是由于長石結晶的角閃石化的結果，總的重度低。

在以上的風化過程中，由于水的淋濾作用和氧化還原條件的變化，形成的殘積土從上到下巖石風化程度是不同的，呈上強下弱漸變過程，因此殘積土的密度也呈上小下大的趨勢，力學性質上弱下強。

中部主要的再生黏土礦物是角閃石.所以呈灰白色，大部分的石英和大半的長石、云母、角閃石殘留下來，脆性比上部差，但仍具多孔狀，水容易滲透，大雨期間易崩塌，此層下部常夾有鐵，錳的氧化物集積層，呈黑色。

下部處于交換和集積帶，風化后的再生礦物主要是蒙脫石、蛭石等，不形成角閃石。上部地層的溶脫作用使此層中硅質多，呈堿性為主，由于赤鐵礦與水作用形成褐鐵礦，因此呈黃褐色。此層是殘積土中透水性較好的含水層，大多處于硬塑狀，可形成陡坡或崖，地形上往往形成突變地形。

2.地基沉降量與承載力

花崗巖殘積土一般為可塑～硬塑的中硬土，有一定的壓縮性，若作為結構持力層，使用期結構會有一定的沉降量，在工程進行和竣工后的一段時期內必須對沉降進行監測。在眾多監測成果中發現，依據室內土工試驗成果計算的花崗巖殘積層沉降量往往比實際偏大。

沉降量計算的精度受很多因素影響，如現場地質資料的準確程度，附加應力的計算誤差、邊界條件的復雜性、壓縮指標的代表性等，在地層條件比較清楚，土層的力學指標比較有代表性的情況下，沉降計算的誤差一般在20%以內。花崗巖殘積土沉降計算誤差往往超過這一范圍。

究其原因，主要是土中含有較多粗顆粒和試驗方法的局限性。粗顆粒的物質成份以強度高、壓縮性小的石英為主。室內試驗抽樣過程中，試件切割把較多粗顆粒從試件中剝離出來，使試件表面呈蜂窩狀，然后又用強度低、壓縮性高的細粒土補平表面。用這種方法制成的試樣已不能正確反映原土樣的顆粒組成；同時用壓縮性高的細粒土取代試樣內的部分石英顆粒，導致壓縮模量偏低，壓縮系數偏高。加之取土器不標準，取樣方法不當，運輸和環刀試驗中的擾動，殘積土的室內土工試驗值可靠性偏小，也是必然的。

地基承載力是地基受荷后塑性區限制在一定范圍內保證不產生剪切破壞而喪失穩定，因而承載能力主要在于抗剪強度。抗剪強度在各種情況下是變化的，殘積土的抗剪強度隨密度的增加而增加，且含水量變化對密度也有直接影響；隨黏粒含量和黏土礦物含量的增加黏聚力提高，抗剪強度提高；天然結構破壞以后，其抗剪強度會劇烈降低。此外，隨著法向壓力逐漸增長，抗剪強度也會變化，風化過程也會降低抗剪強度，孔隙溶液濃度的降低以及鹽份的淋濾使抗剪強度也會逐漸減小。

按臨塑荷載公式計算的地基承載力特征值。用載荷試驗驗證時發現，按公式計算的承載力特征值比載荷試驗得到的實際承載力偏低或偏高。造成這種原因是花崗巖殘積土具較強的結構性。在取樣、運送樣品過程中樣品易擾動破壞其結構性。致使承載力降低；或者是試驗過程中操作的人為誤差導致抗剪強度較實際小。

根據砂質黏性土室內試驗數據查表所得地基土承載力一般偏低，因此在工程實際應用中，計算承載力時宜以現場原位測試為準。

巖土工程實踐表明，對于含有較多粗顆粒的黏性土，現場原位測試會得到比室內試驗可靠的結果。勘察報告中提出的殘積土指標，物理指標主要依據室內土工試驗，力學指標主要依據原位試驗指標為宜。

3.軟化與崩解

花崗巖殘積土與一般黏性土不同之處在于土中具有不同數量的石英顆粒，且分布較為均勻、土中的顆粒通過黏聚力連接，因此便出現了力學強度和抗水性。殘積土的黏聚力是除保持了原母巖留下的原始黏聚力外，更重要的是長石和云母等礦物完全風化后各種化學物質從孔隙水中析出的沉淀（或淋濾）物起了一種天然膠結的作用。膠結作用能在土顆粒間形成水穩性連接，礦物顆粒與水長期作用以及礦物顆粒之間本身長期接觸的結果。在花崗巖殘積土中石膏等膠結物質所引起的非抗水性黏聚力比起氧化硅、鐵、錳等膠結物質引起的抗水性黏聚力小得多，因此，膠結作用產生的黏聚力是附加在原始黏聚力之上的，它隨著環境的轉移而增減。

花崗巖殘積土的上述特性決定了其軟化及崩解特性。軟化特性是指殘積土隨著含水量的增加，其強度降低，壓縮性增大的性質。土體中含水量增加，在土體中起膠結作用的游離氧化物的溶解量隨之增加，從而使土體強度降低，壓縮性增大。崩解是指浸泡在水中的花崗巖殘積土呈散料狀、片狀化崩落現象。

殘積土的這兩個特性，不利于水工結構的穩定，使結構的后期沉降加大，因此施工中應對殘積土這兩個特性有充份的了解和妥當的解決方案。應盡量減少基槽開挖與基床施工的間歇，同時注意導水及天氣變化，高寒地區注意施工時溫度。

4.結論

花崗巖殘積土工程問題雖然復雜，但卻有章可循，抓住其既有規律，問題迎刃而解；在工程應用中，計算花崗巖殘積土承載力與沉降量的數據應依據原位測試進行；花崗巖殘積土基槽開挖后，應立即施工，最大可能減少施工期土體軟化、崩解對承載力造成的影響。

參考文獻：

[1]余德彬，鄧躍光，黃榮.《珠海地區花崗巖殘積士特征》.四川建筑，第22卷1期，2002.2

[2]齊明柱，江輝煌，周神根.《深圳地區花崗巖殘積土的沉降計算及現場測試分析》.中國鐵道科學第25卷第1期，2004.2

作者簡介：

李立軍（1974-），吉林長春，高級工程師，主要從事水文地質、工程地質勘察、巖土工程研究工作。