花岗岩残积土的分类及其承载力
黄 志 仑 Yl[GO}M
(中航勘察设计研究院 总师办)
前言 ]Ma2*E!p
花岗岩在我国分布甚广,各地区由于气候条件、地形条件以及地质构造条件的不同,使花岗岩在各种风化营力作用下形成厚度不等的残积土。深圳特区内自广九线以西几乎全部为燕山期花岗岩分布,其所占面积为特区面积的百分之六十。深圳特区气候属亚热带型,极其适宜花岗岩的化学风化,形成了最厚达40m的花岗岩残积土地。因此,为该城市建筑物基础的主要持力层。总的看来,由于过去在花岗岩地区的建设规模较小,故对花岗岩残积土的建筑性能研究很少,资料贫乏。深圳市的花岗岩残积土具有特殊的性质,据室内土样试验资料,其孔隙比平均为1.0左右,压缩模量Es平均为5.0MPa左右。因此,过去一般把它作为高压缩性,低承载力地基土。1983年以前使用的承载力很少超过150kPa,致使建筑在花岗岩残积土天然地基上的多层建筑物,基础造价提高。10层及以上的建筑物则采用桩基,造价高昂,施工复杂、工期延长。据初步统计比较,对高层建筑物,若能将桩基改为天然地基,则每平方米建筑面积可节约投资20~40元(约占商品房价的5%~10%),工期可大为提前,并节约水泥和钢材。因此,研究花岗岩残积土的力学性质具有十分显著的经济意义。 gw0b>E8gZ&
1982年我们在深圳福田路口的中航技工贸中心的基地开展了花岗岩残积土的工程性质试验研究工作。1982年9月,我们根据初步研究试验资料,结合深圳地区的工程勘察资料及建筑经验,提出了花岗岩残积土一般地具有高的承载力及低的压缩性的认识。1984年1月,我们提出了“深圳市花岗岩残积土地区工程地质勘察规程”,主要供我院在深圳地区勘察使用,以排除勘察时无规范可循的混乱情况。1983年以后,我们还在深圳的其他地点如白沙岭、下步庙等地结合工程勘察进行研究试验,后来又进一步扩展到蛇口、西乡等地区。为了证实花岗岩残积土可以作为高层建筑的天然地基,1983年建议对上海宾馆(当时深圳第一幢建立在花岗岩残积土天然地基上的高层建筑)进行沉降观测,收集了该项沉降观测资料作了分析研究。1985年~1987年我们对深圳白沙岭地区长城大厦高18层的高层建筑群进行了沉降观测。 '"{ IV
在这项研究工作中,我们主要收集和作了静力载荷试验资料约40份,其中可用资料较全的有28份(未附),在这28份资料中同时作有标贯试验的有16份。此外,我们还收集并作了旁压、静控等资料,但数量不多,且存在各种不同问题,经分析后,未列入本报告。在深圳地区勘察工作中使用最广的是标准贯入试验,这种试验简捷易行。因此,我们在作载荷试验的深度处作了标贯。并在取原状土试样的钻孔各深度处作了标贯试验,取得了400多套(未附)比较完整的资料,以建立地基土的物理力学性质与标贯的统计关系。 :zk69P3
1 深圳特区的花岗岩 x?0ZzB),
深圳特区的花岗岩为燕山期岩浆岩,常以岩基出现或以岩株、岩脉等形式侵入到火山岩中,多为肉红、灰红色、半自形粒状结构(中、粗粒、也有细粒),块状构造,矿物成分:石英占35%,正长石(微斜钠长石)占40%、斜长石占21%、黑云母(以及白云母等)占4%。花岗岩节理裂隙发育,破裂面倾角较陡(70°~80°),区内分布有宽度不大的挤压破碎带、断层带。花岗岩体中的岩脉以正长岩、石英岩、煌斑岩、内长岩为主。 FpjpsD~Qu
