花崗巖殘積土的工程特性及邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定性探析

楊淑華（福建省閩東南地質(zhì)大隊(duì)）

花崗巖殘積土的工程特性及邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定性探析

楊淑華（福建省閩東南地質(zhì)大隊(duì)）

花崗巖尤其特殊，經(jīng)長(zhǎng)期的物理化學(xué)風(fēng)化作用，易形成花崗巖殘積土?；◢弾r殘積土具有諸多特殊的工程特性，這些特性對(duì)其邊坡的穩(wěn)定有著很大的影響。本文主要對(duì)花崗巖殘積土的工程特性做簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)其邊坡穩(wěn)定進(jìn)行分析。

花崗巖殘積土；工程特性；邊坡穩(wěn)定

引言

花崗巖是地表下經(jīng)凝卻形成的一種火成巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，顏色美觀，其主要成分是長(zhǎng)石和石英，兩者膨脹系數(shù)不一，長(zhǎng)石又具有一定的節(jié)理，受熱脹冷縮作用，花崗巖表層易出現(xiàn)裂紋，在長(zhǎng)期的物理、化學(xué)風(fēng)化中，原地會(huì)留下許多碎屑物，厚度較大，主要是黏土礦物，此即花崗巖殘積土。因?yàn)槟戏綔囟雀?、雨量多、濕度大，化學(xué)風(fēng)化較強(qiáng)，所以花崗巖殘積土多分布于南方，特別是東南沿海一帶?；◢弾r殘積土有其自己的特點(diǎn)，處理稍有不當(dāng)，就有可能引起邊坡失穩(wěn)等事故發(fā)生，加大工程的投資。

1 花崗巖殘積土的工程特性

1.1 物理力學(xué)性質(zhì)

一般而言，花崗巖殘積土是一種可塑至硬塑狀、天然孔隙比較高、抗剪性能高、壓縮性能較好的特殊的土體，其土體的強(qiáng)度，是自上而下逐步增強(qiáng)，因?yàn)楸韺拥耐杆圆缓?，再加上天然孔隙比較大，使得其強(qiáng)度較低；到下層特別是砂礫質(zhì)殘積土，壓縮性較低，透水性較大和天然孔隙比較小，強(qiáng)度也較高。如分布在福建泉州地區(qū)的花崗巖殘積土，厚度較大，顏色以黃褐色居多，埋藏的深淺度不一。除石英外，云母、長(zhǎng)石等風(fēng)化后黏性較差，易碎。

1.2 不均勻性和各向異性

花崗巖較為特殊，其巖脈分布并不均勻，石英巖脈的抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，殘積土?xí)纬捎不瘜樱坏L(zhǎng)巖脈等抗風(fēng)化能力相對(duì)較弱，殘積土多呈軟弱夾層，由此形成導(dǎo)致的殘積土中的原生和次生裂隙決定著邊坡的穩(wěn)定性。從實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，花崗巖殘積土的邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象多發(fā)生于坡度較緩處，其中圓弧式滑動(dòng)占的比例最小，而非圓弧式滑動(dòng)占的比例最大，假如花崗巖殘積土是均質(zhì)的，其失穩(wěn)時(shí)出現(xiàn)的滑動(dòng)面應(yīng)該呈圓弧狀，可實(shí)際恰恰相反，由此可知，花崗巖殘積土具有不均勻性。

1.3 擾動(dòng)性

從其成因來(lái)看，花崗巖殘積土有其特殊結(jié)構(gòu)，除大量的砂粒碎屑外，同時(shí)具備原巖的一部分殘余結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，在取樣時(shí)對(duì)其進(jìn)行切割，很容易破壞其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，以至于強(qiáng)度降低，從而影響到室內(nèi)土工試驗(yàn)的測(cè)量值，導(dǎo)致其壓縮系數(shù)增加，壓縮模量降低，而且，花崗巖殘積土自身天然孔隙比較大，做地基持力層時(shí)，顯得壓縮性偏高，承載力較弱，為提升承載力，只能拖延工期，加大工程基礎(chǔ)成本。如福建某地，在設(shè)計(jì)時(shí)，地基的承載力為150kPa，施工過(guò)程中，凡是超過(guò)6層的建筑，均選擇了樁基礎(chǔ)，但后來(lái)經(jīng)附近工程荷載試驗(yàn)所測(cè)，此地花崗巖殘積土的承載力最低為200kPa，遠(yuǎn)大于6層建筑基底壓力的最大值，使用條形基礎(chǔ)即可。

1.4 軟化特性

所謂軟化特性，指的是在含水量不斷增加的同時(shí)，花崗巖殘積土的壓縮性持續(xù)增大，強(qiáng)度隨之降低?；◢弾r殘積土的成分中含有大量游離氧化物，主要起膠結(jié)作用，且易溶于水，隨著含水量的增加，殘積土中的膠合物受其影響，溶解量驟增，從而導(dǎo)致殘積土強(qiáng)度減弱。在福建省曾做過(guò)相關(guān)試驗(yàn)，將兩組平板靜荷載進(jìn)行對(duì)比，兩組的含水量和地基承載力分別為10%、20%和730kPa、450kPa，加水飽和之后，兩組的地基承載力依次變?yōu)?70kPa、270kPa。經(jīng)過(guò)對(duì)30組標(biāo)貫擊數(shù)和含水量的分析，算初期回歸分析方程如下：

