南寧盆地泥巖風化帶劃分討論

□ 趙印良

1 前言

南寧地形是以邕江河谷為中心的盆地形態(tài)，位于盆地東南的南寧市是廣西壯族自治區(qū)首府、北部灣城市群核心城市。隨著城市、公路、鐵路及江河改造工程建設(shè)，高層建筑、橋梁、交通樞紐、水利樞紐不斷涌現(xiàn)，許多建（構(gòu)）筑物以南寧盆地的泥巖作為天然地基或樁基礎(chǔ)的持力層。因此，準確地劃分南寧盆地泥巖風化帶，對提供安全可靠、經(jīng)濟合理的巖土工程勘察成果報告尤為重要。但是，在巖土工程勘察中經(jīng)常出現(xiàn)土和巖石區(qū)（劃）分不清、風化帶劃分不合理等問題[1]。本文結(jié)合實際工程和相關(guān)經(jīng)驗，從泥巖地基成因特性、原位測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，總結(jié)了泥巖風化程度劃分的方法和依據(jù)，便于同行在巖土工程勘察中劃分南寧盆地泥巖的風化程度，較準確地進行風化帶劃分，更好地為工程建設(shè)服務(wù)。

2 成因及分布特征

南寧盆地泥巖為湖相沉積巖，分布于邕江流域，為半成巖狀態(tài)，屬古近系地層，沉積厚度近1000m湖沼相地層。南寧盆地泥巖是一個廣義的概念，主要由黏土質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖組成，劃分為北湖組、里彩組、南湖組、古亭組、鳳凰組、瓦窯村組等，地層組地層分布如地質(zhì)剖面示意圖。（見圖1）

圖1 南寧盆地典型地質(zhì)剖面示意圖（1-1剖面）

本文研究討論泥巖分布在地表或淺層的南湖組和北湖組，用作建筑物或構(gòu)筑物持力層范圍深度內(nèi)的泥巖，主要分布在盆地東部及西南部。西南部為淺灰色，主要為灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾鈣質(zhì)泥巖，夾有一些褐煤層；東部為灰白、淺灰、淺灰綠色，中厚～厚層泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，巖石的固結(jié)程度較低，呈半成巖狀態(tài)，表層風化程度較高。根據(jù)各種巖樣所做試驗結(jié)果看，物理力學參數(shù)差異性很大，其力學強度特征往往介于巖和土之間［2］。

3 泥巖基本特征及風化帶劃分

南寧盆地的泥巖基本特征主要表現(xiàn)在四個方面［3］，第一，成巖時間短、成巖作用差，呈“土不土、巖不巖”的半成巖狀態(tài)；第二，顆粒高度分散，富含親水性的黏土礦物，具有膨脹性，屬膨脹巖土；第三，巖性成分復雜，有黏土質(zhì)泥巖、粉土質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細砂巖等，互為夾層，呈千層餅狀，軟硬強度交替變化，風化帶劃分困難；第四，泥巖裂隙發(fā)育，易風化，見風見水，碎裂軟化。

如今勘察單位所完成的巖土工程成果報告，對南寧盆地泥巖進行風化帶的劃分依據(jù)是各單位的經(jīng)驗和現(xiàn)有的標準。是依靠現(xiàn)場技術(shù)人員知識水平、感知認識和長期工作經(jīng)驗，如泥巖外露時，表層1m～3m為全風化層，3m～6m為強風化層，6m～8m以下為中風化層等經(jīng)驗。按《廣西壯族自治區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》（DBJ/T 45—002—2011）表A.0.2，標準貫入試驗結(jié)果進行風化分類［4］。依據(jù)經(jīng)驗及劃分標準，泥巖地層分為全風化層、強風化層、中風化層。（見表1）

