張運標，陳枝東，張領帥

（1、深圳市深勘工程咨詢有限公司深圳518028；2、深圳宏業(yè)基巖土科技股份有限公司深圳518057）

0 前言

深圳地區(qū)除平原及堆積階地分布區(qū)覆蓋較厚的第四系松散堆積層以外，全區(qū)主要有五大類巖石。第一類是燕山期花崗巖，主要分布于東南部的大鵬新區(qū)、坪山區(qū)和鹽田區(qū)，西部的福田、寶安、南山、龍華區(qū)等周圍地區(qū)，以及龍崗區(qū)東北部；第二類為石炭系和侏羅系的砂頁巖，集中分布于深圳中、北部地區(qū)；第三類為侏羅系火成巖，主要分布于梧桐山、七娘山周邊地區(qū)；第四類是泥盆系以前的淺變質(zhì)巖及加里東期片麻狀花崗巖，集中分布于西北部與深圳南部海岸山脈一帶；第五類為泥盆系石英砂巖、長石石英砂巖、板巖，主要分布于深圳市東北部。

上述五大類巖石中，燕山期花崗巖分布最廣，約占全區(qū)面積50%以上［1］。深圳地區(qū)屬亞熱帶氣候，高溫多雨，為花崗巖的風化提供了有利條件。深圳地區(qū)花崗巖受風化強烈，剝蝕嚴重，地貌上多為殘丘或低丘陵，壓縮變形小，地基承載力高，是城市發(fā)展的最佳地基區(qū)域。目前已建成或正在興建的城區(qū)如福田、南山、寶安及龍華和龍崗區(qū)坂田均位于花崗巖分布區(qū)［2］。

燕山期花崗巖由于風化作用，不同深度的風化方式和風化程度均有所不同［3］?；◢弾r不像沉積巖具有層狀分布特點，風化作用對巖體本身不存在差別，但風化程度與巖性密切相關。也不像碳酸鹽巖由于化學淋溶作用，局部出現(xiàn)紅粘土覆蓋層，不存在全、強、中風化帶。花崗巖形成的垂直分布帶的風化剖面大部分是在原地逐漸風化形成的，風化程度隨巖體埋深增加而逐漸減弱，相鄰風化帶為逐漸過渡，界限并不明顯。在勘探取芯時，殘積土、全風化和強風化花崗巖在鉆機扭力的作用下，巖芯易擾動破碎，用取芯管取得的巖芯往往呈砂土狀或礫砂狀、碎塊狀，難以取得完整的柱狀芯樣，其界面難以界定。同時對于構造發(fā)育區(qū)域內(nèi)，特別是張扭性斷裂帶兩側(cè)，風化程度較強的花崗巖，即使采取鉆孔取芯方式，通常也未必能準確判斷巖體究竟為何種風化帶。對于工程建設項目的樁基施工風化帶持力層勘驗時，通過鉆孔泥漿上返或鉆機鉆斗撈取的巖渣判別風化帶程度則難度更大。

由于燕山期花崗巖風化帶為逐漸過渡，分界不明顯，地勘單位工程技術人員按照感官法對樁底持力層勘驗時，風化帶的鑒別難以準確把握，因此盡量向偏于工程安全的方向劃分。比如按照感官法劃分地層，將全風化判定為殘積土，將礫狀強風化判定為土狀強風化，甚至判定為沖洪積或坡洪積含粘性土礫砂，或?qū)⑼翣顝婏L化判定為全風化，中風化判定為強風化［4］，這樣造成樁基工程的大量浪費。對于構造發(fā)育帶場地內(nèi)的碎裂巖芯，為保守起見，有時一律判定為強風化，造成的浪費更大。

1 劃分依據(jù)

