用勘察实例说明煌斑岩的分布特征及风化带的划分

2016-09-15张立川

西部探矿工程 2016年2期

关键词：残积土场区斑岩

王　超，张立川，胡　莹

（山东省鲁南地质工程勘察院，山东济宁212100）

·岩土工程·

用勘察实例说明煌斑岩的分布特征及风化带的划分

王超*，张立川，胡莹

（山东省鲁南地质工程勘察院，山东济宁212100）

以山东邹城东部地区某场区岩土工程勘察为例，分析了煌斑岩的分布特征，煌斑岩软化特性对工程的危害；本场区采取标准贯入试验可快速、有效地划分煌斑岩风化带，确定其承载力，可作为工程实践中评价风化煌斑岩地基承载力的主要手段。

煌斑岩；软化；划分煌斑岩风化带

邹城市东部地区位于峄山断裂以东，处于尼山凸起内，广泛分布了巨厚的岩浆岩，地貌上处于丘陵区，第四系覆盖厚度小，邹城东部地区花岗岩岩基整体稳定性好、强度高、承载力高、压缩性小、抗震性强。但受区域地质条件的控制，邹城东部地区花岗岩岩体中多穿插发育有煌斑岩等后期侵入岩脉。这些脉岩破坏了花岗岩岩基的完整性，脉岩与其接触的花岗岩存在风化带厚度不同、风化程度不同、风化带工程性质不同的差异。工程性质较差的风化煌斑岩会使得花岗岩地基中出现相对软弱的不利地段，不利于工程建设。

1　项目概况

本场区位于山东省邹城市东部，省道S342以北，王兰谷村旧址西侧，拟建物为地上17层，地下1层，框架剪力墙结构，室内地坪标高107.42m，平面呈矩形，占地面积134.9m×38m，柱距8.4m×7.8m，预计基础埋深6.0m，单柱荷重2200t。经现场验槽，开挖至设计标高后，基槽西半部分已开挖至强风化花岗岩层，满足设计要求。基槽最东侧向西约50m范围内开挖至设计标高后，基底为原勘察报告的花岗岩残积土，考虑到基础持力层的均一性，根据原勘察报告显示，超挖3m后，可将花岗岩残积土层挖除，直接以强风化花岗岩层为基础持力层。继续开挖后发现原勘察报告的花岗岩残积土层，深度更大，范围更广，根据基坑开挖情况，甚至向西延伸至强风化花岗岩层之下，且在直观上力学性质稍软，岩芯手掰即碎，承载力较花岗岩残积土层低。根据建设方及设计方的要求，对已开挖深基坑南侧及西侧进行了补充勘察工作，经基坑开挖揭露的基坑侧壁岩土层的颜色、状态、结构等特性，后来经过查阅资料、咨询专家，将揭露的灰绿—墨绿色软质岩土名称由花岗岩残积土更名为煌斑岩。首次勘察时由于钻孔间距的控制、钻进方法及对煌斑岩脉认识不足，致使首次勘察时并未发现该层。

2　补充勘探后地质条件及地基土特性

补充勘察时钻孔标高基本与设计基底标高相同，依据钻探揭露、野外鉴别、原位测试及室内土工试验资料，可将基底标高以下岩土层划分为2种岩性，现按自上而下的揭露顺序分述如下：

（1）强风化花岗岩（土层代号⑤，时代Art）。灰白色、灰黄色，中粗粒结构，块状构造，节理、裂隙稍发育，裂隙面为棕红及褐色铁锈浸染，含少量石英脉，成分为长石、石英、角闪石，次为云母，取芯呈碎块状，岩芯手掰易碎，岩芯采取率70%～90%。本层位于风化煌斑岩的上部及底部，钻探深度内未揭穿该层。

本层土场区均有分布，该层具低压缩性。

另外于第⑤层强风化花岗岩中发育煌斑岩岩脉，根据标准贯入试验的击数，结合风化程度分层如下：

（2）煌斑岩残积土（土层代号⑤-1，时代γ5，成因残积）。灰绿—墨绿色，稍湿，中密，为煌斑岩风化残留物，风化成砂状，稍有粘性感具砂感，保留部分原岩结构，岩芯手捻即碎，长石完全高岭土化，造岩矿物已蚀变，节理裂隙十分发育，主要成分为云母、角闪石、石英，取芯呈土柱状。本层厚度：1.80～7.40m，平均3.50m；层底标高：91.50～97.20m，平均94.77m；层底埋深：4.10～9.80m，平均6.58m。

于本层中取扰动样6件，于基坑侧壁平台上取原状土样7件未能分析出常规数据，在本层中进行标准贯入试验8次，平均26.3击。其颗分结果见表1。

表1　⑤-1层颗粒分析结果

本层土在场区东部多数地段分布，具中压缩性。

（3）全风化煌斑岩（土层代号⑤-2，时代γ5）。灰绿—墨绿色，原岩结构、构造已破坏，硬塑，节理裂隙较发育，节理面矿物蚀变强烈呈铁锈色和褐色。岩石风化强烈呈土状，易受机械力破碎崩散，遇水易泥化，沿侵入面分布。主要矿物成分为云母、角闪石、长石、少量石英。为极软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，长石已大部分高岭土化，石英呈粉细砂状，岩芯呈土状。本层厚度：0.20～5.40m，层底标高：97.46～105.35m，层底埋深：1.10～8.50m。于本层中进行标准贯入试验7次，平均锤击数44.9击。本层土分布于场区东部，具中压缩性。

