红粘土特征及其地基均匀性评价

王克颖

（贵州省有色地质勘察局物化探总队，贵州都匀558000）

1 概述

贵州地区残坡积红粘土分布范围较广，红粘土分为原生及次生两种，原生红粘土是指分布于基岩上部且由碳酸盐类岩石（如灰岩、泥灰岩、白云岩等）在湿热气候条件下经风化、淋滤和红土化作用形成的一种棕红或黄褐色的高塑性粘土，其液限等于或大于50%；次生红粘土为原生红粘土经搬运、再沉积的产物，其仍保留原生红粘土的基本特征，并且液限等大于45%的[1]。由于红粘土具有独特的物理力学性质以及厚度变化大等特点，因而它属于一种区域性的特殊土。

2 红粘土的主要特征

（1）颜色：颜色除棕红色外，还有褐黄、褐红等色。

（2）状态：众多研究表明，红粘土从地表往深部有逐渐变软的规律；出现这种特征的原因可能有两种，其一是地表水向下渗流，下部土体含水量高于上部，同时近地表土体中的水分蒸发较快，因含水量低而硬度相对较大；其二可能与下伏岩体中的基岩裂隙水有关，由于基岩裂隙水的补给和毛细管作用，导致靠近基岩的红粘土含水量较近地表的土体大[2]。

（3）土层厚度：因红粘土是由碳酸盐岩风化、淋滤而成，而碳酸盐岩在发生溶蚀风化时会形成较深的溶沟、溶槽，部分地区溶沟、溶槽深度可达数十米；因此，下伏碳酸盐岩基岩面常伏较大，因而导致红粘土厚度大小不一，变化很大。部分工程勘察中常发现，在水平方向上虽两个钻孔之间距离很近，但红粘土厚度却变化很大，局部地段甚至会出现突变的现象，相差可达10m，因而厚度不稳定是红粘土的重要特征之一。例如，福泉某工程的地质勘察成果显示，在同一工程地质剖面上红粘土厚度相差达6m（图1）。

图1 福泉某工程地质剖面图

（4）土层结构和构造特征：裂隙发育也是红粘土的主要特征之一，主要以竖向裂隙为主，倾斜和水平裂隙为辅。由于粘土形成于湿热交替的气候条件下，故土体会伴随气候的湿、热交替而发生失水收缩，随着收缩程度的加剧而形成收缩裂缝，使得土体被裂隙分割成大小不一的块体，导致土体完整性变差；当红粘土形成后，粘土中的裂隙形成了地下水的运移通道和存储空间[2]，由于土体的存在进一步影响了红粘土的岩土工程特性，使其不利于工程建设。

竖向裂隙是土体最主要的软弱结构面之一，当斜坡或陡坎上的红粘土发育竖向裂隙时，在雨季由于雨水的长期浸泡使土体的抗剪能力降低，加上竖向裂隙中充满水所产生的水压力较大，最终在多种不利因素的共同作用下形成崩塌或滑坡地质灾害[2]。有红粘土层中的裂隙形成了地下水或者地表水的运移通道，在长期的水动力作用下可能会形成土洞，土洞的存在对土体的工程地质性能影响较大，当其位于基础下部时常因土洞塌陷而威胁上部建筑物的安全。

3 红粘土的物理力学性质

由于形成环境的特殊性，不同地区的红粘土在物理力学性质指标上会有所差异，总的来说具有下述特点：

（1）天然含水量高而液性指数小，说明天然含水量以结合水为主，自由水较少；

（2）饱和度大，一般在85%以上；

（3）天然孔隙比大，密度小；

（4）塑性指数高；

（5）颗粒细而均匀，粘粒含量高，具高分散性；

（6）强度高，压缩性较低，多属中压缩性土，具较高的承载力；

（7）红粘土收缩性明显，失水后强烈收缩，原状土体收缩率可达25%，扰动土可达40%~50%。浸水后多数膨胀性轻微（膨胀率常小于2%），但个别例外；

（8）除少数的红粘土具湿陷性外，一般不具湿陷性。

高度分散的粘粒或残留的氧化物凝胶形成较稳固的团粒结构，土体近于两相体，且土中水又多为结合水，这是构成红粘土具较好力学性能的基本因素之一。

但是，如前所述，由于它的多变性及成层性，进行勘察设计时，绝对不能将这种土层组成的地基视为均匀地基，而应当将其划分成不同的土质单元，每一土质单元采用一套计算指标来进行地基计算。

4 红粘土的分类

红粘土可按湿度状态、土体结构、复浸水特性及地基均匀性实行分类：

（1）按湿度状态，即以土的含水比aw将土按表1划分[1]。

表1 红粘土的状态分类[1]

（2）按裂隙发育特征，红粘土的结构按表2分类[1]。

表2 红粘土的结构态分类[1]

（3）红粘土的复浸水特性按表3分类[1]。

表3 红粘土的复浸水特性分类[1]

5 红粘土地基均匀性判断及处理

5.1 红粘土地基均匀性判断

由于红粘土层一般厚度变化较大，但压缩性较低，选用红粘土作地基时应进行地基均匀性评价。红粘土地基均匀性以基底下压缩层分布深度（Z）范围内的土层组成划分[1]，详见表4。

5.2 变形不均匀地基的处理

当不能满足承载力和地基变形要求，需采取工程措施时，应优先选择对地基进行处理，贵州省建筑岩土工程技术规范[1]，地基处理主要方式如下：

（1）地基处理时可改变基础宽度、调整基底应力及增减基础埋深；

（2）当根据表4判定为变形不均匀地基时，可进行地基换填处理。

表4 红粘土地基均匀性分类[1]

①当基底有外露石芽时，由于石芽强度与红粘土强度差异较大，可通过清除石芽并在原石芽处设置软褥垫层，可达到地基变形协调的目的；清除石芽的体积宜等于或略大于基础宽度，褥垫材料宜采用燃炉煤渣（0.5~10mm）、中粗砂等，其铺填厚度为0.3~0.5m或由下式确定：

注：基底压缩层分布深度Z应按下列公式计算[1]：当单独基础的总荷载P1为500~3000kN，条形基础每延米荷载P2为100~250kN/m时，单独基础Z=0.003P1+1.5，条形基础Z=0.05P2-4.5[1]。

式中：ΔS——需要调整的不均匀变形量，cm；

S11——褥垫材料在相同荷载下的相对压缩量，cm/m，由单轴压缩试验确定。褥垫材料分层虚铺厚度与压实后的厚度的比值由试验确定，当初步确定时可选用0.85~0.87。

如图1所示的工程，通过计算得该工程Z值为3.3m，ZK4钻孔红粘土基底以下厚度为0m，属变形不均匀地基，根据上述方法对ZK4钻孔位置进行处理后，有效地避免了地基的不均匀沉降。

②由于红粘土具有横向厚度差异明显的特征，因此，对于水平方向厚度变化较大的可塑、软塑红粘土层，可根据勘察成果以及建筑物布置和结构特征对地基变形较大的区域进行处理，如采用强度较高的材料进行换填垫层处理等，垫层材料可用碎石充填角砾，其底部铺10cm厚中细砂，并分层夯实[1]。

6 结语

由于红粘土具有特殊的岩土工程地质特性，在勘察时，对于红粘土层，应分层取样，以便准确地判定其物理力学特征。要特别注意红粘土地基的均匀性，并对其进行分析和评价。