大连地区红粘土的分布、分类及其工程地质特征

张　鹏

摘要：文章论述了成土作用的一些基本条件和控制因素及其形成机制，特别是红粘土的形成除了具备如母岩条件外还应有适当的气候和水文条件、地形、地貌等条件。文章以大连地区红粘土的分布、分类和工程地质特征为例，说明了在不同地区，不同岩石形成的红粘土除了具备红粘土的某些共同特征外，其工程地质性质还有某些不同之处，并且根据成因和工程地质性质也可分成若干类型。目的是为保证工程质量，在此类地区施工中多采用嵌岩钻孔灌注桩加以研究和利用。

关键词：红粘土；母岩；成土；嵌岩钻孔；灌注桩

中图分类号：TU446文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）05-0110-03

红粘土作为一种特殊土已被国内外广大地质和岩土工作者所认识，并且作了大量的研究工作。本文把大连地区红粘土和工程地质特征进行介绍，以便在工程实践中加以研究和利用。

一、红粘土形成的特定地质环境和成土因素

1．成土母岩对红粘土形成的影响，红粘土作为一种土，除了具备其他土的成土因素外，还应具有自己的成土规律。岩石和岩石中矿物的耐风化能力是成土作用的内在因素，在一般的情况下矿物形成愈接近地表条件时，抵抗风化的能力愈强，总的来说稳定性从大到小的顺序为：氧化物＞硅酸盐＞碳酸盐和硫化物，因此岩石遭受风化作用的速度和程度，成土作用的类型等往往取决于岩石的类型和矿物成分。

2．气候条件是成土和形成红粘土作用的另一个主要的外在因素（温度、雨量），温度影响化学反应（分解）的速度控制水的效能。

3．地形、地貌和水文条件，成土作用的主要风化是化学风化，化学反应包括：水解、氧化、离子交换、水合、碳酸盐化、络离子形成、简单的化学溶解等。造岩矿物（硅酸盐）主要通过水解而分解，由此可见除了气候条件而外，水在化学风化过程中起到主导作用，而水文条件和地貌、地形条件紧紧相关。

二、大连地区红粘土的分布和分类

如前所述红粘土在我国南方广大地区的形成和分布受到多种因素的影响，近年来由于地区开发和研究的不断深入，在我国北方如大连地区也有所发现，北方地区红粘土和南方红粘土既有共同特征又有区别。

1．大连地区红粘土的形成。大连位于我国东北地区南部，属温带季风型气候，在东北地区相对温和多雨，有利于岩石的化学风化和红土化的形成，又由于处在沿海丘陵，地形、地貌条件复杂，河流阶地也较为发育，这就初步具有了地形、地貌和水文条件有利于红粘土的形成。

区内成土母岩具备了红粘土的形成条件，本区主要分布震旦系地层：由下而上分别为：石英岩、板岩、互层带和石灰岩，其中石英岩和硅质岩往往构成低山和丘陵为剥蚀区，而泥质灰岩、板岩和广泛分布的辉绿岩墙地区，则地势低平，或形成负地形。这就为红粘土的形成具备了物质基础。又由于大连地区夏季高温多雨，有利于化学风化作用的进行，在地形、地貌和水文条件适宜的情况下，就形成了局部分布的硅铝－铁质－铝土型或红土型的风化壳，从分析结果看出在石灰岩分布地区虽然接近原岩部位，溶液常表现为中性，到碱性反应，但在上部化学风化（红土化）进行过程中溶液常表现为酸性和弱酸性，岩石中CaO、MgO、CO2 大量分解流失，使TiO2、Al2O3相对集中，FeO进一步氧化成Fe2O3红土化，其它岩石等含量变化不大辉绿岩的风化和红粘土化过程和上述过程大体相当，不过岩石和红粘土呈渐变过渡关系，而没有明显的界线，原岩－强风化－全风化－残积土。但资料也表明不论是不同地区的同一种母岩，还是同一地区的不同种母岩，它们风化而成的红粘土的化学成分和矿物成分以及物理力学性质都有一定的差异。