巖體風化帶的劃分研究經(jīng)歷了由定性到定量，單因素到多因素，從一般方法到應用概率、模糊數(shù)學等方法的發(fā)展過程。劃分巖體風化程度不僅包括巖體風化特征的宏觀方面（如顏色、巖體完整性、樣品堅硬程度等），還包括微觀方面反映風化程度的物理、化學等指標［5］。如宋立峰等人［6］根據(jù)修正標貫擊數(shù)將深圳地區(qū)花崗巖劃分殘積土、全風化和強風化。何珊儒等人［7］根據(jù)巖體野外表觀特征，鉆孔芯樣特征、縱波波速比等，對花崗巖風化帶進行了劃分和較為詳細的描述。尚彥軍等人［8］根據(jù)花崗巖化學風化指標和微觀特征方面指標，進行了不同風化程度花崗巖的劃分。

雖然巖體風化程度劃分指標較多，但是大多數(shù)指標取決于個人感官上的觀察判斷能力，并不是遵從嚴格的地質(zhì)定義。如某些規(guī)范中，把巖體按照節(jié)理、裂隙分割成塊的大小，作為巖體風化程度劃分的標準之一，從地質(zhì)風化本質(zhì)方面來看并不適宜，特別是當巖體遭受以化學風化作用為主時。花崗巖化學風化模式的過程是水化→溶解→水解，水化階段首先引起巖石礦物中成分和結(jié)構開始變化，如黑色礦物及普通角閃石等。節(jié)理裂隙的發(fā)育程度與巖體形成時的條件、構造運動以及后期的環(huán)境均有關系，其雖然可以促進巖體的風化速度，但不能直接反映出巖體的風化程度。風化程度越高的巖體，節(jié)理裂隙一定發(fā)育，但是節(jié)理裂隙發(fā)育強烈的巖體，未必風化程度就高。如礦物中等風化的巖體雖然節(jié)理裂隙發(fā)育，對巖體力學性質(zhì)和工程建設方面影響較大，但是由于風化程度較輕，按照礦物風化程度強弱，仍可以定義為中風化帶。

從地質(zhì)演化的本質(zhì)方面來看，巖石是具有一定結(jié)構構造的多種礦物的集合體，花崗巖不同的風化帶主要根據(jù)巖石結(jié)構的崩解（即物理風化）和不同礦物的風化程度的強弱進行劃分。

從巖石的崩解程度來看，花崗巖殘積土、全風化巖的原巖結(jié)構幾乎全部被破壞，礦物除石英外基本風化為單純粘性土；全風化巖原巖結(jié)構基本被破壞，礦物除石英外演變?yōu)榧t土層，無可視節(jié)理；殘積土和全風化巖的各種礦物顆粒粘結(jié)在一起。強風化巖原巖結(jié)構大部分被破壞，演變?yōu)樯巴?、礫狀或塊狀巖土層，節(jié)理隱約可見；中風化巖原巖結(jié)構基本未被破壞（見圖1）。

從礦物成分的風化強弱方面來看，深圳地區(qū)燕山期花崗巖主要由細粒、中粒、粗?；◢弾r、黑云母花崗巖、斑狀黑云母花崗巖、二長花崗巖組成，局部為石英閃長巖、閃長斑巖。主要礦物成分為長石（正長石、斜長石、鉀長石）、石英、云母（白云母、黑云母）及少量黑色礦物組成?；◢弾r中的正長石、斜長石容易風化為高嶺土，云母及部分黑色礦物容易風化為含氧化鐵的粘性土，通常外觀呈紅褐色，石英顆粒幾乎永遠不會風化，處于各風化帶中的石英礦物均保持原顆粒形態(tài)，被風化或在構造帶內(nèi)受構造擠壓后會碎裂為石英砂粒。鉀長石一般呈肉紅色較難風化，與巖體風化程度關系非常密切，殘積土中的鉀長石風化為粘性土；全風化帶中的鉀長石風化為粉土狀，用手捏有砂感；土狀強風化中的鉀長石風化為中、細砂狀，手捏砂感明顯，可以捏碎；礫狀強風化中的鉀長石基本未風化呈礫狀，用手捏不碎，硬度相當于石英；塊狀強風化帶中的鉀長石未風化，與正、斜長石、石英、云母仍粘結(jié)在一起，呈塊狀、餅狀，巖塊可拆斷，但鉀長石不分離。