表1 按標準貫入試驗擊數(shù)進行風化分類 表A.0.2

全風化層：①泥巖，為灰色～深灰色，呈可塑～硬塑狀態(tài)，黏土狀，切面光滑，無搖震反應(yīng)，有光澤，干強度高，韌性高。露出地表且長期被水浸泡的低凹地帶，泥巖呈軟塑狀態(tài)。膨脹性為中～強，呈高～中壓縮性，土體強度低。②粉砂巖或砂巖，風化為砂狀，中密狀態(tài)，邕江邊或溝塘長期被水浸泡低凹地帶會產(chǎn)生流沙現(xiàn)象。

強風化層：①泥巖，為灰色～灰白色或深灰色，濕度為濕～稍濕，硬度為硬塑～堅硬，厚層狀，成巖程度較低，偶含貝殼類化石。失水干裂、遇水易軟化，膨脹性為中～強，低壓縮性，為極軟巖，巖體較完整，與粉砂質(zhì)泥巖呈互層狀產(chǎn)出，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級，巖石質(zhì)量指標較好。②泥質(zhì)粉砂巖或砂巖，為灰色～灰白色，厚層狀，偶含貝殼類化石。巖芯多呈短柱狀，失水干裂、濕水易軟化，為極軟巖～軟巖，巖體完整程度較為完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級，巖石質(zhì)量指標較好。

中風化層：①泥巖，為灰色～灰白色或深灰，稍濕，堅硬，敲擊稍有剛性回聲，巖石結(jié)構(gòu)部分破壞，厚層狀構(gòu)造。偶含貝殼類化石，失水干裂、濕水易軟化，為極軟巖，基本質(zhì)量等級為Ⅳ級～Ⅴ級。②中風化砂巖，為灰白色～灰褐色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，敲擊稍有剛性回聲，巖石質(zhì)量指標較好，巖石堅硬程度為軟巖～較軟巖，局部為較硬巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級～Ⅳ級。

全風化層及強風化層泥巖可取原狀巖樣，按一般土工試驗方法，確定其物理力學指標，強風化、中風化層泥巖、砂巖可做天然狀態(tài)的單軸抗壓強度試驗或點荷載試驗，以確定抗壓強度。

4 風化帶劃分存在的問題

在巖土工程勘察活動中，經(jīng)常因風化帶劃分不合理或不正確，出現(xiàn)提高工程造價、影響工期和質(zhì)量等問題。列舉以下兩個工程實例。

實例1：南寧某綜合樓項目，擬采用樁基，鉆探過程中現(xiàn)場技術(shù)員把風化泥層巖鑒定為第四紀土層，勘察報告把泥巖按一般的黏性土處理，提供的樁基設(shè)計參數(shù)不合理，地基承載力嚴重偏低，使樁徑、樁長過大，造成地基處理造價高，建設(shè)工期長。

實例2：擬建的某科技園總部基地一期工程，總部辦公樓主樓51層，總高237.30m，設(shè)置整體地下室3層。業(yè)主委托甲乙兩勘察單位先后進行兩次巖土工程勘察，甲單位把泥巖分為2個風化帶；強風化和中風化帶；3個力學分層：強風化泥巖④、中風化泥巖⑤、中風化砂巖⑥。乙單位把泥巖分為3個風化帶；全風化、強風化和中風化帶，共分7個力學分層，其中全風化分1層：泥巖④-1，強風化分兩層：粉砂質(zhì)泥巖④-2、泥巖④-3，中風化分為4層：泥巖⑤、粉砂巖⑥-1、泥巖⑥-2、粉砂巖⑥-3。

根據(jù)甲乙兩單位勘察成果報告，建筑基底已進入南寧盆地湖相沉積半成巖的泥巖層上，由于對風化帶的不同劃分，對巖土物理力學指標的測試方法和室內(nèi)試驗手段的差異，出現(xiàn)兩個不同的結(jié)論和建議。甲單位結(jié)論和建議為：建筑基底主要落在強風化泥巖層，泥巖地基持力層不滿足天然地基要求，建議采用樁基礎(chǔ)方案；乙單位結(jié)論和建議為：建筑基底落在中風化泥巖層，持力層滿足天然地基要求，建議采用天然地基筏板基礎(chǔ)方案。上述兩個單位對風化帶地層的劃分，導致同一地層出現(xiàn)了不同結(jié)果，得出不一樣的結(jié)論。