另外大连地区还存在一种次生红粘土，主要是由碳酸盐类岩石已经形成的红粘土再经洪积冰积或冲积等地质作用经近距离的搬运又混进了一些卵碎石和其他粘性土，使其成分和物理力学性质和其他红粘土又有所区别，大连地区红粘土在塑性图上的位置也和南方红粘土有些不同，如图1所示：

2．大连地区红粘土的成分。（1）化学成分：在红粘土形成过程中，石灰岩形成的红粘土CaO、CO2基本流失，SiO2、Al2O3材料集中化，艹转化为卅，表明了氧化环境；辉绿岩形成红粘土的过程和上述过程大体相仿，表现为CaO、MgO大量流失，SiO2、Al2O3相对集中，化艹转化为化卅。（2）大连地区红粘土的矿物成分见表1：

3．大连地区红粘土的分布。（1）残坡积成因的红粘土主要由石灰岩和辉绿岩风化而成，成土后多残积在原地或稍经近距离搬运，残积成因的红粘土主要分布在辉绿岩墙发育的低山和缓坡地区和石灰岩地形平坦地区。辉绿岩墙形成的红粘土颗粒极细，厚度也较大，由几米至十几米，在水平方向上厚度变化不大，在垂直方向上和原岩呈逐渐过渡的关系，没有明显界线，如葵英街民运巷和金南路四小区等都有分布。由灰岩残坡积形成的红粘土，主要分布在大连市区北部甘井子－金南路－新寨子一带的石灰岩分布的低丘和盆地区。金县和新港也有类似分布。土层厚度在水平方向上变化很大，严格受基岩面起伏形态控制，和原岩界线清晰。市内的大化、大钢、大纺、金南路等都可见到，有引起地段仅分布在溶槽和溶沟中，如大化红粘土厚度由0.9～19米不等，金泡路亦如此。（2）次生红粘土：资料表明大连地区次生红粘土主要由冰积和洪积成因，即由残积和坡积成因的红粘土经洪水和冰川的作用稍经搬运，并在搬运过程中混进一些砾石使红粘土的成分有所改变，多堆积在距红粘土形成地段不远的山坡脚和冲沟的两侧或海岸二级阶地呈条带状分布。如金南路六小区、新港的苏达山、大连湾的棉花岛及附近的海岸带都有分布，即所谓的红粘土混碎石层。访领导干部欠生红粘土较厚且稳定固结较好，多呈硬塑状态，一般少具上硬下软的特征载力较高，是很好的浅基础的持力层。

三、大连地区红粘土的类型和工程地质特征

1．残积红粘土。由辉绿岩风化而成的红粘土，该种成因的红粘土多为残积成因，多分布在地势低平和缓坡低丘地带，它的主要特征是：（1）主要为残积成因的红粘土，由地表向深部和基岩呈逐渐过渡的关系。几乎找不到明显的分界线，中部的红粘土偶尔尚可见到未完全风化成高岭土的斜长石斑晶，向下逐渐过渡为强风化的辉绿岩，红粘土几乎没有侧向移动迹象，为原地残积成因。（2）侧向厚度变化不大，且层厚较大。从葵英街民运巷小区、金南路四小区、香炉礁港务公司和南关岭南山等几处红粘土来看，厚度约在10～15米以上。因为和基岩没有明显的界线，所以厚度不受基岩面起伏的控制。（3）在没有或很少受地下水影响地段（即地下水不发育地区）则上硬下软的特征不明显，如金南路四小区和葵英街民运巷小区。（4）工程地质性质。因该种红粘土颗粒极细，渗透系数很小。多表现为硬塑至可塑状态。多为中压缩性土，虽然孔隙比大于1.4，液限大于60%，但该种土具收缩和遇水崩解的特征，因此它的工程地质特征受水文地质条件影响。如在地势较高的缓坡地带和地下水不发育地带可选做天然的基础特力层，但基坑开挖时注意边坡防护。否则多以桩基础为宜。又因桩尖持力层不好选择故打桩时多以贯入度控制。

