管鸣睿

(交通运输部天津水运工程科学研究所 天津300456)

福建省湄洲湾地区花岗岩残积土工程性质研究

管鸣睿

(交通运输部天津水运工程科学研究所 天津300456)

福建省湄洲湾地区花岗岩残积土是一种特殊土体，具有压缩性中等偏低、抗剪强度较高、粗粒含量较多等特性，同时该土体强度指标较高，是一种具有一定结构强度的粘性土。湄洲湾地区花岗岩残积土是该地区建筑物较好的天然持力层和桩基持力层，因此在岩土工程勘察及设计工作中应给予充分重视。通过归纳湄洲湾地区部分岩土工程勘察项目经验，进一步分析该地区花岗岩残积土的工程性质，并提出个人看法，为该地区今后的相关工程提供参考。

福建省湄洲湾地区 花岗岩残积土 工程地质特性

由于气候条件、地形条件和地质条件的差异，燕山期花岗岩在物理风化、化学风化等作用下形成厚度不等的残积土并残留于原地。花岗岩残积土主要由粗颗粒矿物及粘性矿物构成，粗颗粒矿物为长石、石英、方解石，粘性矿物主要以高岭土为主。由于其未经搬运及分选，因此具有区别于其他土层的特性。

1 花岗岩残积土风化成因

花岗岩经风化剥蚀作用后残留在原地的碎屑物称为花岗岩残积土。花岗岩主要是由石英、长石、云母构成，呈全晶质邓丽结构，原岩硬度较高，均匀性较好，原岩试件单轴饱和抗压强度高，约120～ 200,MPa，但因花岗岩原岩结构面丰富，且石英、长石在热胀冷缩的过程中膨胀体积差别较大，花岗岩外部易开裂，因此极易产生物理风化，特别是晶体颗粒较粗的花岗岩。在湿度及温度相对较高的南方地区，主要以化学风化作用为主，因此存在以粘土矿物为主且厚度较大的花岗岩残积土。花岗岩的化学风化作用主要是其中占约三分之二的长石在水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳作用下发生水解和碳酸化后形成高岭石(AL2O3，2,SiO2，2,H2O)。

2 花岗岩残积土的分布特征及层次划分

湄洲湾地区花岗岩残积土普遍分布，根据埋藏条件可分为两类，其中裸露型花岗岩残积土露头位于地表或浅部土层之下，多存在于低矮丘陵、台地等地带；覆盖型花岗岩残积土则主要埋藏于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土等软弱土层之下，多存在于滩涂、三角洲及沼泽地带。湄洲湾地区花岗岩残积土物理、力学性质在垂直方向上随深度变化有较明显的差异，且多成层分布。

2.1 裸露型花岗岩残积土

其物理力学性质及结构特性在地下水面上下具有较大差异。地下水位以上土体以砖红色为主，颜色鲜艳，结构性差，长石等矿物氧化充分，不均匀分布大量石英颗粒，由于未受到地下水侵蚀作用，土质条件较好，呈硬塑-坚硬状态；地下水位以下土体以棕红色为主，偶见原岩结构，石英颗粒风化较弱，长石、云母已完全风化形成高岭土等，受地下水影响，土质条件相对较差，土呈可塑-硬塑状态。

2.2 覆盖型花岗岩残积土

上部呈褐红色、黄褐色带灰白色，原岩结构不清晰，以可塑-硬塑为主，强度偏低；下部多呈灰白色或红褐色，底部为全风化岩至中风化岩过渡带，土质不均，以硬塑为主，强度较高。

3 花岗岩残积土的物理力学性质

在天然状态下，花岗岩残积土是一种可塑-坚硬状态、压缩性中等偏低、抗剪强度较高、粗粒含量较多的特殊土体，表1为湄洲湾地区局部花岗岩残积土物理力学指标统计表(表中粘聚力、内摩擦角取标准值，其他指标均取平均值)。

表1 花岗岩残积土物理力学指标Tab.1 Physical mechanical indexes of granite residual soil

从该表中可以看出，由于受地下水波动影响较大，裸露型花岗岩残积土上部土层土质明显好于下部土层，其天然含水率、孔隙比、压缩系数等指标均小于下部土层。而覆盖型花岗岩残积土因上部土层和下部土层同时受到地下水影响，表现为下部土层土质明显好于上部土层土质，其天然含水率、孔隙比、压缩系数等指标均小于上部土层。

