花岗岩球状风化综合勘察技术研究
摘要:球状风化是在花岗岩地段比较常见的一种不良地质现象。采用地表调绘、钻探、物探三种手段,从不同角度对花岗岩球状风化的地表分布特征和地下分布特征进行了分析,并进行了对比综合分析。提出了花岗岩球状风化的综合勘察技术,即先地表调绘确定风化球体地表分布密集地段,然后在此类地段进行物探确定风化界面大致深度,最后进行钻探详细揭示风化球体地下分布特征。
关键词:花岗岩 球状风化 勘察技术
 
在铁路工程地质勘察过程中,常常在花岗岩地段发现有球状风化的发育。球状风化类似于差异风化现象,是发生在相同岩性岩体中的差异性风化。球状风化的形成,在宏观上主要受到区域构造条件、水文条件、气候、地形等的影响。在微观上主要受到岩性特征等因素的影响[1]。
由于风化球体的存在会造成风化程度等级的突变,因此往往给工程勘探、施工、设计和稳定性评估造成不良影响。如对桩基的施工极易造成断桩,磨损破坏钻管,被误作弱风化基岩进行设
计而导致上部结构失稳等,给工程造成极大的隐患和危害。目前,对于球状风化现象的研究,主要是在具体的工程实践中,描述其地表分布形式及在钻孔岩芯剖面上的分布特点,分析其对施工、设计的危害性并提出相应的处治措施。在节约工程成本、减少设计失误、消除工程隐患等方面取得了一定的效果[2-6]。但是,尚没有形成一套比较系统的球状风化勘探技术和方法。
重庆大学土木工程学院和铁道第三勘察设计院一起结合工程项目325 国道球状风化花岗岩工程特性及综合勘探技术研究,对花岗岩球状风化的综合勘察技术展开了研究。在研究手段上,采用地表调绘、钻探、物探三种方法,对球状风化体的地表分布特征、地下分布特征进行了分析,并对三种方法所得的分析结果进行了对比分析,得到了球状风化的分布规律。在此基础上,提出了比较有效、合理和经济的综合勘察技术,本文将对其进行阐述。
1 工程概况及勘察结果
广东省茂名市电白县城东沿 325 国道两旁花岗岩残积土发育,山体坡度缓，起伏变化较小，属于低山丘陵地段，原始山体表面出露球状风化体。公路两旁山体断面明显可见埋藏于残积土层之中的球状风化体，球体之间没有过渡岩性相连，完全处于独立状态。
111 地表测绘及分析结果
地表调绘工作中,沿线路两侧对距线路各300 m，范围内的出露的风化球体的位置、大小、风化程度等特征进行记录和汇总分析。地表调绘所揭示风化球体的地表分布特征如下述。
1)风化球体在地表的分布形式主要有单个零星分布、线状分布、群体分布三种形式。
2)地表风化球体普遍较大,球径在2-5 m居多,小的球径只有十几厘米,大的球径则可达20 m左右。
112 钻探及分析结果
花岗岩的球状风化一般为全风化带中含强风化、弱风化岩块,或强风化带中含弱风化岩块。为在本钻探工作中,为了获得较高的岩芯采取率,主要采用了无泵反循环和双管单动技术。通过对岩芯照片的分析,可以确定含风化球体的钻孔,然后对这些钻孔中风化球体的分布特征进行数理统计分析,研究球状风化的地下分布规律。
在花岗岩球状风化体地段钻探，必须有技术人员跟班指导作业， 掌握钻探动态，进行分析对比，找出现场判别的原因。
常见的几种情况，现场判别方法如下：（1） 钻探过程中，突然发生井漏、泥浆有进无出，此时应减压钻入 20cm 以上，取出土芯进行分析研究，如果土芯呈碎块状且边缘褐黄色，说明地下裂缝发育， 很有可能钻遇球状风化体的表面或有可能钻至强风化岩层。
（2） 钻探时突然钻速变慢，甚至无法钻入，应立即停钻，上提钻具循环泥浆，详细观察井口返出岩屑。如果钻遇球状风化体，则有少量岩屑呈弧形，褐黄色，手捏可碎。石英颗粒边缘见风化痕迹，大部分岩屑两端颜色不同，呈灰色、褐黄色，出现岩屑色杂特征及少量岩屑呈弧形基本可判别为球状风化体。
（3） 采用地层对比法进行判别，要求现场技术人员熟悉区域地质情况，现场工作经验丰富，钻探出现异常时立即进行地层对比，结合岩土特征进行判别。
113 物探及分析结果
