花崗巖殘積土的工程特性及邊坡開挖穩定性探析

楊淑華（福建省閩東南地質大隊）

花崗巖殘積土的工程特性及邊坡開挖穩定性探析

楊淑華（福建省閩東南地質大隊）

花崗巖尤其特殊，經長期的物理化學風化作用，易形成花崗巖殘積土。花崗巖殘積土具有諸多特殊的工程特性，這些特性對其邊坡的穩定有著很大的影響。本文主要對花崗巖殘積土的工程特性做簡單介紹，并對其邊坡穩定進行分析。

花崗巖殘積土；工程特性；邊坡穩定

引言

花崗巖是地表下經凝卻形成的一種火成巖，質地堅硬，顏色美觀，其主要成分是長石和石英，兩者膨脹系數不一，長石又具有一定的節理，受熱脹冷縮作用，花崗巖表層易出現裂紋，在長期的物理、化學風化中，原地會留下許多碎屑物，厚度較大，主要是黏土礦物，此即花崗巖殘積土。因為南方溫度高、雨量多、濕度大，化學風化較強，所以花崗巖殘積土多分布于南方，特別是東南沿海一帶。花崗巖殘積土有其自己的特點，處理稍有不當，就有可能引起邊坡失穩等事故發生，加大工程的投資。

1 花崗巖殘積土的工程特性

1.1 物理力學性質

一般而言，花崗巖殘積土是一種可塑至硬塑狀、天然孔隙比較高、抗剪性能高、壓縮性能較好的特殊的土體，其土體的強度，是自上而下逐步增強，因為表層的透水性不好，再加上天然孔隙比較大，使得其強度較低；到下層特別是砂礫質殘積土，壓縮性較低，透水性較大和天然孔隙比較小，強度也較高。如分布在福建泉州地區的花崗巖殘積土，厚度較大，顏色以黃褐色居多，埋藏的深淺度不一。除石英外，云母、長石等風化后黏性較差，易碎。

1.2 不均勻性和各向異性

花崗巖較為特殊，其巖脈分布并不均勻，石英巖脈的抗風化能力較強，殘積土會形成硬化層；但二長巖脈等抗風化能力相對較弱，殘積土多呈軟弱夾層，由此形成導致的殘積土中的原生和次生裂隙決定著邊坡的穩定性。從實際調查中發現，花崗巖殘積土的邊坡失穩現象多發生于坡度較緩處，其中圓弧式滑動占的比例最小，而非圓弧式滑動占的比例最大，假如花崗巖殘積土是均質的，其失穩時出現的滑動面應該呈圓弧狀，可實際恰恰相反，由此可知，花崗巖殘積土具有不均勻性。

1.3 擾動性

從其成因來看，花崗巖殘積土有其特殊結構，除大量的砂粒碎屑外，同時具備原巖的一部分殘余結構的強度，在取樣時對其進行切割，很容易破壞其結構穩定，以至于強度降低，從而影響到室內土工試驗的測量值，導致其壓縮系數增加，壓縮模量降低，而且，花崗巖殘積土自身天然孔隙比較大，做地基持力層時，顯得壓縮性偏高，承載力較弱，為提升承載力，只能拖延工期，加大工程基礎成本。如福建某地，在設計時，地基的承載力為150kPa，施工過程中，凡是超過6層的建筑，均選擇了樁基礎，但后來經附近工程荷載試驗所測，此地花崗巖殘積土的承載力最低為200kPa，遠大于6層建筑基底壓力的最大值，使用條形基礎即可。

1.4 軟化特性

所謂軟化特性，指的是在含水量不斷增加的同時，花崗巖殘積土的壓縮性持續增大，強度隨之降低。花崗巖殘積土的成分中含有大量游離氧化物，主要起膠結作用，且易溶于水，隨著含水量的增加，殘積土中的膠合物受其影響，溶解量驟增，從而導致殘積土強度減弱。在福建省曾做過相關試驗，將兩組平板靜荷載進行對比，兩組的含水量和地基承載力分別為10%、20%和730kPa、450kPa，加水飽和之后，兩組的地基承載力依次變為670kPa、270kPa。經過對30組標貫擊數和含水量的分析，算初期回歸分析方程如下：

