福建省湄洲灣地區(qū)花崗巖殘積土工程性質(zhì)研究

管鳴睿

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 天津300456)

福建省湄洲灣地區(qū)花崗巖殘積土工程性質(zhì)研究

管鳴睿

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 天津300456)

福建省湄洲灣地區(qū)花崗巖殘積土是一種特殊土體，具有壓縮性中等偏低、抗剪強(qiáng)度較高、粗粒含量較多等特性，同時該土體強(qiáng)度指標(biāo)較高，是一種具有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的粘性土。湄洲灣地區(qū)花崗巖殘積土是該地區(qū)建筑物較好的天然持力層和樁基持力層，因此在巖土工程勘察及設(shè)計工作中應(yīng)給予充分重視。通過歸納湄洲灣地區(qū)部分巖土工程勘察項目經(jīng)驗，進(jìn)一步分析該地區(qū)花崗巖殘積土的工程性質(zhì)，并提出個人看法，為該地區(qū)今后的相關(guān)工程提供參考。

福建省湄洲灣地區(qū) 花崗巖殘積土 工程地質(zhì)特性

由于氣候條件、地形條件和地質(zhì)條件的差異，燕山期花崗巖在物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化等作用下形成厚度不等的殘積土并殘留于原地。花崗巖殘積土主要由粗顆粒礦物及粘性礦物構(gòu)成，粗顆粒礦物為長石、石英、方解石，粘性礦物主要以高嶺土為主。由于其未經(jīng)搬運(yùn)及分選，因此具有區(qū)別于其他土層的特性。

1 花崗巖殘積土風(fēng)化成因

花崗巖經(jīng)風(fēng)化剝蝕作用后殘留在原地的碎屑物稱為花崗巖殘積土。花崗巖主要是由石英、長石、云母構(gòu)成，呈全晶質(zhì)鄧麗結(jié)構(gòu)，原巖硬度較高，均勻性較好，原巖試件單軸飽和抗壓強(qiáng)度高，約120～ 200,MPa，但因花崗巖原巖結(jié)構(gòu)面豐富，且石英、長石在熱脹冷縮的過程中膨脹體積差別較大，花崗巖外部易開裂，因此極易產(chǎn)生物理風(fēng)化，特別是晶體顆粒較粗的花崗巖。在濕度及溫度相對較高的南方地區(qū)，主要以化學(xué)風(fēng)化作用為主，因此存在以粘土礦物為主且厚度較大的花崗巖殘積土。花崗巖的化學(xué)風(fēng)化作用主要是其中占約三分之二的長石在水、水溶液和空氣中的氧與二氧化碳作用下發(fā)生水解和碳酸化后形成高嶺石(AL2O3，2,SiO2，2,H2O)。

2 花崗巖殘積土的分布特征及層次劃分

湄洲灣地區(qū)花崗巖殘積土普遍分布，根據(jù)埋藏條件可分為兩類，其中裸露型花崗巖殘積土露頭位于地表或淺部土層之下，多存在于低矮丘陵、臺地等地帶；覆蓋型花崗巖殘積土則主要埋藏于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土等軟弱土層之下，多存在于灘涂、三角洲及沼澤地帶。湄洲灣地區(qū)花崗巖殘積土物理、力學(xué)性質(zhì)在垂直方向上隨深度變化有較明顯的差異，且多成層分布。

2.1 裸露型花崗巖殘積土

其物理力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特性在地下水面上下具有較大差異。地下水位以上土體以磚紅色為主，顏色鮮艷，結(jié)構(gòu)性差，長石等礦物氧化充分，不均勻分布大量石英顆粒，由于未受到地下水侵蝕作用，土質(zhì)條件較好，呈硬塑-堅硬狀態(tài)；地下水位以下土體以棕紅色為主，偶見原巖結(jié)構(gòu)，石英顆粒風(fēng)化較弱，長石、云母已完全風(fēng)化形成高嶺土等，受地下水影響，土質(zhì)條件相對較差，土呈可塑-硬塑狀態(tài)。

2.2 覆蓋型花崗巖殘積土

上部呈褐紅色、黃褐色帶灰白色，原巖結(jié)構(gòu)不清晰，以可塑-硬塑為主，強(qiáng)度偏低；下部多呈灰白色或紅褐色，底部為全風(fēng)化巖至中風(fēng)化巖過渡帶，土質(zhì)不均，以硬塑為主，強(qiáng)度較高。

3 花崗巖殘積土的物理力學(xué)性質(zhì)

在天然狀態(tài)下，花崗巖殘積土是一種可塑-堅硬狀態(tài)、壓縮性中等偏低、抗剪強(qiáng)度較高、粗粒含量較多的特殊土體，表1為湄洲灣地區(qū)局部花崗巖殘積土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計表(表中粘聚力、內(nèi)摩擦角取標(biāo)準(zhǔn)值，其他指標(biāo)均取平均值)。

表1 花崗巖殘積土物理力學(xué)指標(biāo)Tab.1 Physical mechanical indexes of granite residual soil

從該表中可以看出，由于受地下水波動影響較大，裸露型花崗巖殘積土上部土層土質(zhì)明顯好于下部土層，其天然含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)等指標(biāo)均小于下部土層。而覆蓋型花崗巖殘積土因上部土層和下部土層同時受到地下水影響，表現(xiàn)為下部土層土質(zhì)明顯好于上部土層土質(zhì)，其天然含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)等指標(biāo)均小于上部土層。