圖1 巖石結(jié)構崩解程度示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Rock Structure Collapse

因此花崗巖原巖結(jié)構的崩解程度和鉀長石的風化強弱狀態(tài)是野外、鉆孔、沖孔、旋挖樁判定花崗巖殘積土、全風化及土狀、礫狀、塊狀強風化的重要依據(jù)，尤其是鉀長石的風化狀態(tài)。對于過渡界面位置，如果再結(jié)合標準貫入試驗校正擊數(shù)進行分帶，風化分帶的準確性可以大大增加［9］。

2 燕山期花崗巖風化帶劃分

隨著深圳大規(guī)模的工程建設活動，尤其是較為集中的福田、南山、寶安和龍華片區(qū)，大部分建設場地位于燕山期花崗巖分布區(qū)。為了更準確地指導工程建設活動，確定地基承載力和沉降問題［10］，深圳市標準《地基基礎勘察設計規(guī)范：SGJ 01-2010》除按照國家標準，將巖體風化程度分為未風化、微風化、中風化、強風化、全風化和殘積土六大類以外，還將受張扭性斷裂影響的厚層強風化花崗巖，進一步細分為土狀強風化、礫狀強風化和塊狀強風化三個亞帶，將花崗巖殘積土按照≥2 mm 的顆粒含量，分為礫質(zhì)粘性土、砂質(zhì)粘性土和粘性土三個亞帶。各類風化帶劃分及野外特征如下：

⑴ 殘積土：土的組織結(jié)構已全部破壞，顏色一般較深、較雜，氧化鐵浸染嚴重，礦物除石英外已全部風化為粘性土，但基本保留原巖結(jié)構，但母巖結(jié)構不清晰，礦物用手捏無砂感，呈可塑～硬塑土狀。由中粒、粗?；◢弾r風化的殘積土屬于礫質(zhì)粘性土，由細粒花崗巖風化的殘積土屬于砂質(zhì)粘性土，由二長花崗巖、閃長斑巖或巖脈風化的殘積土屬于粘性士（或高嶺土）［11］。殘積土沖擊鉆進容易，用鐵鍬易挖掘，校正標貫擊數(shù)≤30擊。

殘積土與下部全風化巖的主要區(qū)別為殘積土具有花斑狀結(jié)構，呈可塑～硬塑狀，地表用鐵鍬可以挖掘。全風化巖不具有花斑狀結(jié)構，呈堅硬土狀，地表用鐵鍬較難挖掘。

⑵ 全風化花崗巖：組織結(jié)構基本已破壞，但尚可辨認，顏色開始變淺。除石英外，全部礦物已風化成粘性土，鉀長石礦物用手捏有砂感，巖體呈堅硬土狀，浸水變軟，強度降低。沖擊鉆進容易，校正標貫擊數(shù)30～50 擊，地表全風化巖用鐵鍬挖掘較困難。屬于極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

全風化帶與下部強風化帶的區(qū)別主要在于全風化巖鉀長石已風化成粉末狀，手捏有砂感，巖體呈堅硬土狀，巖塊浸泡在水中3～5 min可以崩解，而強風化巖塊則不易崩解或難崩解，鉀長石用手捏砂感明顯。

⑶ 強風化花崗巖：結(jié)構大部分破壞，礦物除石英和鉀長石外，已風化成粘性土，鉀長石用手捏砂感明顯。裂隙極發(fā)育，大部分礦物被氧化鐵（或錳質(zhì)）浸染，一般礦物已分離，巖體一般呈堅硬土狀、砂礫狀、塊狀，浸水變軟，強度降低。處于張性、張扭性斷裂構造影響強烈部位的強風化層厚度較大，可達8～20 m。沖擊鉆進較困難，回轉(zhuǎn)合金鉆進容易，校正標貫擊數(shù)大于50 擊，屬于極軟巖～軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅵ～Ⅴ級。對于較厚的強風化層，根據(jù)巖體風化大多數(shù)顆粒粒徑大小，分為土狀強風化、礫狀強風化、塊狀強風化三個亞帶。

