淺談花崗巖殘積土工程特性

吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 吉林長(zhǎng)春 130012

摘要：花崗巖殘積土是一種廣泛分布，在我國(guó)多數(shù)地區(qū)都有出露的特殊性土層，它具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)聯(lián)接和較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，常呈超固結(jié)性狀。殘積土具有抗剪強(qiáng)度較高.孔隙比較大，液性指數(shù)較小，壓縮模量較低的特點(diǎn)，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(zhì)不同。

關(guān)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(guó)大部分地區(qū)廣泛分布。其一般發(fā)育在風(fēng)化花崗巖頂部，并且具有較高的地基承載力和抗剪強(qiáng)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(dòng)破壞、遇水易崩解等特點(diǎn)，其工程參數(shù)難于確定。

花崗巖殘積土與風(fēng)化巖劃分原則如表1所示。

1.分布規(guī)律

由于地形、巖石結(jié)構(gòu)、地下水等的差異致使風(fēng)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(guī)律性：

上部主要是長(zhǎng)石和云母風(fēng)化而成的再生黏土礦物如高嶺石及水云母等組成，95%的長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)石結(jié)晶的角閃石化的結(jié)果，總的重度低。

在以上的風(fēng)化過(guò)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(fēng)化程度是不同的，呈上強(qiáng)下弱漸變過(guò)程，因此殘積土的密度也呈上小下大的趨勢(shì)，力學(xué)性質(zhì)上弱下強(qiáng)。

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(zhǎng)石、云母、角閃石殘留下來(lái)，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(fēng)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(zhì)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(jié)構(gòu)持力層，使用期結(jié)構(gòu)會(huì)有一定的沉降量，在工程進(jìn)行和竣工后的一段時(shí)期內(nèi)必須對(duì)沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在眾多監(jiān)測(cè)成果中發(fā)現(xiàn)，依據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)成果計(jì)算的花崗巖殘積層沉降量往往比實(shí)際偏大。

沉降量計(jì)算的精度受很多因素影響，如現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料的準(zhǔn)確程度，附加應(yīng)力的計(jì)算誤差、邊界條件的復(fù)雜性、壓縮指標(biāo)的代表性等，在地層條件比較清楚，土層的力學(xué)指標(biāo)比較有代表性的情況下，沉降計(jì)算的誤差一般在20%以內(nèi)?；◢弾r殘積土沉降計(jì)算誤差往往超過(guò)這一范圍。

究其原因，主要是土中含有較多粗顆粒和試驗(yàn)方法的局限性。粗顆粒的物質(zhì)成份以強(qiáng)度高、壓縮性小的石英為主。室內(nèi)試驗(yàn)抽樣過(guò)程中，試件切割把較多粗顆粒從試件中剝離出來(lái)，使試件表面呈蜂窩狀，然后又用強(qiáng)度低、壓縮性高的細(xì)粒土補(bǔ)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(shí)用壓縮性高的細(xì)粒土取代試樣內(nèi)的部分石英顆粒，導(dǎo)致壓縮模量偏低，壓縮系數(shù)偏高。加之取土器不標(biāo)準(zhǔn)，取樣方法不當(dāng)，運(yùn)輸和環(huán)刀試驗(yàn)中的擾動(dòng)，殘積土的室內(nèi)土工試驗(yàn)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(qū)限制在一定范圍內(nèi)保證不產(chǎn)生剪切破壞而喪失穩(wěn)定，因而承載能力主要在于抗剪強(qiáng)度。抗剪強(qiáng)度在各種情況下是變化的，殘積土的抗剪強(qiáng)度隨密度的增加而增加，且含水量變化對(duì)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(qiáng)度提高；天然結(jié)構(gòu)破壞以后，其抗剪強(qiáng)度會(huì)劇烈降低。此外，隨著法向壓力逐漸增長(zhǎng)，抗剪強(qiáng)度也會(huì)變化，風(fēng)化過(guò)程也會(huì)降低抗剪強(qiáng)度，孔隙溶液濃度的降低以及鹽份的淋濾使抗剪強(qiáng)度也會(huì)逐漸減小。

按臨塑荷載公式計(jì)算的地基承載力特征值。用載荷試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)，按公式計(jì)算的承載力特征值比載荷試驗(yàn)得到的實(shí)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(qiáng)的結(jié)構(gòu)性。在取樣、運(yùn)送樣品過(guò)程中樣品易擾動(dòng)破壞其結(jié)構(gòu)性。致使承載力降低；或者是試驗(yàn)過(guò)程中操作的人為誤差導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度較實(shí)際小。

根據(jù)砂質(zhì)黏性土室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)查表所得地基土承載力一般偏低，因此在工程實(shí)際應(yīng)用中，計(jì)算承載力時(shí)宜以現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試為準(zhǔn)。

巖土工程實(shí)踐表明，對(duì)于含有較多粗顆粒的黏性土，現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試會(huì)得到比室內(nèi)試驗(yàn)可靠的結(jié)果?？辈靾?bào)告中提出的殘積土指標(biāo)，物理指標(biāo)主要依據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)，力學(xué)指標(biāo)主要依據(jù)原位試驗(yàn)指標(biāo)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(shù)量的石英顆粒，且分布較為均勻、土中的顆粒通過(guò)黏聚力連接，因此便出現(xiàn)了力學(xué)強(qiáng)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(zhǎng)石和云母等礦物完全風(fēng)化后各種化學(xué)物質(zhì)從孔隙水中析出的沉淀（或淋濾）物起了一種天然膠結(jié)的作用。膠結(jié)作用能在土顆粒間形成水穩(wěn)性連接，礦物顆粒與水長(zhǎng)期作用以及礦物顆粒之間本身長(zhǎng)期接觸的結(jié)果。在花崗巖殘積土中石膏等膠結(jié)物質(zhì)所引起的非抗水性黏聚力比起氧化硅、鐵、錳等膠結(jié)物質(zhì)引起的抗水性黏聚力小得多，因此，膠結(jié)作用產(chǎn)生的黏聚力是附加在原始黏聚力之上的，它隨著環(huán)境的轉(zhuǎn)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(qiáng)度降低，壓縮性增大的性質(zhì)。土體中含水量增加，在土體中起膠結(jié)作用的游離氧化物的溶解量隨之增加，從而使土體強(qiáng)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(xiàn)象。

殘積土的這兩個(gè)特性，不利于水工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，使結(jié)構(gòu)的后期沉降加大，因此施工中應(yīng)對(duì)殘積土這兩個(gè)特性有充份的了解和妥當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。應(yīng)盡量減少基槽開挖與基床施工的間歇，同時(shí)注意導(dǎo)水及天氣變化，高寒地區(qū)注意施工時(shí)溫度。

4.結(jié)論

花崗巖殘積土工程問(wèn)題雖然復(fù)雜，但卻有章可循，抓住其既有規(guī)律，問(wèn)題迎刃而解；在工程應(yīng)用中，計(jì)算花崗巖殘積土承載力與沉降量的數(shù)據(jù)應(yīng)依據(jù)原位測(cè)試進(jìn)行；花崗巖殘積土基槽開挖后，應(yīng)立即施工，最大可能減少施工期土體軟化、崩解對(duì)承載力造成的影響。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

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