4 花崗巖殘積土的巖土工程特性

4.1 不均勻性及各向異性

花崗巖中不均勻分布著石英巖脈、二長巖脈、煌斑巖脈等。其中石英巖脈抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，經(jīng)風(fēng)化后形成較硬土層，而二長巖脈、煌斑巖脈抗風(fēng)化能力較弱，經(jīng)風(fēng)化后形成高嶺土化的軟弱土層。因此形成的軟弱結(jié)構(gòu)面對邊坡失穩(wěn)起到了決定性作用。經(jīng)大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，花崗巖殘積土邊坡在較小高度及較緩坡腳時失穩(wěn)，并產(chǎn)生非圓弧滑動，其主要由分布不均的原生及次生結(jié)構(gòu)面所引起。由此可見，花崗巖殘積土具有不均勻性及各相異性，且其結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度明顯低于土體強(qiáng)度。[1]

4.2 崩解特性

崩解是指花崗巖殘積土在水中剝落崩塌并分解成碎屑狀的現(xiàn)象。由殘積砂質(zhì)粘土崩解試驗，測得花崗巖殘積土在水中浸泡約10,min，就可產(chǎn)生崩解現(xiàn)象。[2]

4.3 擾動性

由于在鉆探取樣和試驗試樣制備時通常會對花崗巖試樣造成一定的擾動，花崗巖殘積土所具有的一定結(jié)構(gòu)性會遭到破壞，其殘余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也會產(chǎn)生一定損失，加之其通常含有大量大顆粒碎屑，因此導(dǎo)致室內(nèi)土工實驗所測得的壓縮模量偏低、壓縮系數(shù)偏大，故計算所得的承載力較低，導(dǎo)致地基基礎(chǔ)施工成本提高并延長工期。

4.4 軟化特性

花崗巖殘積土的軟化性表現(xiàn)為隨著含水率的增加，其各項力學(xué)指標(biāo)均變差，故其強(qiáng)度也隨之降低。花崗巖殘積土中大量起膠結(jié)作用的游離氧化物溶解量會隨著含水量增大而增大，因此花崗巖殘積土的膠結(jié)作用明顯減弱，從而使土體抗剪強(qiáng)度降低、壓縮模量增大，對土體產(chǎn)生不利影響。[3]

4.5 地基承載力fak的確定

花崗巖殘積土因其特殊的結(jié)構(gòu)性，造成其具有復(fù)雜的物理力學(xué)性質(zhì)。因此，取土進(jìn)行土工試驗并不能完全反映花崗巖殘積土特有的工程地質(zhì)特性，而湄洲灣地區(qū)花崗巖殘積土又是建筑物較好的天然地基持力層和樁基持力層，于是選擇對原位測試結(jié)果進(jìn)行分析。在花崗巖殘積土中能較好反映土的力學(xué)特性的原位測試手段主要還是標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N63.5，其簡單易行又比較可靠。通常情況下依據(jù)其物理力學(xué)指標(biāo)查規(guī)范所得出花崗巖殘積土的地基承載力特征值fak，其數(shù)值基本接近于可塑至硬塑狀態(tài)粘土，在180～200,kPa之間，但大部分實際情況下可達(dá)到200,kPa以上。因此通過收集一些標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗與載荷試驗所得出的地基承載力特征值fak＝140.64,Ln(N63.5)-88.721。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗是野外工程地質(zhì)勘查中普及且簡便的原位測試手段，因此根據(jù)N63.5來確定地基承載力特征值fak是一種簡便易行的方法。

5 結(jié)論及建議

① 湄洲灣地區(qū)花崗巖殘積土經(jīng)受強(qiáng)烈風(fēng)化作用，形成粗細(xì)不等的石英顆粒分散于高嶺石粘土礦物中的砂質(zhì)粘性土。它具有壓縮性中等偏低、抗剪強(qiáng)度較高、粗粒含量較多的特性，同時該土強(qiáng)度指標(biāo)較高，是一種具有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的粘性土。

② 湄洲灣地區(qū)花崗巖殘積土是建筑物較好的天然持力層和樁基持力層。通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等簡單易行的原位測試手段來確定承載力特征值fak，比較符合該土質(zhì)的實際情況。

③ 目前花崗巖殘積土一般被劃分為殘積粘性土、殘積砂質(zhì)粘性土、殘積礫質(zhì)粘性土，但并未按其結(jié)構(gòu)、組成及工程性質(zhì)的不同進(jìn)行劃分，因此按照目前的土層劃分進(jìn)行物理力學(xué)統(tǒng)計并不太妥切，建議根據(jù)不同工程對花崗巖殘積土進(jìn)行差異性研究，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐翆觿澐帧！?/p>

［1］ 吳能森，趙塵，侯偉生. 花崗巖殘積土的成因、分布及工程特性研究[J]. 平頂山工學(xué)院學(xué)報，2004(4)：1-4.

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

［3］ 吳能森. 花崗巖殘積土的分類研究[J]. 巖土力學(xué)，2006(12)：2299-2304.

Study on Granite Residual Soil Properties in Meizhou Bay in Fujian Province

GUAN Mingrui
(Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，Tianjin 300456，China)

Granite residual soil in Meizhou Bay area of Fujian Province is a kind of special soil featuring medium compressibility，high shear strength，coarse grain content and etc．In addition，as its strength index is high，it belongs to a clay with certain structural strength．The granite residual soil in Meizhou Bay area is a good natural bearing layer and pile foundation bearing layer in this area，therefore it should be paid full attention in geotechnical engineering investigation and design work．In this paper，by summarizing some experiencees of geotechnical engineering survey in Meizhou Bay，engineering properties of granite residual soil in this area were analyzed，and personal opinions were put forward，wishing to provide reference for future relevant projects in this area.

Fujian Meizhou Bay area；granite residual soil；engineering geological characteristics

TU44

：A

：1006-8945(2016)12-0030-03

2016-11-04