關于如何正確劃分巖石風化程度等級的探討

陳 光

（廣州市穩建工程檢測有限公司， 廣東 廣州 510370）

0 前言

隨著建設工程的日益發展，越來越多的相關部門和人員都與巖土工程分不開，如房地產開發公司及其現場代表、設計人員、現場監理員、施工人員、質量監督員、樁基檢測員以及從事巖土工程勘察工作及相關課題研究的人員等等，都有著與巖土工作接觸的經歷，但如何去正確區分巖石處在何種風化程度等級呢？這個問題恐怕是最令他們頭痛的事情，亦是爭議性最大的話題。雖然有關規范都有相關定性的定義，但不同的巖性都有不同的風化特點，這是造成了對巖石風化程度等級劃分意見分岐的因素，這在專門從事巖土工程勘察行業中亦沒有統一的說法，往往是各部門都有自己的標準。本人也從從事樁基檢測部門收集過多家勘察單位的地質資料，結果發現沒有一家勘察單位對同一地層風化程度等級有相同的標準，在劃分同一風化程度等級的巖石力學數據離散性很大，這對設計人員對巖石力學數據的采用及現場施工人員對巖石風化程度等級的判斷都造成了很大誤導。有些工地就因各單位對所挖巖石是什么風化程度等級出現爭議不休的現象。本人曾對同一工地的巖土工程勘察巖樣、樁位超前鉆探巖樣及開挖基樁過程中的巖樣作過對比分析，發現三者都有所區別，這引起本人對巖石風化程度等級探討的極大興趣，由于水平有限，文中有不當之處在所難免，敬請讀者批評指正。

1 巖石的風化作用

風化作用是沉積巖經歷的第一個階段，地表和接近地表的巖石，在水、空氣、太陽能及生物能的作用和影響下所發生的巖石破壞作用稱為風化作用，其又可分為物理風化作用、化學風化作用以及生物風化作用。

物理風化作用主要是使巖石發生機械破碎作用，使母巖崩解產生碎屑物質，其影響因素有溫度、重力、生物活動以及水、冰、風等。

化學風化作用是在氧、水和溶于水中的各種酸作用下使母巖受到氧化、水解和溶解等化學變化，使母巖破碎并分解成新礦物。

生物風化作用可以促進和加速化學風化作用的進行，通常巖石的風化作用是由生物的活動開始的，如菌類、藻類及其他微生物等，直接對母巖進行機械破壞、化學分解，并且本身分泌出有機酸利于分解巖石。

以上三種風化作用往往同時進行，由于母巖所處地理環境不同，常以某種特定的風化作用為主[1]。

2 巖石風化程度等級的劃分

按《巖土工程勘察規范》及省標《建筑地基基礎設計規范》，巖石的風化程度可分為未風化、微風化、中風化、強風化、和全風化，如下所述：

未風化：巖質新鮮，偶見風化跡象。

微風化：結構和構造基本未變，僅節理面有鐵錳質渲染或礦物質略有變色，有少量風化裂隙。

中風化：組織結構部分破壞，礦物成分基本未變，沿節理面出現次生物礦，風化裂隙發育；巖體被節理、裂隙分割成塊狀（200mm-500mm），硬質巖，錘擊聲脆，且不易擊碎；軟質巖錘擊易碎；用鎬難挖掘，用巖芯鉆方可鉆進。

強風化：組織結構已大部分破壞，礦物成分已顯著變化；巖體被節理、裂隙分割成碎石狀（20mm-200mm），碎石用手可以折斷；用鎬可以挖掘，用干鉆不宜鉆進。

全風化：結構已基本破壞，但尚可辨認；巖石已風化成堅硬或密實土狀，可用鎬挖，干鉆可鉆進；須機械普遍刨松方能鏟挖滿載。

殘積土：組織結構全部破壞，已風化成土狀，鍬鎬易挖掘，干鉆易鉆進，具可塑性[2-3]。

在實際探討巖石風化程度等級的劃分這個問題前，首先讓我們來看看本地區地層由哪些巖性來組成。據《中華人民共和國基巖地質圖》（F-49-35-D）廣州幅顯示，分布范圍最廣的要數白堊系紅層，該巖系主要分布于市區的東部和西南部，為中生代白堊紀內陸湖盆沉積之紅巖系地層(簡稱紅層)，普通稱為紅砂巖，它很少以單一的巖性組成的，一般由多種巖石組成的巖組產出，這些巖石在巖組中也往往是呈互層或夾層狀產出的。從組成巖屑顆粒的大小可分為：礫巖、砂礫巖、粗砂巖、中砂巖、細砂巖、粉砂巖和泥巖，巖屑成分以長石、石英或灰巖、砂巖或花崗巖碎屑為主，多為泥質、鐵鈣質膠結。分布于市區的西北部的煤系地層為中生代二疊系和石炭系海相沉積巖層，其巖性一般較單一，以灰巖為主，局部地段與煤層呈互層或夾層狀產出，由于受斷裂等構造的影響，在地下水的作用下，往往形成溶隙或溶洞等不良地質現象。分布于市區的北部地層為燕山期侵入花崗巖體。[2]

本文著重討論紅層的風化程度等級的劃分，花崗巖在垂直剖面上遵循標準風化規律(從未風化→微風化→中風化→強風化→全風化→風化土，按國標《巖土工程勘察規范》(GB 50021-2001)規范(2009年版)表A.0.3劃分，在此不作討論。灰巖屬可溶性巖，是否仍需作風化程度等級劃分，未見有關文獻規定[3-4]。