（4）强风化煌斑岩（土层代号⑤-3，时代γ5）。灰绿—墨绿色，全晶质，斑状结构，块状构造。节理裂隙发育，节理面矿物蚀变强烈多呈铁锈色和黑色。岩石风化强烈呈硬土状，易受机械力破碎崩散，遇水易泥化，沿侵入面分布。主要矿物成分为云母、角闪石、长石、少量石英。为软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，长石部分高岭土化，石英呈粉细砂状，岩芯呈砂土状，取芯呈15～25cm的柱状。本层厚度：0.20～4.30m，层底标高：95.19～104.15m，层底埋深：2.80～11.10m。于本层中进行标准贯入试验16次，平均锤击数56.9击，该层分布于场区东部，该层具低压缩性。

图1　场区代表性剖面图

由于⑤-3强风化煌斑岩层根据标准贯入试验击数，该层与强风化花岗岩力学性质相近，因此本次补充勘察西部的部分钻孔并未揭穿该层。见图1。

根部补充勘察结果，煌斑岩残积土，湿，中密，具中压缩性，力学性质良好；

全风化煌斑岩，具中压缩性，力学性质好；

强风化煌斑岩，具低压缩性，力学性质好，与强风化花岗岩均是较好的地基下卧层。

根据现场原位测试、当地建筑经验，建议场区各层土的承载力特征值、压缩模量取值见表2。

表2　承载力特征值及压缩模量推荐表

3　煌斑岩脉在本场区的分布情况及形成原因

本工程深基坑东西长度约23m，南北长度约27m，开挖深度自基底标高以下约5m，煌斑岩以岩脉的形式侵入花岗岩岩体内，经开挖验证，煌斑岩脉向东尖灭至基坑东部第四系地层之下，向西以约20°倾角，倾伏于强风化花岗岩内（见图2）。通过补充勘察时施工的16个钻孔以及东部已开挖基坑侧壁揭露地层情况，绘制了场区煌斑岩分布的三维立体图（见图3）。

图2　场区东部已开挖基坑北侧壁煌斑岩分布图

4　煌斑岩的软化特性及工程的危害

图3　场区煌斑岩分布三维立体图

岩石的风化过程实质上是各种矿物的风化过程，即岩石中的原生矿物不断分解变化和新的次生矿物不断形成的过程。斜长石、黑云母和黄铁矿属于不稳定矿物。煌斑岩中斜长石含量50%～60%，黑云母含量40%～50%，不稳定的斜长石、黑云母和黄铁矿矿物在煌斑岩中的含量大于40%，一般而言，暗色矿物比浅色矿物易风化，因此从岩石的性质方面来讲煌斑岩较易风化。

煌斑岩遇水软化，微观原因是其矿物成分受蚀变作用而亲水性增强，水与矿物成分之间的物理化学作用引起岩石吸水后宏观的单轴抗压强度降低。

煌斑岩是一种穿插发育于邹城地区花岗岩岩基中的浅成侵入脉岩，其与花岗岩的风化差异较大，两者风化层的厚度、物理力学性质均具有较大差别。煌斑岩尤其是风化煌斑岩的分布会导致在坚实、稳定的花岗岩岩基中出现软弱部位，对工程建设产生不利影响。场区已开挖基坑北侧及西侧近乎直立，东侧及南侧适当保留了一定坡度，根据基坑侧壁煌斑岩揭露情况，顶部岩质稍软，向下岩质明显变硬，煌斑岩开挖卸荷受到扰动后会变软，遇水则强度变差。本场区煌斑岩脉走向近南北，倾向北西，倾角约20°，煌斑岩层底普遍存在厚度约20cm的石英脉。本场区基底标高下存在煌斑岩，局部已呈土状，尽管自身也有一定的强度（fak= 300kPa），但与周围的花岗岩相比，其强度要低，相反变形就大，如果不经处理则可能带来不均匀问题，东部已开挖基坑及临近已开挖基坑处风化煌斑岩距基底标高距离较近，最小埋深为1.4m，其它地段埋深均大于1.4m，经过软弱下卧层验算，计算基底标高以下煌斑岩埋深大于1.5m时，软弱下卧层能够满足强度要求；北部及东部基坑侧壁由于坡面渗水软化及形成的陡立临空面已产生了小范围风化煌斑岩脱落，不利于下一步基坑施工及地基处理。

5　煌斑岩风化带的确定

风化分带是指按风化程度的不同将煌斑岩划分为若干带，各带内的风化特征相似，各带间则有较为明显的差异。将不同风化程度的煌斑岩划分成带，主要是为了方便在工程实践中按风化程度分层描述，更加合理地分层评价不同风化程度煌斑岩的地基承载力。

风化煌斑岩不宜采用室内试验分析其地基承载力，原位测试更为准确有效。在原位测试方法中，标准贯入试验可快速、有效地划分煌斑岩风化带，确定其承载力，可作为工程实践中评价风化煌斑岩地基承载力的主要手段。标准贯入试验因具有效率高、操作简单、经验积累多、适用性广等优点，而被广泛使用。

参照有关规范和地区经验，按照风化后的岩体特征、标准贯入试验击数、钻进情况，参照风化花岗岩的标贯击数确定的风化状态，因此本场区钻探揭露深度内煌斑岩的标准贯入锤击数平均值分别为26.3、44.9、56.9击，相应地将分为煌斑岩残积土、全风化煌斑岩、强风化煌斑岩。煌斑岩从上至下，岩层结构愈发致密，承载力越高，工程地质特性越好。因此顶层的煌斑岩残积土对拟建工程影响较大（见图4）。