2．残坡积红粘土。在碳酸盐地区形成的红粘土，该种类型的红粘土分布比较广泛，在市区西部和北部的大辛寨子、南关岭、金南路和甘井子等地都有所分布。这类红粘土的主要特征是：（1）这种红粘土的层厚和侧向变化严格受基岩面起伏控制，因此厚度变化悬殊，如大化、大纺和大钢等勘察资料表明厚度可由几米至二十几米不等，并可见到侧向移动迹象，有的仅冲填在溶沟和溶槽中或溶洞中如小野田水泥有限公司等地。（2）红粘土呈暗红色至棕红色，颗粒极为细腻，刀切面特别光滑。有较强的粘着性和滑腻油感。天然孔隙比0.998（金南路六小区137个样平）液限51.11%，天然含水量32.79%，液塑比1.89属中～低压缩性上。（3）工程地质性质：因该种红粘土多分布在海岸带和较低平地下水较发度地区，又因土的本身具有较强的干时收缩性，裂隙性地表水易于下渗，因此上硬下软的特征明显，层位侧向变化较大，因此在该类土分布地区（地段）多不宜采用浅基础，特别是重要建筑物因差异沉降较大，予制桩桩长又不易掌握且不能嵌入岩石，采用钻孔灌注桩为宜，如图2所示：

3．次生红粘土。次生红粘土分布在距各种成因的残积红粘土附近地段，如：新港苏达山海岸二级阶地的冲沟两侧，金南路六小区的坡坎地带。（1）大连地区的次生红粘土多为洪积和冰积成因，在移动过程中混进了一些碎石和其他粘土成分，因此这种粘土和一般所称的红粘土略具不同特征。如：新港的苏达山地区的次生红粘土天然含量W=25.20%，虽然孔隙比t=0.81，液限Wc=48.70%，中等压缩性。（2）工程地质特征：这种土分布并不广泛，目前仅见于金南路小区，大连湾棉花岛和新港的苏达山一带。呈条带状分布。因工作较少这种土的具体特征掌握的较少，但从它的分布和形成过程可知它多处于地下水不发育和容易排泄地段，因此少受地下水的影响。因此不具备上硬下软的特征，并且在它移动的过程中混杂一些碎石并经后期固结压实，因此它的强度较高，并没有软弱下卧层，故是很好的天然地基。如：金南路六小区北坡和东坡、大化的棉花岛等地。

四、结论

1．红粘土（红土）是在特定的地质环境下形成的特殊土。由于大连处于北方，与南方气候相比，气温和温度

都相对较低，化学风化作用进行不够充分，不够彻底，所以形成的红粘土和南方红粘土略有不同，如在塑性图上接近A线，但略偏上。但某些物理力学性质又接近红粘土的特征和一般粘性土有明显不同，如若不将其和一般粘性土加以区别，势必给工程造成很大损失。

2．从工程的角度出发，结合红粘土的成因和特征，笔者将大连地区的红粘土分为红粘土和次生红粘土两大类；按物理力学性质又可分为I类和II类红粘土。

3．关于大连地区的红粘土，对次生红粘土和地下水不甚发育，水文地质条件较好地段的辉绿岩形成的红粘土，可以含水比和标准贯入试验确定其承载力，并且可以作为浅基础的天然持力层；而石灰岩地区形成的红粘土则无论在侧向和垂向上各种性质都表现出较大的差异，上硬下软，裂隙性，收缩性，崩解性都更接近于“标准”的红粘土，工程实践中要特别注意，很多地段需采用人工地基如桩基，最近几年大连地区采用钻孔灌注桩也和这种红粘土的工程地质条件不无关系。

参考文献

[1]武汉地质学院地球化学教研室．地球化学[M]．北京：地质出版社，1979．

[2]王大纯，张人权，史毅虹．水文地质学基础[M]．北京：地质出版社，1980，（7）．

[3]工程地质手册[M]．中国建筑工业出版社，1982，（9）．

[4]华南工学院，南京工学院，浙江大学．地基及基础[M]．湖南大学编中国建筑工业出版社．

作者简介：张鹏（1962－），男，辽宁大连人，辽宁有色地质局107队高级工程师，从事岩土工程勘察、施工和建筑地基处理工作。