廈門地區花崗巖殘積土勘察方法及工程特性探討

鄒廣明， 曾德建

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川成都 610031)

廈門地區花崗巖殘積土勘察方法及工程特性探討

鄒廣明， 曾德建

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川成都 610031)

花崗巖殘積土在廈門地區廣泛分布，其特殊的成因和顆粒組成使其具有砂土特征的同時，也具有黏性土的特征。文章總結了花崗巖殘積土的勘察方法，研究了該類土的工程特性，對施工提出了合理的措施建議。

花崗巖殘積土； 勘察方法； 工程特性

1 廈門地區的花崗巖殘積土

廈門地區的花崗巖殘積土主要是燕山期花崗巖類巖石的風化產物。花崗巖在濕熱條件下，經過長期的物理、化學風化作用，并殘留于原地，形成了花崗巖殘積土。其分布廣泛，厚度可達70 m以上，是該地區工程建設巖土層的重要組成部分，它是低層、多層建筑物的主要持力層、受力層，也是高層建筑物基坑邊坡的主要地層。

花崗巖殘積土作為廈門地區普遍分布的一種特殊土層，有著獨特的工程特性。在實際工程勘察過程中，經常會出現原位測試與室內土工試驗結果不符的情況，使得很難用一般技術規范來確定其力學參數等問題。筆者總結了在該地區勘察工作的經驗及注意事項，研究了該類土的工程特性，對施工提出了合理的措施建議[1-2]。

2 花崗巖殘積土分類標準和分層依據

2.1 分類標準

花崗巖殘積土可根據大于2 mm的顆粒含量，對殘積土進行更進一步的劃分(表1)。

表1 花崗巖殘積土定名與分類

2.2 分層依據

由于花崗巖殘積土到花崗巖全風化為漸變過程，在野外鑒定時無法用肉眼對兩者進行標準統一的劃分，所以通常采用標準貫入試驗錘擊數的方法來進行劃分。當標貫擊數30≤N<50時為花崗巖全風化，當標貫擊數N<30時為花崗巖殘積土。由于花崗巖類殘積土的物理、力學指標及力學性質變化范圍較大，根據工程經驗，將殘積土分為軟塑、可塑和硬塑3層，分層依據是標貫擊數N<4為殘積軟塑狀砂質黏性土，4≤N<18為殘積可塑狀砂質黏性土，18≤N<30為殘積硬塑狀砂質黏性土。

3 花崗巖殘積土的勘探與測試

3.1 勘探取樣

取芯鉆探為最常見的勘探方法，嚴格按照勘探技術要求的鉆探資料能夠直觀地反映出花崗巖殘積土的特征，包括顏色、結構、礦物成分及塑性狀態等。同時鉆探也是采集室內試驗樣品的必要手段，采取不擾動土試樣前應采用低壓慢速鉆進。盡管花崗巖殘積土干鉆易鉆進，較易取得原狀土樣，但在采取、密封、運送的環節中還應多加注意，并且應及時送往實驗室，盡量減少外界因素對試驗值的影響。對于一些具有膨脹性、濕陷性、遇水崩解等特性，并且不易取得原狀試樣的殘積土，宜采用挖掘探井采取不擾動試樣。

在地質界面復雜、難以采用傳統勘探手段予以查明時，宜利用工程物探可連續加密測點獲取連續地質界面的優點，合理選擇工程物探方法，采用以工程物探、井探為主，鉆探為輔的綜合勘探方法。

3.2 原位測試

原位測試是在巖土層原來所處的位置，基本保持其天然結構、天然含水量以及天然應力狀態下，測定巖土的工程力學性質指標。其優點在于可以測定難于取得不擾動土樣的有關工程力學性質、可避免取樣過程中應力釋放的影響、代表性強等。

標貫試驗具有簡便、成熟等特點，是目前土層評價中最普遍使用的一種原位測試手段。尤其是在花崗巖分布地區，標貫試驗不僅是判別殘積土、全風化和強風化層的主要手段，而且還可以利用各種經驗公式估算花崗巖殘積土的壓縮模量、承載力特征值等。但標貫試驗易受人為因素影響，并且其擊數的離散性較大，在利用標貫確定力學指標時應注意分析篩選。

波速試驗、旁壓試驗、平板載荷試驗和現場直接剪切試驗等原位測試的綜合運用可以獲得各種工程力學性質指標。需特別提醒的是，在花崗巖殘積土、全風化、散體狀強風化層較厚的地段，進行波速測試的鉆孔深度應大于50 m，以確定覆蓋層厚度并判定場地類別。

3.3 室內試驗

花崗巖殘積土應進行常規的物理性質和力學性質指標試驗，包括天然密度、顆粒密度、天然含水量、天然孔隙比、孔隙率、飽和度、液限、塑限、塑性指數、液性指數、含水比、干密度、自由膨脹率、抗剪強度、壓縮系數、壓縮模量等。對于殘積土邊坡工程，除應進行常規的抗剪強度試驗外，還需進行殘余強度抗剪試驗、飽和強度抗剪試驗。

當含有大于0.5 mm 顆粒時，應進行過篩，用0.5 mm的篩下土測定其液限和塑限含水量。花崗巖殘積土過0.5 mm 篩下土測定的液性指數不能代表原狀土的稠度。不難想象，d> 0.5 mm 的土含量越大，所計算出的稠度與實際土性相差越大。