2 花岗岩的风化剖面 uUXvBA?l
深圳特区位于亚热带,具有充沛的雨量及较高的气温,加以花岗岩本身节理裂隙发育,地表岩石又长期稳定于地面水体以上,这些都给风化作用提供了有利条件,形成了厚达60m以上的花岗岩风化残留物。 sGjYL>*
观察研究发现,花岗岩矿物组成中,首先分解的是斜长石,其次是正长石和黑云母。其风化产物主要是粘土矿物,如高岭土,石英除了发生机械破碎外,相对比较稳定。因此,大致可以根据这些矿物的风化顺序来确定花岗岩的分解程度。见表1。
表1 花岗岩矿物分解程度 wXv\[zL`
序号 分解程度 样 品 描 述 定 名 深度/m kK]JN
1 不具母岩结构,石英颗粒分布不均,颗粒呈不规则状,略有磨园,颗粒表面受到风化,呈网纹结构,含氧化铁结核。 坡积土红 土 2~5 ;6g &_6
2 完全分解 具似母岩结构,石英颗粒保持母岩的形状,长石及暗色矿物风化成高岭土,有时含云母碎片。 残积土 15~40 ?:(BkY,K5
3 高度分解 斜长石风化剧烈,正长石暗色矿物基本完好,颗粒间连接力减弱,岩块用手易折断。NG 3. 5≥50击强风化岩 5~15 SG1fu<Q6J
4 中度分解 有的斜长石略受风化,岩石普遍改变颜色,岩块用手不能折断。 中等风化岩 1~5 XOQj?Q7)U
5 微分解 岩块断口新鲜,岩块强度接近新鲜岩石,仅节理裂隙面上略有风化。 微风化岩 5~10 (^-i[aJY
6 未分解 岩石新鲜,节理裂隙面上无风化痕迹,矿物新鲜。 新鲜岩石
为了定量地区分花岗岩残积土和强风化花风岩,我们确定了以标贯值NG 3. 5为界限,即当其NG 3. 5小于50击时,定为残积土,NG 3. 5大于或等于50击时,定为强风化带。确定这个标准是根据大量的实践资料,即勘察工作中发现,花岗岩残积土的标贯值一般很少超过30击(图1),而强风化花岗岩中的标贯值则一般超过50击,分布30~50击之间的点子极少。因此,为安全计将界限定为50击。 lPL>8. j
3 花岗岩残积土 n22k<@y
残积土这一名词到目前没有明确定义,各方面的认识也不一样。顾名思义,对残积土而言首要的是岩石经受以风化后在原地形成的残留物,同母岩相比它已完全分解为松散的土体,其大部分矿物已风化变质,其单位体积的重量已损失了40%左右,其单轴抗压强度已降低了数百至上千倍。 P8jXruZr
有些文献把表1中1带的土层也称为残积土。但据观察,这一层土不残留原岩结构,石英颗粒不再保持在母岩中的形态,呈不规则形,且略有磨园,并在土里均匀分布,这些特征说明此层的物质是经过短距离搬运,故将此层称为坡积土。坡积土的红土化作用强烈,具网纹状结构,含铁、锰质胶结物,土质坚硬,有一定的抗水稳定性,此层在深圳特区的大部分地段整平时被挖去,所以,本报告对此层不作论述,其物理力学性质及承载性能,可按花岗岩残积土考虑。本报告所论的花岗岩残积土,限于表1中所列的“完全分解带”。此带中不稳定的长石及暗色矿物几乎已完全风化。 "wi=aV9j
据镜下鉴定,分解的的物质其主要矿物成分为高岭土(在极少情况下,在较大的深度处也有少量的伊利石)。原花岗岩中的石英颗粒则没有改变,其形状仍保持其在母岩中的形态。这种土一般呈现鲜红、紫红、黄色间或有白色,颜色随深度没有规律性变化。按颗粒分析资料计算,土中各种矿物的大致含量:石英占60%、高岭土占36%、云母及其他矿物占4%。 )J&