紅粘土特征及其地基均勻性評價

王克穎

（貴州省有色地質勘察局物化探總隊，貴州都勻558000）

1 概述

貴州地區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（如灰巖、泥灰巖、白云巖等）在濕熱氣候條件下經風化、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搬運、再沉積的產物，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以及厚度變化大等特點，因而它屬于一種區域性的特殊土。

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：眾多研究表明，紅粘土從地表往深部有逐漸變軟的規律；出現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，由于基巖裂隙水的補給和毛細管作用，導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，而碳酸鹽巖在發生溶蝕風化時會形成較深的溶溝、溶槽，部分地區溶溝、溶槽深度可達數十米；因此，下伏碳酸鹽巖基巖面常伏較大，因而導致紅粘土厚度大小不一，變化很大。部分工程勘察中常發現，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突變的現象，相差可達10m，因而厚度不穩定是紅粘土的重要特征之一。例如，福泉某工程的地質勘察成果顯示，在同一工程地質剖面上紅粘土厚度相差達6m（圖1）。

圖1 福泉某工程地質剖面圖

（4）土層結構和構造特征：裂隙發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。

豎向裂隙是土體最主要的軟弱結構面之一，當斜坡或陡坎上的紅粘土發育豎向裂隙時，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災害[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性能影響較大，當其位于基礎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

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

（1）天然含水量高而液性指數小，說明天然含水量以結合水為主，自由水較少；

（2）飽和度大，一般在85%以上；

（3）天然孔隙比大，密度小；

（4）塑性指數高；

（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%。浸水后多數膨脹性輕微（膨脹率常小于2%），但個別例外；

（8）除少數的紅粘土具濕陷性外，一般不具濕陷性。

高度分散的粘粒或殘留的氧化物凝膠形成較穩固的團粒結構，土體近于兩相體，且土中水又多為結合水，這是構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，進行勘察設計時，絕對不能將這種土層組成的地基視為均勻地基，而應當將其劃分成不同的土質單元，每一土質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、土體結構、復浸水特性及地基均勻性實行分類：

（1）按濕度狀態，即以土的含水比aw將土按表1劃分[1]。

表1 紅粘土的狀態分類[1]

（2）按裂隙發育特征，紅粘土的結構按表2分類[1]。

表2 紅粘土的結構態分類[1]

（3）紅粘土的復浸水特性按表3分類[1]。

表3 紅粘土的復浸水特性分類[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，應優先選擇對地基進行處理，貴州省建筑巖土工程技術規范[1]，地基處理主要方式如下：

（1）地基處理時可改變基礎寬度、調整基底應力及增減基礎埋深；

（2）當根據表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置軟褥墊層，可達到地基變形協調的目的；清除石芽的體積宜等于或略大于基礎寬度，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應按下列公式計算[1]：當單獨基礎的總荷載P1為500~3000kN，條形基礎每延米荷載P2為100~250kN/m時，單獨基礎Z=0.003P1+1.5，條形基礎Z=0.05P2-4.5[1]。

式中：ΔS——需要調整的不均勻變形量，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，可根據勘察成果以及建筑物布置和結構特征對地基變形較大的區域進行處理，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 結語

由于紅粘土具有特殊的巖土工程地質特性，在勘察時，對于紅粘土層，應分層取樣，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。