琼东南花岗岩地区主要工程地质问题分析

琼东南花岗岩地区主要工程地质问题分析

王能民 ,朱旗峰

信息产业部电子综合勘察研究院  陕西  西安  710054

摘要：海南东南部的三亚、陵水地区广泛分布有古生代、中生代以来侵入的花岗岩，特殊的内外动力地质作用使当地工程地质条件以及由此产生的工程地质问题极具特殊性：花岗岩球形风化形成的孤石和孤石堆积体在区内广泛分布；热带气候条件下形成的红土风化层和下伏基岩间地下水活动非常活跃，成为斜坡地质灾害发育隐患；多期构造运动形成的花岗岩侵入体与周围地层的接触边界带附近接触关系复杂、风化深槽明显、泥化蚀变岩发育、工程地质条件恶劣。本文上述工程地质条件的发育特征进行了阐述和分析，针对实践中遇到的工程地质问题提出了相应的防治建议和对策。

关键词：花岗岩；红土风化层；球形风化；风化深槽；蚀变岩

1花岗岩大面积出露区域的主要工程地质条件

1 .1花岗岩红土风化层的分布特征及宏观物理力学性质

该地区红土层分布具有以下规律：a、厚度不大，一般2~8米，坡脚处土层较山坡上土层稍厚，阳坡处土层较阴坡处土层稍厚，缓坡处土层较陡坡处土层稍厚。b、红土层与下伏基岩的分界明显，钻探和槽探均显示，二者接触面附近仅有一薄层粗砂、砾砂，下面直接过渡到较完整基岩，甚至红土层下紧贴较完整的基岩，土岩接触面十分清晰。红土风化层主要为砂质粘性土，褐黄色~褐红色，可塑~硬塑状态，其宏观物理力学性质具有以下特点， a、粒度较粗，含砂量10%~40%，粗颗粒分布不均匀，局部含有砂团，特别是与下伏基岩接触面附近局部为粗砂砾砂。b、天然含水量和孔隙比均较低，力学性质较好。一般表层呈坚硬~硬塑状态，向下逐渐到硬塑~可塑状态。土体较致密，没有明显网状裂隙和大孔隙，压缩性不高。c、水稳性好，土工试验结果和野外地质调查表明，土体不具有膨胀性和明显的干缩性。

1.2 花岗岩风化孤石和孤石堆积体的发育特征

该地区花岗岩球形风化分布较广，但由于花岗岩比较坚硬，风化程度相对较弱，球形风化发育不典型，外形比较浑圆，多为次棱角状，岩体完整性较好，风化孤石分布比较零星，在山坡上与红土层混杂共生，一般直径1-2米，天然状态下自身稳定性较好；在冲沟内多见孤石堆积体，直径大小不一，一般为1~5米，为花岗岩孤石在重力和水动力作用下短距离迁移堆积所致，稳定性稍差。

1.3 红土风化层与下伏基岩间的地下水作用

该地区属于热带海洋季风性气候，降水丰沛，浅层地下水主要接受大气降水的垂直补给，因下伏较完整基岩的相对阻隔，地下水顺山势向下径流，导致在基岩和风化红土的分界面上，地下水水平径流比较活跃，在坡脚处地下水还具有一定的承压性，特别是在红土风化层底部和基岩之间发育的薄层粗砂砾砂的存在，加剧了地下水的作用。野外调查发现，冲沟内出露的土岩分界面上多有泉水溢出，坡脚下的人工开挖的池塘星罗棋布，在坡脚下红土风化层局部厚度较薄部位，由于浅层地下水的活跃作用，有碟形沉陷破坏现象 。

2、花岗岩侵入体边界上主要工程地质条件

2.1 花岗岩与围岩的接触关系复杂

三亚某工程位于一半环形现代小海湾内，正处在花岗岩和寒武系地层的接触部位，寒武系为一套浅海沉积相地层，受到后期花岗岩侵入的影响，岩石变质，以石英砂岩、板岩、粉砂岩为主。在平面上看，接触呈犬牙交错状态，在以花岗岩为主的地段，有寒武系地层的零星残留体上覆，在寒武系地层下，有花岗岩下伏。在剖面上看，因为花岗岩与寒武系地层属于侵入接触关系，宏观上，花岗岩下伏于寒武系地层之下，但在局部，也有花岗岩上涌到寒武系地层之上的现象。由于接触关系复杂，岩性多变，海上勘察作业又无法开展坑探和槽探，在野外钻探过程中给地层的准确判断带来很大困难

