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吉林省水利水电勘测设计研究院 吉林长春 130012
摘要：花岗岩残积土是一种广泛分布，在我国多数地区都有出露的特殊性土层，它具有较强的结构联接和较高的结构强度，常呈超固结性状。残积土具有抗剪强度较高.孔隙比较大，液性指数较小，压缩模量较低的特点，常用作天然地基和桩基的持力层。但其又具有遇水易软化、崩解的特性，与一般黏性土性质不同。
关键词：花岗岩残积土；沉降量；承载力；软化；崩解
花岗岩残积土在我国大部分地区广泛分布。其一般发育在风化花岗岩顶部，并且具有较高的地基承载力和抗剪强度，常用作天然地基和桩基的持力层。由于其具有孔隙比大、亲水性好、易扰动破坏、遇水易崩解等特点，其工程参数难于确定。
花岗岩残积土与风化岩划分原则如表1所示。
1.分布规律
由于地形、岩石结构、地下水等的差异致使风化程度不同，但花岗岩残积土的分布从上到下具有一定的规律性：
上部主要是长石和云母风化而成的再生黏土矿物如高岭石及水云母等组成，95%的长石和30%的石英被分解变化，大部分石英残留，土体呈多孔状非常脆弱，由于赤铁矿的铁染而呈红色和紫红色。往下由长石变化而成的角兰闪石和高岭石组成为主，颜色中带有白色斑状是由于长石结晶的角闪石化的结果，总的重度低。
在以上的风化过程中，由于水的淋滤作用和氧化还原条件的变化，形成的残积土从上到下岩石风化程度是不同的，呈上强下弱渐变过程，因此残积土的密度也呈上小下大的趋势，力学性质上弱下强。
中部主要的再生黏土矿物是角闪石.所以呈灰白色，大部分的石英和大半的长石、云母、角闪石残留下来，脆性比上部差，但仍具多孔状，水容易渗透，大雨期间易崩塌，此层下部常夹有铁，锰的氧化物集积层，呈黑色。
下部处于交换和集积带，风化后的再生矿物主要是蒙脱石、蛭石等，不形成角闪石。上部地层的溶脱作用使此层中硅质多，呈碱性为主，由于赤铁矿与水作用形成褐铁矿，因此呈黄褐色。此层是残积土中透水性较好的含水层，大多处于硬塑状，可形成陡坡或崖，地形上往往形成突变地形。
2.地基沉降量与承载力
花岗岩残积土一般为可塑～硬塑的中硬土，有一定的压缩性，若作为结构持力层，使用期结构会有一定的沉降量，在工程进行和竣工后的一段时期内必须对沉降进行监测。在众多监测成果中发现，依据室内土工试验成果计算的花岗岩残积层沉降量往往比实际偏大。
沉降量计算的精度受很多因素影响，如现场地质资料的准确程度，附加应力的计算误差、边界条件的复杂性、压缩指标的代表性等，在地层条件比较清楚，土层的力学指标比较有代表性的情况下，沉降计算的误差一般在20%以内。花岗岩残积土沉降计算误差往往超过这一范围。
究其原因，主要是土中含有较多粗颗粒和试验方法的局限性。粗颗粒的物质成份以强度高、压缩性小的石英为主。室内试验抽样过程中，试件切割把较多粗颗粒从试件中剥离出来，使试件表面呈蜂窝状，然后又用强度低、压缩性高的细粒土补平表面。用这种方法制成的试样已不能正确反映原土样的颗粒组成；同时用压缩性高的细粒土取代试样内的部分石英颗粒，导致压缩模量偏低，压缩系数偏高。加之取土器不标准，取样方法不当，运输和环刀试验中的扰动，残积土的室内土工试验值可靠性偏小，也是必然的。
地基承载力是地基受荷后塑性区限制在一定范围内保证不产生剪切破坏而丧失稳定，因而承载能力主要在于抗剪强度。抗剪强度在各种情况下是变化的，残积土的抗剪强度随密度的增加而增加，且含水量变化对密度也有直接影响；随黏粒含量和黏土矿物含量的增加黏聚力提高，抗剪强度提高；天然结构破坏以后，其抗剪强度会剧烈降低。此外，随着法向压力逐渐增长，抗剪强度也会变化，风化过程也会降低抗剪强度，孔隙溶液浓度的降低以及盐份的淋滤使抗剪强度也会逐渐减小。
按临塑荷载公式计算的地基承载力特征值。用载荷试验验证时发现，按公式计算的承载力特征值比载荷试验得到的实际承载力偏低或偏高。造成这种原因是花岗岩残积土具较强的结构性。在取样、运送样品过程中样品易扰动破坏其结构性。致使承载力降低；或者是试验过程中操作的人为误差导致抗剪强度较实际小。
根据砂质黏性土室内试验数据查表所得地基土承载力一般偏低，因此在工程实际应用中，计算承载力时宜以现场原位测试为准。
