厦门地区花岗岩残积土勘察方法及工程特性探讨

邹广明， 曾德建

(中铁二院工程集团有限责任公司， 四川成都 610031)

厦门地区花岗岩残积土勘察方法及工程特性探讨

邹广明， 曾德建

(中铁二院工程集团有限责任公司， 四川成都 610031)

花岗岩残积土在厦门地区广泛分布，其特殊的成因和颗粒组成使其具有砂土特征的同时，也具有黏性土的特征。文章总结了花岗岩残积土的勘察方法，研究了该类土的工程特性，对施工提出了合理的措施建议。

花岗岩残积土； 勘察方法； 工程特性

1 厦门地区的花岗岩残积土

厦门地区的花岗岩残积土主要是燕山期花岗岩类岩石的风化产物。花岗岩在湿热条件下，经过长期的物理、化学风化作用，并残留于原地，形成了花岗岩残积土。其分布广泛，厚度可达70 m以上，是该地区工程建设岩土层的重要组成部分，它是低层、多层建筑物的主要持力层、受力层，也是高层建筑物基坑边坡的主要地层。

花岗岩残积土作为厦门地区普遍分布的一种特殊土层，有着独特的工程特性。在实际工程勘察过程中，经常会出现原位测试与室内土工试验结果不符的情况，使得很难用一般技术规范来确定其力学参数等问题。笔者总结了在该地区勘察工作的经验及注意事项，研究了该类土的工程特性，对施工提出了合理的措施建议[1-2]。

2 花岗岩残积土分类标准和分层依据

2.1 分类标准

花岗岩残积土可根据大于2 mm的颗粒含量，对残积土进行更进一步的划分(表1)。

表1 花岗岩残积土定名与分类

2.2 分层依据

由于花岗岩残积土到花岗岩全风化为渐变过程，在野外鉴定时无法用肉眼对两者进行标准统一的划分，所以通常采用标准贯入试验锤击数的方法来进行划分。当标贯击数30≤N<50时为花岗岩全风化，当标贯击数N<30时为花岗岩残积土。由于花岗岩类残积土的物理、力学指标及力学性质变化范围较大，根据工程经验，将残积土分为软塑、可塑和硬塑3层，分层依据是标贯击数N<4为残积软塑状砂质黏性土，4≤N<18为残积可塑状砂质黏性土，18≤N<30为残积硬塑状砂质黏性土。

3 花岗岩残积土的勘探与测试

3.1 勘探取样

取芯钻探为最常见的勘探方法，严格按照勘探技术要求的钻探资料能够直观地反映出花岗岩残积土的特征，包括颜色、结构、矿物成分及塑性状态等。同时钻探也是采集室内试验样品的必要手段，采取不扰动土试样前应采用低压慢速钻进。尽管花岗岩残积土干钻易钻进，较易取得原状土样，但在采取、密封、运送的环节中还应多加注意，并且应及时送往实验室，尽量减少外界因素对试验值的影响。对于一些具有膨胀性、湿陷性、遇水崩解等特性，并且不易取得原状试样的残积土，宜采用挖掘探井采取不扰动试样。

在地质界面复杂、难以采用传统勘探手段予以查明时，宜利用工程物探可连续加密测点获取连续地质界面的优点，合理选择工程物探方法，采用以工程物探、井探为主，钻探为辅的综合勘探方法。

3.2 原位测试

原位测试是在岩土层原来所处的位置，基本保持其天然结构、天然含水量以及天然应力状态下，测定岩土的工程力学性质指标。其优点在于可以测定难于取得不扰动土样的有关工程力学性质、可避免取样过程中应力释放的影响、代表性强等。

标贯试验具有简便、成熟等特点，是目前土层评价中最普遍使用的一种原位测试手段。尤其是在花岗岩分布地区，标贯试验不仅是判别残积土、全风化和强风化层的主要手段，而且还可以利用各种经验公式估算花岗岩残积土的压缩模量、承载力特征值等。但标贯试验易受人为因素影响，并且其击数的离散性较大，在利用标贯确定力学指标时应注意分析筛选。

波速试验、旁压试验、平板载荷试验和现场直接剪切试验等原位测试的综合运用可以获得各种工程力学性质指标。需特别提醒的是，在花岗岩残积土、全风化、散体状强风化层较厚的地段，进行波速测试的钻孔深度应大于50 m，以确定覆盖层厚度并判定场地类别。

3.3 室内试验

花岗岩残积土应进行常规的物理性质和力学性质指标试验，包括天然密度、颗粒密度、天然含水量、天然孔隙比、孔隙率、饱和度、液限、塑限、塑性指数、液性指数、含水比、干密度、自由膨胀率、抗剪强度、压缩系数、压缩模量等。对于残积土边坡工程，除应进行常规的抗剪强度试验外，还需进行残余强度抗剪试验、饱和强度抗剪试验。

当含有大于0.5 mm 颗粒时，应进行过筛，用0.5 mm的筛下土测定其液限和塑限含水量。花岗岩残积土过0.5 mm 筛下土测定的液性指数不能代表原状土的稠度。不难想象，d> 0.5 mm 的土含量越大，所计算出的稠度与实际土性相差越大。