紅層，根據《巖土工程勘察規范》(GB 50021-2001)規范(2009年版)將巖石風化等級分為五類，并結合個人工作經驗，分述如下：

未風化：巖質新鮮，未見風化痕跡，錘擊聲清脆，巖塊斷口邊鋒利，用手摸有割手感。在紅層中，一般不作劃分。

微風化：巖質新鮮，色澤光鮮，少見風化裂隙，錘擊聲清脆，巖塊斷口邊鋒利，用手摸有割手感，巖芯易干水。在巖土工程勘察或基樁鉆芯法檢測中鉆取的芯樣，呈柱狀或長柱狀，巖質新鮮，錘擊聲清脆，剛鉆取的芯樣干水較快，如圖 1；成樁作業時撈上來的沉渣(碎石粒)或挖掘的巖塊(呈片狀，邊角手摸有割手感)，巖質新鮮，干水較快。

圖1

中風化：色澤暗沉，風化裂隙發育，裂隙面多為鐵錳質渲染(黑色)，巖塊斷口用手摸無割手感，可刻劃，具泥痕，錘擊聲啞，巖芯不易干水。在巖土工程勘察或基樁鉆芯法檢測中鉆取的芯樣，多呈短柱狀或塊狀，色澤暗，錘擊聲啞，剛鉆取的芯樣干水較慢，如圖2；成樁作業時撈上來的沉渣(碎石粒，磨圓度較好)或挖掘的巖塊(呈塊狀，邊角手摸無割手感)，色澤暗沉，且干水較慢。

圖2

強風化：風化裂隙很發育，巖芯錘擊易碎，巖塊用手可扳斷，風鎬易挖掘。在巖土工程勘察或基樁鉆芯法檢測時，干鉆不易鉆進，標準貫入試驗實測擊數N'≥50擊。如圖3。

圖3

全風化：巖芯呈硬土塊狀，用手可捏碎，鐵鎬易挖掘。在巖土工程勘察或基樁鉆芯法檢測時，干鉆可鉆進，標準貫入試驗實測擊數30擊≤ N'<50擊[5]。

殘積土：具可塑性，鍬鎬易挖掘。在巖土工程勘察或基樁鉆芯法檢測時，對鉆取的芯樣，首先是區分是殘積土還是沖積土或坡積土，其中沖積成因的土層一般含有腐木屑或砂粒，粘結性好(粉土除外)，且顏色多樣；坡積成因的土層一般含有硬土粒或碎石粒，粒結性一般，顏色多呈暗紅或褐紅色；殘積成因的土層，由于是母巖在原地風化產物，未經搬運，顏色單一，粘結性一般。后判斷為何種母巖風化產物，如粉砂巖風化后形成的粉質黏土，泥巖風化后形成的黏土等。

如珠江新城某工地，基礎采用人工挖孔樁，設計持力層為微風化粉砂巖，樁已挖至15.60m，工人反映風鎬挖掘困難，且挖上來的巖碎塊多呈片狀，斷口有割手感，說是到微風化巖了，但現場甲方代表和監理人員說是中風化巖，需繼續往下挖，為此事在現場爭議不休，最后工人罷工不挖了。后請來國家注冊巖土工程師現場判斷，并當場挖巖塊判別，指出該巖塊巖質新鮮，斷口有割手感，且在討論過程中巖塊已干水，已達到微風化巖的風化程度等級標準，并以該巖塊作整個場地挖孔樁的終孔標準。

又如新港路某樓高為12層的住宅樓，基礎采用鉆孔灌注樁，87＃號樁，樁徑為1200mm, 設計樁長為16.65m，單樁承載力特征值為3165kN，設計要求持力層為中風化砂巖，而鉆芯法檢測的結果為：檢測樁長為16.31m，樁底下0.41m為強風化粗砂巖，泥質膠結為主，巖芯呈碎塊狀、巖塊用手可扳碎；往下0.40m為中風化含礫粗砂巖，鈣泥膠結，巖質較硬；再往下為微風化含礫粗砂巖，鈣泥膠結，巖質新鮮、堅硬。該樁為單樁承臺，設計工程師為了上部建筑物的使用安全，采用了在樁的四周增加了四根鋼管樁，并加大承臺的方法處理。

2.灰巖：本地區灰巖屬化學石灰巖(普通灰巖)，淺灰至黑色，隱晶質結構，致密塊狀構造，遇冷稀鹽酸劇烈起泡，常具貝殼狀斷口。除受構造影響對巖體完整性造成破壞外，巖石完整，致密，堅硬。它只受含侵蝕CO2地下水這單一風化營力 (化學分解) 以溶蝕的方式風化。巖體當受到受構造力的破壞后，產生裂隙，在含侵蝕CO2地下水的溶蝕作用下，往往形成溶隙或溶洞等，當地下水具有徑流作用時，它的溶蝕作用表現得更為強烈，如形成地下暗河等。鑒于灰巖特殊的風化現象，不宜作風化程度等級的劃分，應鑒定它的完整性，巖體是否存在破碎及溶蝕現象，溶蝕規模等[6]。

3 結束語

在正確劃分巖石風化程度等級的同時，還應及時、認真采取巖芯樣試件進行天然濕度單軸抗壓強度試驗，作出正確的評價，為工程合理選擇基礎類型及持力層提供依據，做到安全、合理、經濟。