N≒68.3－1.65ω（γ≒0.751）

上式中，N表示的是標(biāo)貫次數(shù)，ω表示的是殘積土中的水含量，γ表示相關(guān)性系數(shù)。

1.5 崩解特性

崩解，指的是花崗巖殘積土在水中浸泡過(guò)后，會(huì)呈片狀或粒狀崩落。如對(duì)福建泉州的殘積土做了相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)其各個(gè)時(shí)刻的崩解量At及相應(yīng)的崩解速率Rf做了詳細(xì)記錄，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，整個(gè)崩解過(guò)程可分三步，第一步要花5～10min試樣浸水，崩解速度較慢，速率約為1.33～2.16，崩解梁在30%左右；第二步需花費(fèi)月20min試樣浸水，崩解速度較快，速率約為5.57～14.62，崩解量達(dá)到了62%；第三步持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，30min左右，土體完全崩解，速度變慢。崩解量At和崩解速率Rf可通過(guò)以下公式表示：

上式中，m0和mt分別代表試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)和浸水歷時(shí)的試樣質(zhì)量；At1、At2依次表示的是歷時(shí)t1和t2的崩解量。

可知，殘積土在浸泡約10min之后，就會(huì)快速崩解。所以在進(jìn)行人工挖孔樁基礎(chǔ)時(shí)，如果地下水位高，孔壁始終浸在水中，即便采用水泵排水，孔壁依舊會(huì)出現(xiàn)大量崩解，損壞樁基的效用。

2 花崗巖殘積土邊坡穩(wěn)定性分析

花崗巖殘積土邊坡失穩(wěn)主要受兩個(gè)因素影響：①其自身的崩解性質(zhì)；②其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微裂隙程度。如果土質(zhì)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為均勻，微裂隙程度輕，多為滑移破壞；相反則屬于崩塌破壞。

2.1 滑移破壞

該破壞類型主要有兩種：①軟化滑移；②滑移拉裂。前者邊坡多位于低洼處，地下水埋藏的深度較淺，上覆土層屬于沖積層。開(kāi)挖之后，地下水會(huì)朝坡面排泄，坡面表層一旦浸水，很容易發(fā)生崩解現(xiàn)象，土體軟化而坍塌，以至于后土體應(yīng)力釋放加快，土中微裂隙擴(kuò)大，地下水滲透，在裂隙中發(fā)生泥化膨脹反應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度較弱，同時(shí)裂隙中的細(xì)小顆粒會(huì)被水沖走，孔隙不斷擴(kuò)大，最終引起軟化滑移?；评训倪吰露辔挥诘桶鹆晏帲叵滤辉跉埛e土中較為穩(wěn)定。開(kāi)挖時(shí)，一旦超過(guò)了地下水位線，同軟化滑移一樣，土體容易塌落，上部形成拉裂縫。

地下水在滑移破壞中起著主導(dǎo)作用，在軟化滑移情況下，可先降低水位，在使用錨桿擋墻等方式進(jìn)行支護(hù)，若沒(méi)有排水，則應(yīng)該選擇抗滑樁。在滑移拉裂的情況下，上部可選擇噴錨支護(hù)的方式，下部需先排水，而后選擇錨桿或土釘進(jìn)行支護(hù)。

2.2 崩塌破壞

有些山坡所處地勢(shì)較高，地下水埋藏較深，一般開(kāi)挖到達(dá)不了地下水位，其上覆土層多為坡積層，含水量少，具有良好的力學(xué)性能和較高的抗剪強(qiáng)度，在開(kāi)挖初始，邊坡較為穩(wěn)定。但時(shí)間一長(zhǎng)，裂隙擴(kuò)張，地表水下滲，邊坡強(qiáng)度減弱，各土體的抗滑摩阻力隨之下降，在重力作用下，易引起楔形體坍塌。還有些坡體在雨水的沖刷下，容易形成泥溝土洞，最終出現(xiàn)坍塌。

坍塌現(xiàn)象剛開(kāi)始多為局部坍塌，隨后面積不斷擴(kuò)大，對(duì)其控制關(guān)鍵在于局部坍塌的控制，在發(fā)生楔形體崩塌時(shí)，可通過(guò)錨桿墻加以支護(hù)，在坡面種植草皮等。在沖刷崩塌時(shí)，需及時(shí)將地表水排出，同時(shí)在坡面種植草皮。

3 結(jié)束語(yǔ)

從上述分析中可知，花崗巖殘積土具有其特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，且分布面積廣，需做具體考慮。其軟化性、崩解性和內(nèi)部微裂隙容易導(dǎo)致邊坡的破壞，對(duì)基礎(chǔ)工程產(chǎn)生不利影響，本文對(duì)其破壞方式做了簡(jiǎn)要論述，并提出了一些相應(yīng)的解決措施，以保證相關(guān)工程的質(zhì)量。

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2016-8-15