从众多的物探方法中,选择出两种或两种以上的、有效的、实用的物探方法。在花岗岩工区,地层电阻率和弹性波速度的变化的差异性比较明显。覆盖土(含全风化层)、强风化层、弱风化层和完整花岗岩的波速和电阻率从小到大变化,且具有明显的差异。电阻率法和地震勘探法是花岗岩风化球探测的有效方法。
根据实际条件,本次物探共选择三个代表性的工点展开,在每个工点布置4个剖面测线，在每个物探剖面分别采用三种物探方法。把同一剖面的等Qs断面图与反射时间剖面图进行对比,发现中部视电阻率较高、电性较均匀的位置与反射波法反射信号能量增强、波组连续性较好以及地震映像时间剖面图上波组同向轴连续的位置重合。对于花岗岩球状风化体,在等Qs断面图上表现为高阻或低组闭合圈,在反射时间剖面图和地震映像时间剖面图上则表现为波组错断或缺失。三种物探资料对花岗岩风化球和基岩风化层的反映是一致的,对应性较好,达到了相互验证的目的。
为了在实际应用过程中能够得到一个比较准确的勘探结果,有必要同时采用两种或两种以上的方法进行分析。并综合不同方法得到的分析结果进行一个综合分析,取长补短,剔除不合理的参数,获得对比结果。
114 对比分析
将相同工点或地段在不同分析方法下得到的分析结果进行对比分析,有如下结论。
1)风化球体的地表分布与地下分布具有相关性。在地表风化球体分布密集的地段,钻孔往往可以揭示到地下风化球体;而在地表钻孔中一般没有风化球体存在。
2)物探所揭示的风化界面深度与钻探的风化界面深度具有比较好的一致性。
2 综合勘察技术
根据地表调绘、钻探、物探三种方法的工点应用结果,可知三种方法在进行球状风化勘察和勘探方面具有以下效果。
211 地表调绘
可以对花岗岩地下风化球体可能发育的区域进行预判,从而指导物探和钻探工作区域的选取。即应该在地表风化球体发育的地段重点展开物探和钻探工作,而地表风化球体不发育的地段则可以只选择一些代表性的地段进行物探工作和钻探工作。
212 钻探
可以对局部地段(主要是施钻钻孔)的地下风化球体的发育情况、风化球体的赋存特征、地质特征从竖向剖面上进行详细的揭示,并为后续的物理力学性质试验和岩矿微观试验提供样品。但对于地下风化球体在横向剖面上的特征则不能准确的揭示。
213 物探
可以在宏观层面上对花岗岩的风化界面进行揭示,并为钻探布置深度提供指导,但对于局部风化球体的地下发育特征不如钻探揭示的那么详细和具体。
根据上述分析可知,三种方法各有其应用意义。在实际应用中,应该综合运用三种方法,才能对花岗岩球状风化的发育特征进行一个全面、详细的揭示。因此,对球状风化花岗岩,可提出以下综合勘察技术:
首先,应对花岗岩地段,进行详细花岗岩风化球的地表调绘,并按照发育和不发育两种类型对花岗岩地段进行分区;其次,针对地表风化球发育的地段,采用电测深法、地震波反射法、地震映像法三种物探手段综合勘探,从宏观上掌握测区花岗岩风化界面的深度;最后,展开钻探工作,揭示局部的风化球体的发育情况、赋存特征、地质特征,从而为工程设计和施工提供参数和处理意见。
3 结语
花岗岩地段由于球状风化体的存在，给勘察、设计、 施工带来了不确定因素和困难，也带
来了严重的安全隐患和危害。本文进行了对比分析和探讨,在实际应用中取得了较为理想的效果。但是,对球状风化的分布规律未能从其形成机理的角度进行深入分析,这是在今后的工作中需要进一步研究的地方。
参考文献
[1]夏邦栋.普通地质学[M].北京:地质出版社,1995.
[2]王刚耀,李新.花岗石孤石的处理[J].西部探矿工程,2005,(3):36-37.
[3]孙谓栋.勘察误判孤石、抛石为/基岩0的工程实录[J].勘察科学技术,1994,(2):36-37.
[4]黄兴华.孤石出露地基的处理[J].施工技术,2004,(6):28-29.
[5]黄冠阜.桩孔内孤石的处理方法[J].建筑施工, 1997,(2):
18-20.
[6]彭尧.孤石花岗岩残积土层中挖孔桩设计评述与改进[J].福建工程学院学报,2003,(8):62-65.

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