瓊北地區(qū)玄武巖風化土工程物理力學特性評價

吳劍玉 馮春燕

瓊北地區(qū)笫四紀玄武巖大面積出露，玄武巖風化土通常作為建筑物地基的持力層，對這種風化土的特性的研究具有一定的實際意義。

本文根據(jù)澄邁、洋浦、海口等地區(qū)勘察所取得的第一手資料進行研究、分析、類比，對玄武巖風化土所具有的特性提出自己的一點看法，供同行參考。

1 玄武巖風化土的現(xiàn)場特征

瓊北地區(qū)分布的玄武巖風化土在垂直深度上存在風化程度差異，上部主要是殘積黏土，下部則為含黏土角礫。

殘積黏土:呈棕紅色、褐紅色，土中粉粘粒組含量大于90%，呈濕～飽和狀態(tài)，可塑。該層厚度變化大，一般臺地地段較厚，臺地與洼地之間較薄，低洼地缺少此層。

含黏土角礫:褐黃色、灰褐色，稍密～密實，土中粒徑約2 mm的粗顆粒含量約50%，局部見豆狀或腎狀鐵錳質膠結層。該層在垂直方向上具有明顯的風化差異，表現(xiàn)為角礫粒徑上細下粗，中下部含玄武巖風化塊石或球狀風化孤石。

2 成因及其礦物化學成分

玄武巖屬基性巖類，巖漿噴溢地表后，形成巨大的巖盤稱之為玄武巖臺地。由于濕熱的氣候有利于化學元素產(chǎn)生氧化淋濾作用，在風化分解的初始階段，沿著基巖的柱狀節(jié)理發(fā)生球狀風化，仍保持母巖的結構、構造。但隨著巖石基質逐漸松散，礦物成分開始分解，斜長石分解成高嶺石類礦物，顏色先為灰白色而后漸變?yōu)榉奂t色，橄欖石轉變?yōu)橐炼∈衷硎脱趸F，產(chǎn)生紅色斑點。輝石則分解為鐵質褐紅色斑點，但仍可見輝石的殘余。在化學成分方面也有強烈的變化，見表 1。Al2O3，F(xiàn)e2O3，TiO2顯著的積累，通過長期緩慢地進行風化分解的紅土化過程，便形成以棕紅色、褐紅色為主要顏色的玄武巖風化土。

表1 玄武巖風化土的化學成分

瓊北地區(qū)紅黏土以高嶺石、伊利石為主，其次為鋁、鐵質礦物成分。

3 玄武巖風化土的物理力學性質

1)在海口工地進行了地面強夯試驗，強夯前后的物理力學性質指標對比如表2所示。載荷試驗變形模量統(tǒng)計見表3。

2)在洋浦某地對天然濕度狀態(tài)下殘積黏土和含黏土角礫各做了6個淺層平板載荷試驗，作為對比，在浸水飽和狀態(tài)下也分別進行了同樣的試驗。試驗結果如表4所示。

表2 殘積黏土強夯前后物理、力學性質指標對比

表3 載荷試驗變形模量統(tǒng)計表

表4 平板載荷試驗結果統(tǒng)計表

與之相對應，瓊北地區(qū)玄武巖風化土室內(nèi)試驗指標經(jīng)統(tǒng)計整理后如表5所示。

表5 瓊北地區(qū)玄武巖風化土室內(nèi)試驗指標

上述試驗數(shù)據(jù)顯示，本地區(qū)玄武巖風化土具有如下特點:塑性指數(shù)高，含水量高，孔隙比大(e＞1)，而壓縮系數(shù)較低，有的地區(qū)為中低壓縮性，一般呈可塑～硬塑狀態(tài)、滲透性強。正因為這種土有著其特別的性質，經(jīng)過地基處理試驗(強夯)后的物理力學性質指標與夯前的變化并不大。

4 工程特性初步評價

1)從地貌、地質構成條件和土的物理、力學性質諸方面綜合來看，玄武巖風化土是一種地區(qū)性的特殊土，在確定基礎的砌置深度或地基處理方法時，應加以注意。2)玄武巖風化土具有大孔隙比，高含水量，中等壓縮性，滲透性強等特點。雖然這類土具有大孔隙，但據(jù)室內(nèi)分析資料表明，一般不具濕陷性。3)風化土原狀樣浸水飽和后的c，φ值比天然狀態(tài)下低，原狀土樣浸水飽和壓縮系數(shù)也比天然狀態(tài)平均值要大1/2倍～1倍多。這說明玄武巖風化土在水的作用下力學強度顯著降低，表明其抗水性差，所以在工程施工時要給予重視。

5 承載力分析

1)土工試驗。①殘積黏土:孔隙比e=0.325～2.325、平均值為1.442，液性指數(shù)大于1.0，建議承載力特征值為105 kPa～150 kPa。②含黏土角礫:孔隙比 e=0.510～2.320、平均值為 1.407，天然含水量10.7%～73.3%，平均44.5%，建議承載力特征值為160 kPa～ 250 kPa。

2)平板載荷試驗。①殘積黏土:天然濕度狀態(tài)下各試驗點極限荷載及承載力特征值差異明顯，極限荷載平均為400 kPa，承載力特征值平均為175 kPa;飽和狀態(tài)下各點極限荷載及承載力特征值比較接近，極限荷載平均為275 kPa，承載力特征值平均為138 kPa。②含黏土角礫:天然濕度狀態(tài)下各試驗點極限荷載及承載力特征值差別較大，極限荷載平均為483 kPa，承載力特征值平均為233 kPa，飽和狀態(tài)下各點極限荷載及承載力特征值比較接近，極限荷載均為350 kPa，承載力特征值平均為140 kPa。

根據(jù)以往工程實踐及上述經(jīng)驗結果綜合分析，建議①殘積黏土及②含黏土角礫承載力特征值如表6所示。

表6 殘積黏土及含黏土角礫承載力特征值 kPa

6 結語

瓊北地區(qū)分布廣泛的玄武巖風化殘積土，本文僅對幾個工程案例中玄武巖風化殘積土的工程特性進行初步的分析評價，而對其工程地質性能地區(qū)性評價尚在不斷摸索之中，存在局限性或不足之處，希望各界同仁給予寶貴意見。

[1] GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2] 田治金，王 輝.巖體物理力學參數(shù)取值方法研究[J].山西建筑，2009，35(3):119-120.