4 花崗巖殘積土的工程特性

花崗巖的主要成分是石英( 20 %～30 % )、長石( 60 %～70 % )、云母及角閃石( 5 %～10 % ) 。廈門地區氣候溫暖、氣溫高、雨量足、相對濕度大、化學風化作用強烈，加之花崗巖本身具有原生和次生節理裂隙，石英和長石的膨脹系數相差近一倍，在水及空氣攜帶的風化介質作用下，在熱脹冷縮的過程中，花崗巖表面容易產生裂隙，隨著風化程度的加重，最終風化成為花崗巖殘積土。花崗巖殘積土的成因決定了其有著獨特的工程特性[3]。

4.1 不均勻性

(1)土層不均勻性。花崗巖殘積土各項物理力學性質指標通常為中高變異性，表明其土質均勻性較差。再者花崗巖中常見不均勻分布的巖脈，有些巖脈抗風化能力較強，而有些巖脈抗風化能力較弱，如二長巖脈、煌斑巖脈等，前者在殘積土形成硬化層，而后者形成純高嶺土化的軟弱夾層，由此形成殘積土中的原生和次生裂隙。

(2)級配不均勻性。花崗巖殘積土顆粒成分具有“兩頭大，中間小”的特點，即顆粒成分中，粗顆粒(大于2 mm)的組分及顆粒小的組分(小于0.075 mm)的含量較多，而介于其間的顆粒成分則較少。這種獨特的組分特征，使其既具有砂土的特征，亦具黏性土特征，同時也為小顆粒從大顆粒的孔隙中涌出提供可能的條件[4]。

廈門集美區某工程殘積土顆粒成分見表2。

表2 廈門集美區某工程殘積土顆粒成分試驗統計

4.2 遇水軟化、崩解性

接近地表的殘積土受水的淋濾作用，形成網紋結構，土質較堅硬，而其下強度較低，再往下由于風化程度減弱強度逐漸增加，當動水壓力過大時，容易產生管涌、流土等滲透變形現象。因此花崗巖殘積土具有遇水迅速軟化、崩解、強度急劇降低的特點，經擾動后的承載力幾乎與淤泥接近。當以花崗巖殘積土作為基礎持力層時，應采取有力的止水措施，避開雨季施工，并在開挖后立即澆注混凝土，避免人為擾動。

4.3 低變形性、較高承載力

由于花崗巖殘積土含有大量石英顆粒，在試驗試樣切取制作時極易因擾動而破壞其結構性，使其結構強度損失，導致室內土工試驗所測的壓縮模量偏低、壓縮系數偏大，加之花崗巖殘積土本身孔隙比較大，故常常被誤判為承載力較低、壓縮性較高的地基土。

室內土工試驗測得的花崗巖殘積土的壓縮系數較大(通常在0.4～0.6 MPa-1之間)，根據壓縮系數計算的地基變形量與實際情況會有較大的誤差。花崗巖殘積土還具有較高的地基承載力特征值，是建筑物較好的天然地基持力層或樁基持力層。

標準貫入試驗是野外工程勘察普及且簡便的原位測試手段，可以用來估算地基承載力特征值及壓縮模量。但在實際工程取值中，建議結合室內壓縮試驗、旁壓試驗、載荷試驗和標貫試驗等測試結果綜合分析評價，合理取值[5-6]。

5 結論

(1)廈門地區花崗巖殘積土具有不均勻性、遇水軟化、崩解性、低變形性和較高的承載力。

(2)不宜簡單地套用一般技術規范來確定花崗巖殘積土的力學參數。應采用標準貫入試驗、靜載荷試驗或其他原位測試相結合，綜合分析合理取值。

(3)花崗巖殘積土遇水具有明顯的軟化崩解特性，使得土的抗剪強度迅速降低，加之水動力作用，致使滑坡、崩塌等地質災害的發生。因此，花崗巖殘積土地區施工的決定性因素就是水的作用。基坑應加強地表防排水措施，開挖前先做好降水工作；避免雨水井、污水井等外來動水流進入基坑；基坑開挖到設計標高后宜及時封閉。殘積土的邊坡容易產生坍塌現象，可采用土體錨固支護配合混凝土噴射掛網保護坑壁和坡面。

[1] 楊茂長.福建沿海地區花崗巖殘積土工程特性探討[J].資源環境與工程,2010,24(1):41-43.

[2] 鄭勇.廈門地區花崗巖殘積土強度與變形特性研究[J].福建建設科技, 2012(6):17-19.

[3] 吳能森,趙塵.花崗巖殘積土的成因、分布及工程特性研究[J].平頂山工學院學報, 2004(4).

[4] 高建國. 花崗巖風化土中地鐵基坑施工風險和對策[J].鐵道勘察，2010(3):117-121.

[5] 黃平安,黃文縣.花崗巖殘積土的特征及承載力的確定[J].西部探礦工程，2006(6) : 22- 24.

[6] 李萍.淺談福建省花崗巖殘積土的巖土工程地質特性[J].城市勘測，2006(6):78-82.

鄒廣明(1983～) ，男，碩士研究生，工程師，從事工程地質勘察工作。

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[定稿日期]2016-08-16