2.2接触边界附近风化深槽明显

在花岗岩大面积出露区域，红土风化层一般不厚，但在花岗岩体与周围地层接触边界上，风化残积层厚度显著增大，形成的风化深槽沿接触边界带状分布。当拟建工程修筑在有风化深槽隐伏的海相地层之上时，就会造成地基的强烈不均匀沉降，从而对拟建工程的安全构成潜在威胁。

2.3接触边界附近构造热液蚀变岩发育

由于在历次构造运动中遭受挤压和热液作用，接触边界附近有泥化蚀变岩发育。在比较大的断裂带内，由于断裂的通道作用，热液作用规模大，泥化蚀变岩体规模较大，形成厚层状变质岩体；在其他地区，热液沿岩体中的节理或其他软弱结构面侵入，形成不同产状、宽窄不一的泥化蚀变岩条带。理论研究表明，蒙脱石绝对含量超过10%，就会对岩土工程性质有重要影响，对此如果缺乏经验和认识，会对工程的设计施工带来后续隐患。

3、主要工程地质问题分析

3.1 边坡地质灾害

该地区纬度低，气候炎热，花岗岩的红土化程度较高，一般来说，红土化程度较高的土，高岭石的含量较高，水稳性较好，胀缩性低，工程性质好。另一方面，该地区红土风化层厚度不大，其下花岗岩完整性较好，没有形成大规模滑坡的物质基础，所以三亚陵水地区无论是自然边坡还是人工边坡一般是比较稳定的。但是，一旦红土风化层含水饱和，土层重度增大，坡上荷载增加,自身强度又显著降低，就容易引起小规模溃塌式边坡破坏；容易引起边坡地质灾害的另一个原因就是浅层地下水作用，由前所述，该地区土岩界面上地下水十分活跃，在坡脚附近又具有一定的承压性，潜蚀作用明显，加之红土层内花岗岩孤石较多，有的还形成了孤石堆积体，本身稳定性系数较低，在坡脚开挖公路、地下工程口部切坡等工程活动中，若处理不当，可能会导致由于渗流作用引起的边坡失稳和孤石崩塌等灾害发生。

3.2风化深槽基础工程问题

在花岗岩侵入体与周围地层接触带附近，红土风化层突然加厚，形成风化深槽，风化深槽内分布有花岗岩孤石。由于第四纪以来海平面的变化，这一套红土风化层部分隐伏于现代海平面之下，上覆厚度不等的陆相冲洪积层或海相软土地层，同时，下伏花岗岩与周围岩石交错纠结接触，蚀变岩条带穿插，关系十分复杂。复杂的地层结构和岩石接触关系对野外钻探的现场判断带来很大困难，红土风化层内存在的花岗岩孤石容易被误判为基岩，蚀变岩条带容易误判为残积土层，在这样复杂的地基条件下，对层位判断出现的任何失误都会给后续基础工程设计和施工带来极大隐患，必须慎重对待。

4、工程问题的防治对策

1、对公路边坡问题，应进行饱水工况条件下的支挡构筑物稳定性计算，同时进行浅层地下水和地表径流特征的调查测绘，施工中有针对性的采取防、排水措施。

2、针对花岗岩红土风化层，除了进行常规土工试验，提供常规的物理力学参数外，还应进行饱和状态下的土工试验，提供饱和状态下的红土层物理力学参数。此外，进一步开展红土微观矿物成分、化学活性分析研究，对于深入掌握其特殊的工程性质具有重要意义。

3、蚀变岩分布区的地下工程，在地下水不发育的地段，应采用微台阶开挖的方法，少爆多挖，减少扰动；在富水地段，应采取堵排结合的措施，采用帷幕注浆隔水、超前钻孔排水和高压注浆等技术措施，尽量减少隧道围岩与地下水的作用。此外，应开展该地区粘土质蚀变岩微观矿物成分、化学活性分析，进一步深入研究其工程特性。

4、工程建设最好避开花岗岩体边界接触带等复杂地区。如果一定要在此施工，应进行多技术、多手段、多学科的综合勘探，运用综合集成和系统分析的方法，互相校核，交叉比对，才能得到比较可靠的结果。

参考文献

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[2] 熊探宇等，滇西北红粘土的工程地质特性及其灾害效应，地质通报，2008，27（11）：1894~1899

[3] 张永双，曲永新，刘景儒等，滇藏铁路滇西北段蒙脱石化蚀变岩的工程地质研究，岩土工程学报，2007，29（04）：531~536