針對上述工程出現(xiàn)的問題，提出對泥巖風化帶劃分的討論，找到更為合理的解決方法。

5 泥巖風化帶劃分討論

巖石隨風化程度的加劇，其孔隙比勢必增大，強度和彈性模量將明顯降低。風化巖體強度降低，標貫擊數(shù)將減少［5］。《廣西壯族自治區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》（DBJ/T 45—002—2011），按標準貫入試驗進行泥巖風化帶分類劃分。該標準雖然為勘察人員提供了依據(jù)，但對于黏土質(zhì)泥巖或粉土質(zhì)泥巖較為適合，對于巖石成分顆粒較大的粉砂巖、砂巖不太適合。南寧盆地泥巖地層成分和風化較復雜，巖層巖性成分有黏土質(zhì)泥巖、粉土質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖等，軟硬強度交替變化。在同一風化層中，泥巖和砂巖的強度不一樣，如按單一檢測劃分標準，對單一巖性劃分是可行的，但巖性變化后就不適合了。同一風化帶不同的巖性，采用同一劃分標準，劃分結(jié)果出現(xiàn)強風化中夾中風化、中風化中夾強風化等不合理現(xiàn)象。因此，用標貫劃分泥巖風化程度，要對泥巖、砂巖區(qū)別對待，找出不同的劃分標準，同時也建議用泥巖、砂巖天然狀態(tài)下的單軸抗壓強度作為風化程度的劃分標準之—。

通過研究南寧北部灣科技園綜合大樓、廣西大學高層住宅、福滿瑞園等多項具有代表性的工程，將上百組各種不同風化程度的泥巖、砂巖進行標準貫入試驗錘擊數(shù)N（未做深度修正）、天然狀態(tài)單軸抗壓強度統(tǒng)計見表2。

經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，泥巖（黏土質(zhì)泥巖、粉土質(zhì)泥巖），標準貫入擊數(shù)N：全風化主要在5～25擊，強風化在25～50擊，中風化大于50擊。粉砂巖或砂巖，全風化層在12～30擊，強風化在30～75擊，中風化層大于75擊。強風化泥巖的單軸抗壓強度主要分布在0.2MPa～2.5MPa，中風化泥巖大于2.5MPa；強風化砂巖單軸抗壓強度主要分布在0.2MPa～7.5MPa，中風化大于7.5MPa。

表2 風化泥巖、砂巖標準貫入/單軸抗壓強度試驗統(tǒng)計

表3 標準貫入試驗擊數(shù)N（擊）進行風化分類

表4 單軸抗壓強度Rb（MPa）進行風化分類

6 泥巖風化帶劃分建議

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果：同等風化的泥巖、砂巖標準貫入擊數(shù)及天然單軸抗壓強度有較大的差異，根據(jù)不同巖性制定不同的劃分標準。因此，筆者建議，一是按表3標準貫入試驗擊數(shù)進行風化分類，二是按表4單軸抗壓強度進行風化分類。在實際工作中應(yīng)綜合兩個分類指標及實際經(jīng)驗進行泥巖的分類劃分。

7 結(jié)語

根據(jù)南寧盆地泥巖風化帶劃分現(xiàn)狀及出現(xiàn)的有關(guān)工程問題，進行風化帶劃分討論分析，用多項工程不同風化帶、不同巖性的標準貫入試驗擊數(shù)及單軸抗壓強度統(tǒng)計，總結(jié)泥巖風化帶劃分經(jīng)驗，提出不同的劃分方法和標準，供同行參考討論。