4 花岗岩残积土的工程特性

花岗岩的主要成分是石英( 20 %～30 % )、长石( 60 %～70 % )、云母及角闪石( 5 %～10 % ) 。厦门地区气候温暖、气温高、雨量足、相对湿度大、化学风化作用强烈，加之花岗岩本身具有原生和次生节理裂隙，石英和长石的膨胀系数相差近一倍，在水及空气携带的风化介质作用下，在热胀冷缩的过程中，花岗岩表面容易产生裂隙，随着风化程度的加重，最终风化成为花岗岩残积土。花岗岩残积土的成因决定了其有着独特的工程特性[3]。

4.1 不均匀性

(1)土层不均匀性。花岗岩残积土各项物理力学性质指标通常为中高变异性，表明其土质均匀性较差。再者花岗岩中常见不均匀分布的岩脉，有些岩脉抗风化能力较强，而有些岩脉抗风化能力较弱，如二长岩脉、煌斑岩脉等，前者在残积土形成硬化层，而后者形成纯高岭土化的软弱夹层，由此形成残积土中的原生和次生裂隙。

(2)级配不均匀性。花岗岩残积土颗粒成分具有“两头大，中间小”的特点，即颗粒成分中，粗颗粒(大于2 mm)的组分及颗粒小的组分(小于0.075 mm)的含量较多，而介于其间的颗粒成分则较少。这种独特的组分特征，使其既具有砂土的特征，亦具黏性土特征，同时也为小颗粒从大颗粒的孔隙中涌出提供可能的条件[4]。

厦门集美区某工程残积土颗粒成分见表2。

表2 厦门集美区某工程残积土颗粒成分试验统计

4.2 遇水软化、崩解性

接近地表的残积土受水的淋滤作用，形成网纹结构，土质较坚硬，而其下强度较低，再往下由于风化程度减弱强度逐渐增加，当动水压力过大时，容易产生管涌、流土等渗透变形现象。因此花岗岩残积土具有遇水迅速软化、崩解、强度急剧降低的特点，经扰动后的承载力几乎与淤泥接近。当以花岗岩残积土作为基础持力层时，应采取有力的止水措施，避开雨季施工，并在开挖后立即浇注混凝土，避免人为扰动。

4.3 低变形性、较高承载力

由于花岗岩残积土含有大量石英颗粒，在试验试样切取制作时极易因扰动而破坏其结构性，使其结构强度损失，导致室内土工试验所测的压缩模量偏低、压缩系数偏大，加之花岗岩残积土本身孔隙比较大，故常常被误判为承载力较低、压缩性较高的地基土。

室内土工试验测得的花岗岩残积土的压缩系数较大(通常在0.4～0.6 MPa-1之间)，根据压缩系数计算的地基变形量与实际情况会有较大的误差。花岗岩残积土还具有较高的地基承载力特征值，是建筑物较好的天然地基持力层或桩基持力层。

标准贯入试验是野外工程勘察普及且简便的原位测试手段，可以用来估算地基承载力特征值及压缩模量。但在实际工程取值中，建议结合室内压缩试验、旁压试验、载荷试验和标贯试验等测试结果综合分析评价，合理取值[5-6]。

5 结论

(1)厦门地区花岗岩残积土具有不均匀性、遇水软化、崩解性、低变形性和较高的承载力。

(2)不宜简单地套用一般技术规范来确定花岗岩残积土的力学参数。应采用标准贯入试验、静载荷试验或其他原位测试相结合，综合分析合理取值。

(3)花岗岩残积土遇水具有明显的软化崩解特性，使得土的抗剪强度迅速降低，加之水动力作用，致使滑坡、崩塌等地质灾害的发生。因此，花岗岩残积土地区施工的决定性因素就是水的作用。基坑应加强地表防排水措施，开挖前先做好降水工作；避免雨水井、污水井等外来动水流进入基坑；基坑开挖到设计标高后宜及时封闭。残积土的边坡容易产生坍塌现象，可采用土体锚固支护配合混凝土喷射挂网保护坑壁和坡面。

[1] 杨茂长.福建沿海地区花岗岩残积土工程特性探讨[J].资源环境与工程,2010,24(1):41-43.

[2] 郑勇.厦门地区花岗岩残积土强度与变形特性研究[J].福建建设科技, 2012(6):17-19.

[3] 吴能森,赵尘.花岗岩残积土的成因、分布及工程特性研究[J].平顶山工学院学报, 2004(4).

[4] 高建国. 花岗岩风化土中地铁基坑施工风险和对策[J].铁道勘察，2010(3):117-121.

[5] 黄平安,黄文县.花岗岩残积土的特征及承载力的确定[J].西部探矿工程，2006(6) : 22- 24.

[6] 李萍.浅谈福建省花岗岩残积土的岩土工程地质特性[J].城市勘测，2006(6):78-82.

邹广明(1983～) ，男，硕士研究生，工程师，从事工程地质勘察工作。

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[定稿日期]2016-08-16