① 土狀強風化：結(jié)構大部分已破壞，礦物除石英、鉀長石外已全部風化成粘性土，鉀長石保留原晶形，用手捏即碎，砂感明顯，風化裂隙極發(fā)育，大部分礦物被氧化鐵（或錳質(zhì)）浸染。巖體呈堅硬土狀，硬塑～堅硬狀態(tài)，巖塊浸泡在水中3～5 min逐漸崩解為砂土狀。沖擊鉆進較容易，校正標貫擊數(shù)50～60 擊，地表土狀強風化，鐵鍬挖掘較困難，屬于極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

② 礫狀強風化：結(jié)構已部分破壞，礦物已全部分離，正長石、斜長石及云母風化為粘性土，巖樣中可見較多仍保留原晶型的肉紅色鉀長石，用手捏不碎，風化裂隙極發(fā)育，裂隙面被氧化鐵（錳質(zhì)）浸染。巖芯呈砂礫狀，巖塊浸泡在水中3～5 min逐漸崩解為砂礫狀。

鉆、挖、沖孔樁水下施工速度快，樁芯渣土呈散體礫砂狀。沖擊鉆進較困難，回轉(zhuǎn)合金鉆進容易，但鉆進時有刻巖的響聲。校正標貫擊數(shù)60～75 擊，干燥時挖掘困難，需風鎬掘進。屬于極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

③ 塊狀強風化：保留原巖結(jié)構，各種礦物未分離，巖芯呈餅狀、碎塊狀、塊狀，巖塊易拆斷，但不能捏碎，可掰開。沖擊鉆進極困難，回轉(zhuǎn)合金鉆進較容易，鉆進時有較明顯的刻巖聲響，校正標貫擊數(shù)大于75 擊，干燥時用鎬掘進較困難。屬于軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ～Ⅴ級。

⑷ 中風化花崗巖：結(jié)構基本未破壞，裂隙發(fā)育，裂隙面有氧化鐵質(zhì)浸染，部分礦物變色，呈塊狀，短柱狀，巖塊手折不斷，錘擊難碎?；剞D(zhuǎn)合金鉆可鉆進，但較困難，金剛石鉆鉆進較易，用鎬極難挖掘、需用鋼釬或爆破挖掘，巖體較破碎，為較軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。

中風化帶與強風化帶的區(qū)別在于強風化巖塊易碎，且用手易折斷，中風化巖塊用手折不斷，且錘擊較難破碎。

⑸ 微風化花崗巖：結(jié)構無變化、保留原巖顏色，可見少量風化裂隙，部分裂隙面被氧化鐵浸染，巖芯呈短柱狀，長柱狀，巖塊錘擊難碎，需金剛石鉆進，巖體較完整，為較硬巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。

中風化及以下風化程度較弱巖體中，巖石顏色改變是礦物風化一個非常重要的指標，顏色的變化程度能反映風化營力的入侵，礦物成分的改變情況等等。中風化帶與微風化帶的區(qū)分以單軸抗壓強度為主，以裂隙發(fā)育程度、破碎程度、顏色變化為輔，中風化巖體已明顯變色，微風化巖體則斷面新鮮，風化過渡段則呈現(xiàn)一些雜色。

⑹ 未風化花崗巖：巖質(zhì)新鮮、堅硬，難見風化痕跡，僅局部可見微裂隙，巖芯為長柱狀，需金剛石鉆進，巖體完整，為堅硬巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅰ～Ⅱ級。