N≒68.3－1.65ω（γ≒0.751）

上式中，N表示的是標貫次數，ω表示的是殘積土中的水含量，γ表示相關性系數。

1.5 崩解特性

崩解，指的是花崗巖殘積土在水中浸泡過后，會呈片狀或粒狀崩落。如對福建泉州的殘積土做了相關試驗，對其各個時刻的崩解量At及相應的崩解速率Rf做了詳細記錄，通過試驗發現，整個崩解過程可分三步，第一步要花5～10min試樣浸水，崩解速度較慢，速率約為1.33～2.16，崩解梁在30%左右；第二步需花費月20min試樣浸水，崩解速度較快，速率約為5.57～14.62，崩解量達到了62%；第三步持續時間最長，30min左右，土體完全崩解，速度變慢。崩解量At和崩解速率Rf可通過以下公式表示：

上式中，m0和mt分別代表試驗開始時和浸水歷時的試樣質量；At1、At2依次表示的是歷時t1和t2的崩解量。

可知，殘積土在浸泡約10min之后，就會快速崩解。所以在進行人工挖孔樁基礎時，如果地下水位高，孔壁始終浸在水中，即便采用水泵排水，孔壁依舊會出現大量崩解，損壞樁基的效用。

2 花崗巖殘積土邊坡穩定性分析

花崗巖殘積土邊坡失穩主要受兩個因素影響：①其自身的崩解性質；②其內部結構的微裂隙程度。如果土質相對來說較為均勻，微裂隙程度輕，多為滑移破壞；相反則屬于崩塌破壞。

2.1 滑移破壞

該破壞類型主要有兩種：①軟化滑移；②滑移拉裂。前者邊坡多位于低洼處，地下水埋藏的深度較淺，上覆土層屬于沖積層。開挖之后，地下水會朝坡面排泄，坡面表層一旦浸水，很容易發生崩解現象，土體軟化而坍塌，以至于后土體應力釋放加快，土中微裂隙擴大，地下水滲透，在裂隙中發生泥化膨脹反應，導致結構面強度較弱，同時裂隙中的細小顆粒會被水沖走，孔隙不斷擴大，最終引起軟化滑移。滑移拉裂的邊坡多位于低矮丘陵處，地下水位在殘積土中較為穩定。開挖時，一旦超過了地下水位線，同軟化滑移一樣，土體容易塌落，上部形成拉裂縫。

地下水在滑移破壞中起著主導作用，在軟化滑移情況下，可先降低水位，在使用錨桿擋墻等方式進行支護，若沒有排水，則應該選擇抗滑樁。在滑移拉裂的情況下，上部可選擇噴錨支護的方式，下部需先排水，而后選擇錨桿或土釘進行支護。

2.2 崩塌破壞

有些山坡所處地勢較高，地下水埋藏較深，一般開挖到達不了地下水位，其上覆土層多為坡積層，含水量少，具有良好的力學性能和較高的抗剪強度，在開挖初始，邊坡較為穩定。但時間一長，裂隙擴張，地表水下滲，邊坡強度減弱，各土體的抗滑摩阻力隨之下降，在重力作用下，易引起楔形體坍塌。還有些坡體在雨水的沖刷下，容易形成泥溝土洞，最終出現坍塌。

坍塌現象剛開始多為局部坍塌，隨后面積不斷擴大，對其控制關鍵在于局部坍塌的控制，在發生楔形體崩塌時，可通過錨桿墻加以支護，在坡面種植草皮等。在沖刷崩塌時，需及時將地表水排出，同時在坡面種植草皮。

3 結束語

從上述分析中可知，花崗巖殘積土具有其特殊的結構和性質，且分布面積廣，需做具體考慮。其軟化性、崩解性和內部微裂隙容易導致邊坡的破壞，對基礎工程產生不利影響，本文對其破壞方式做了簡要論述，并提出了一些相應的解決措施，以保證相關工程的質量。

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U416.14

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2095-2066（2016）24-0022-02

2016-8-15