岩土工程实践表明，对于含有较多粗颗粒的黏性土，现场原位测试会得到比室内试验可靠的结果。勘察报告中提出的残积土指标，物理指标主要依据室内土工试验，力学指标主要依据原位试验指标为宜。
3.软化与崩解
花岗岩残积土与一般黏性土不同之处在于土中具有不同数量的石英颗粒，且分布较为均匀、土中的颗粒通过黏聚力连接，因此便出现了力学强度和抗水性。残积土的黏聚力是除保持了原母岩留下的原始黏聚力外，更重要的是长石和云母等矿物完全风化后各种化学物质从孔隙水中析出的沉淀（或淋滤）物起了一种天然胶结的作用。胶结作用能在土颗粒间形成水稳性连接，矿物颗粒与水长期作用以及矿物颗粒之间本身长期接触的结果。在花岗岩残积土中石膏等胶结物质所引起的非抗水性黏聚力比起氧化硅、铁、锰等胶结物质引起的抗水性黏聚力小得多，因此，胶结作用产生的黏聚力是附加在原始黏聚力之上的，它随着环境的转移而增减。
花岗岩残积土的上述特性决定了其软化及崩解特性。软化特性是指残积土随着含水量的增加，其强度降低，压缩性增大的性质。土体中含水量增加，在土体中起胶结作用的游离氧化物的溶解量随之增加，从而使土体强度降低，压缩性增大。崩解是指浸泡在水中的花岗岩残积土呈散料状、片状化崩落现象。
残积土的这两个特性，不利于水工结构的稳定，使结构的后期沉降加大，因此施工中应对残积土这两个特性有充份的了解和妥当的解决方案。应尽量减少基槽开挖与基床施工的间歇，同时注意导水及天气变化，高寒地区注意施工时温度。
4.结论
花岗岩残积土工程问题虽然复杂，但却有章可循，抓住其既有规律，问题迎刃而解；在工程应用中，计算花岗岩残积土承载力与沉降量的数据应依据原位测试进行；花岗岩残积土基槽开挖后，应立即施工，最大可能减少施工期土体软化、崩解对承载力造成的影响。
参考文献：
[1]余德彬，邓跃光，黄荣.《珠海地区花岗岩残积士特征》.四川建筑，第22卷1期，2002.2
[2]齐明柱，江辉煌，周神根.《深圳地区花岗岩残积土的沉降计算及现场测试分析》.中国铁道科学第25卷第1期，2004.2
作者简介：
李立军（1974-），吉林长春，高级工程师，主要从事水文地质、工程地质勘察、岩土工程研究工作。
摘要：花岗岩残积土是一种广泛分布，在我国多数地区都有出露的特殊性土层，它具有较强的结构联接和较高的结构强度，常呈超固结性状。残积土具有抗剪强度较高.孔隙比较大，液性指数较小，压缩模量较低的特点，常用作天然地基和桩基的持力层。但其又具有遇水易软化、崩解的特性，与一般黏性土性质不同。
关键词：花岗岩残积土；沉降量；承载力；软化；崩解
花岗岩残积土在我国大部分地区广泛分布。其一般发育在风化花岗岩顶部，并且具有较高的地基承载力和抗剪强度，常用作天然地基和桩基的持力层。由于其具有孔隙比大、亲水性好、易扰动破坏、遇水易崩解等特点，其工程参数难于确定。
花岗岩残积土与风化岩划分原则如表1所示。
1.分布规律
由于地形、岩石结构、地下水等的差异致使风化程度不同，但花岗岩残积土的分布从上到下具有一定的规律性：
上部主要是长石和云母风化而成的再生黏土矿物如高岭石及水云母等组成，95%的长石和30%的石英被分解变化，大部分石英残留，土体呈多孔状非常脆弱，由于赤铁矿的铁染而呈红色和紫红色。往下由长石变化而成的角兰闪石和高岭石组成为主，颜色中带有白色斑状是由于长石结晶的角闪石化的结果，总的重度低。
在以上的风化过程中，由于水的淋滤作用和氧化还原条件的变化，形成的残积土从上到下岩石风化程度是不同的，呈上强下弱渐变过程，因此残积土的密度也呈上小下大的趋势，力学性质上弱下强。
中部主要的再生黏土矿物是角闪石.所以呈灰白色，大部分的石英和大半的长石、云母、角闪石残留下来，脆性比上部差，但仍具多孔状，水容易渗透，大雨期间易崩塌，此层下部常夹有铁，锰的氧化物集积层，呈黑色。
下部处于交换和集积带，风化后的再生矿物主要是蒙脱石、蛭石等，不形成角闪石。上部地层的溶脱作用使此层中硅质多，呈碱性为主，由于赤铁矿与水作用形成褐铁矿，因此呈黄褐色。此层是残积土中透水性较好的含水层，大多处于硬塑状，可形成陡坡或崖，地形上往往形成突变地形。
2.地基沉降量与承载力