4 花岗岩残积土的岩土工程特性

4.1 不均匀性及各向异性

花岗岩中不均匀分布着石英岩脉、二长岩脉、煌斑岩脉等。其中石英岩脉抗风化能力较强，经风化后形成较硬土层，而二长岩脉、煌斑岩脉抗风化能力较弱，经风化后形成高岭土化的软弱土层。因此形成的软弱结构面对边坡失稳起到了决定性作用。经大量调查发现，花岗岩残积土边坡在较小高度及较缓坡脚时失稳，并产生非圆弧滑动，其主要由分布不均的原生及次生结构面所引起。由此可见，花岗岩残积土具有不均匀性及各相异性，且其结构面强度明显低于土体强度。[1]

4.2 崩解特性

崩解是指花岗岩残积土在水中剥落崩塌并分解成碎屑状的现象。由残积砂质粘土崩解试验，测得花岗岩残积土在水中浸泡约10,min，就可产生崩解现象。[2]

4.3 扰动性

由于在钻探取样和试验试样制备时通常会对花岗岩试样造成一定的扰动，花岗岩残积土所具有的一定结构性会遭到破坏，其残余结构强度也会产生一定损失，加之其通常含有大量大颗粒碎屑，因此导致室内土工实验所测得的压缩模量偏低、压缩系数偏大，故计算所得的承载力较低，导致地基基础施工成本提高并延长工期。

4.4 软化特性

花岗岩残积土的软化性表现为随着含水率的增加，其各项力学指标均变差，故其强度也随之降低。花岗岩残积土中大量起胶结作用的游离氧化物溶解量会随着含水量增大而增大，因此花岗岩残积土的胶结作用明显减弱，从而使土体抗剪强度降低、压缩模量增大，对土体产生不利影响。[3]

4.5 地基承载力fak的确定

花岗岩残积土因其特殊的结构性，造成其具有复杂的物理力学性质。因此，取土进行土工试验并不能完全反映花岗岩残积土特有的工程地质特性，而湄洲湾地区花岗岩残积土又是建筑物较好的天然地基持力层和桩基持力层，于是选择对原位测试结果进行分析。在花岗岩残积土中能较好反映土的力学特性的原位测试手段主要还是标准贯入试验N63.5，其简单易行又比较可靠。通常情况下依据其物理力学指标查规范所得出花岗岩残积土的地基承载力特征值fak，其数值基本接近于可塑至硬塑状态粘土，在180～200,kPa之间，但大部分实际情况下可达到200,kPa以上。因此通过收集一些标准贯入试验与载荷试验所得出的地基承载力特征值fak＝140.64,Ln(N63.5)-88.721。标准贯入试验是野外工程地质勘查中普及且简便的原位测试手段，因此根据N63.5来确定地基承载力特征值fak是一种简便易行的方法。

5 结论及建议

① 湄洲湾地区花岗岩残积土经受强烈风化作用，形成粗细不等的石英颗粒分散于高岭石粘土矿物中的砂质粘性土。它具有压缩性中等偏低、抗剪强度较高、粗粒含量较多的特性，同时该土强度指标较高，是一种具有一定结构强度的粘性土。

② 湄洲湾地区花岗岩残积土是建筑物较好的天然持力层和桩基持力层。通过标准贯入试验等简单易行的原位测试手段来确定承载力特征值fak，比较符合该土质的实际情况。

③ 目前花岗岩残积土一般被划分为残积粘性土、残积砂质粘性土、残积砾质粘性土，但并未按其结构、组成及工程性质的不同进行划分，因此按照目前的土层划分进行物理力学统计并不太妥切，建议根据不同工程对花岗岩残积土进行差异性研究，并进行适当的土层划分。■

［1］ 吴能森，赵尘，侯伟生. 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)：1-4.

［2］ 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(1)：41-43.

［3］ 吴能森. 花岗岩残积土的分类研究[J]. 岩土力学，2006(12)：2299-2304.

Study on Granite Residual Soil Properties in Meizhou Bay in Fujian Province

GUAN Mingrui
(Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，Tianjin 300456，China)

Granite residual soil in Meizhou Bay area of Fujian Province is a kind of special soil featuring medium compressibility，high shear strength，coarse grain content and etc．In addition，as its strength index is high，it belongs to a clay with certain structural strength．The granite residual soil in Meizhou Bay area is a good natural bearing layer and pile foundation bearing layer in this area，therefore it should be paid full attention in geotechnical engineering investigation and design work．In this paper，by summarizing some experiencees of geotechnical engineering survey in Meizhou Bay，engineering properties of granite residual soil in this area were analyzed，and personal opinions were put forward，wishing to provide reference for future relevant projects in this area.

Fujian Meizhou Bay area；granite residual soil；engineering geological characteristics

TU44

：A

：1006-8945(2016)12-0030-03

2016-11-04