花岗岩残积土一般为可塑～硬塑的中硬土，有一定的压缩性，若作为结构持力层，使用期结构会有一定的沉降量，在工程进行和竣工后的一段时期内必须对沉降进行监测。在众多监测成果中发现，依据室内土工试验成果计算的花岗岩残积层沉降量往往比实际偏大。
沉降量计算的精度受很多因素影响，如现场地质资料的准确程度，附加应力的计算误差、边界条件的复杂性、压缩指标的代表性等，在地层条件比较清楚，土层的力学指标比较有代表性的情况下，沉降计算的误差一般在20%以内。花岗岩残积土沉降计算误差往往超过这一范围。
究其原因，主要是土中含有较多粗颗粒和试验方法的局限性。粗颗粒的物质成份以强度高、压缩性小的石英为主。室内试验抽样过程中，试件切割把较多粗颗粒从试件中剥离出来，使试件表面呈蜂窝状，然后又用强度低、压缩性高的细粒土补平表面。用这种方法制成的试样已不能正确反映原土样的颗粒组成；同时用压缩性高的细粒土取代试样内的部分石英颗粒，导致压缩模量偏低，压缩系数偏高。加之取土器不标准，取样方法不当，运输和环刀试验中的扰动，残积土的室内土工试验值可靠性偏小，也是必然的。
地基承载力是地基受荷后塑性区限制在一定范围内保证不产生剪切破坏而丧失稳定，因而承载能力主要在于抗剪强度。抗剪强度在各种情况下是变化的，残积土的抗剪强度随密度的增加而增加，且含水量变化对密度也有直接影响；随黏粒含量和黏土矿物含量的增加黏聚力提高，抗剪强度提高；天然结构破坏以后，其抗剪强度会剧烈降低。此外，随着法向压力逐渐增长，抗剪强度也会变化，风化过程也会降低抗剪强度，孔隙溶液浓度的降低以及盐份的淋滤使抗剪强度也会逐渐减小。
按临塑荷载公式计算的地基承载力特征值。用载荷试验验证时发现，按公式计算的承载力特征值比载荷试验得到的实际承载力偏低或偏高。造成这种原因是花岗岩残积土具较强的结构性。在取样、运送样品过程中样品易扰动破坏其结构性。致使承载力降低；或者是试验过程中操作的人为误差导致抗剪强度较实际小。
根据砂质黏性土室内试验数据查表所得地基土承载力一般偏低，因此在工程实际应用中，计算承载力时宜以现场原位测试为准。
岩土工程实践表明，对于含有较多粗颗粒的黏性土，现场原位测试会得到比室内试验可靠的结果。勘察报告中提出的残积土指标，物理指标主要依据室内土工试验，力学指标主要依据原位试验指标为宜。
3.软化与崩解
花岗岩残积土与一般黏性土不同之处在于土中具有不同数量的石英颗粒，且分布较为均匀、土中的颗粒通过黏聚力连接，因此便出现了力学强度和抗水性。残积土的黏聚力是除保持了原母岩留下的原始黏聚力外，更重要的是长石和云母等矿物完全风化后各种化学物质从孔隙水中析出的沉淀（或淋滤）物起了一种天然胶结的作用。胶结作用能在土颗粒间形成水稳性连接，矿物颗粒与水长期作用以及矿物颗粒之间本身长期接触的结果。在花岗岩残积土中石膏等胶结物质所引起的非抗水性黏聚力比起氧化硅、铁、锰等胶结物质引起的抗水性黏聚力小得多，因此，胶结作用产生的黏聚力是附加在原始黏聚力之上的，它随着环境的转移而增减。
花岗岩残积土的上述特性决定了其软化及崩解特性。软化特性是指残积土随着含水量的增加，其强度降低，压缩性增大的性质。土体中含水量增加，在土体中起胶结作用的游离氧化物的溶解量随之增加，从而使土体强度降低，压缩性增大。崩解是指浸泡在水中的花岗岩残积土呈散料状、片状化崩落现象。
残积土的这两个特性，不利于水工结构的稳定，使结构的后期沉降加大，因此施工中应对残积土这两个特性有充份的了解和妥当的解决方案。应尽量减少基槽开挖与基床施工的间歇，同时注意导水及天气变化，高寒地区注意施工时温度。
4.结论
花岗岩残积土工程问题虽然复杂，但却有章可循，抓住其既有规律，问题迎刃而解；在工程应用中，计算花岗岩残积土承载力与沉降量的数据应依据原位测试进行；花岗岩残积土基槽开挖后，应立即施工，最大可能减少施工期土体软化、崩解对承载力造成的影响。
参考文献：
[1]余德彬，邓跃光，黄荣.《珠海地区花岗岩残积士特征》.四川建筑，第22卷1期，2002.2
[2]齐明柱，江辉煌，周神根.《深圳地区花岗岩残积土的沉降计算及现场测试分析》.中国铁道科学第25卷第1期，2004.2
作者简介：
李立军（1974-），吉林长春，高级工程师，主要从事水文地质、工程地质勘察、岩土工程研究工作。