3 相似風化巖的判別

深圳地區(qū)燕山期花崗巖風化帶受到地下水侵蝕、地質(zhì)構造影響，巖體風化剖面并不具備明顯的界限，尤其是地下水影響較大的風化帶或構造帶發(fā)育區(qū)域的巖體，巖體風化程度的判別難度非常大。限于篇幅，本文僅列舉深圳地區(qū)燕山期花崗巖場地具有代表性的風化帶判別。

3.1 礫狀強風化與沖洪積、坡洪積含粘性土礫砂層

對于礫狀強風化（見圖2）與沖洪積、坡洪積含粘性土礫砂層（見圖3）直接接觸的地基中，鉆、挖、沖孔樁采取的巖樣均為散體狀，因此在樁基工程的持力層勘驗過程中，從感官上判別出現(xiàn)過不少錯誤案例。

20多年前的深圳市福田區(qū)某工程，設計采用鉆孔灌注樁基礎，以強風化花崗巖作持力層。完工后委托檢測單位對10根工程樁進行鉆孔抽芯檢測，技術人員根據(jù)現(xiàn)場芯樣將樁底持力層判定為沖洪積礫砂層，引發(fā)爭議。請筆者到現(xiàn)場判別，筆者看到取上的樁底芯樣中有很多肉紅色的鉀長石，且石英成分單一。當場告訴建設單位判斷有誤，樁底已進入強風化帶的中部，樁底屬于礫狀強風化花崗巖而非沖洪積礫砂，獲得勘察、設計、監(jiān)理單位的認可，且符合勘察成果。

圖2 礫砂狀強風化花崗巖Fig.2 Gravelly Strongly Weathered Granite Core

圖3 坡洪積原狀含粘性土礫砂Fig.3 Slope Diluvial Undisturbed Gravelly Sand with Cohesive Soil

深圳市坂田梅坂大道東側(cè)某建筑物，采用鉆孔灌注樁基礎，以強風化花崗巖作持力層，成孔過程中施工單位取出的巖芯類似礫砂，勘察、施工人員懷疑為沖積礫砂層，無法終樁。請筆者現(xiàn)場鑒別，筆者發(fā)現(xiàn)巖樣含有較多肉紅色棱角狀鉀長石顆粒，手捏不碎。筆者明確告知樁底已到強風化花崗巖的中部，已完全滿足設計要求。

一般沖積礫砂層的礦物幾乎全部為石英或石英巖顆粒，少部分為其它礦物，部分礦物有磨圓度。而礫狀強風化花崗巖的礦物除石英外，有較多肉紅色鉀長石和少量黑色礦物，礦物多具棱角狀，無磨圓現(xiàn)象或略具磨圓現(xiàn)象，鉀長石手捏不碎，正長石、斜長石已風化成粘性土。因此從礦物成分和磨圓度來說，兩者的區(qū)別較為明顯。

3.2 塊狀強風化與破碎中風化

燕山期中風化花崗巖厚度一般為1～5 m，如中風化帶厚度超過5 m，則要注意是否與斷裂有關，避免將受斷裂影響的破碎巖體判定為強風化帶。在構造帶發(fā)育帶或破碎帶鉆孔采取芯樣較為困難，芯樣破碎呈碎塊狀，甚至夾薄層土狀糜棱巖，往往會將中、微風化帶或其上部的碎塊狀巖芯誤認為強風化或中風化巖，這種情況在實際工程中誤判的現(xiàn)象屢見不鮮。

深圳市前海自貿(mào)區(qū)某工地設計要求工程樁進入中風化花崗巖2 m，施工單位采用XR400D 大功率旋挖鉆機鉆進入巖，發(fā)現(xiàn)旋挖鉆機機身抖動嚴重，樁孔底部鉆頭刻巖響聲較大，根據(jù)施工經(jīng)驗認為已經(jīng)進入中風化巖，但是地勘單位根據(jù)樁位超前鉆芯樣判斷樁底仍處于強風化帶，無法終孔。業(yè)主請筆者到現(xiàn)場鑒別，筆者根據(jù)所取的碎裂巖塊強度判定為受構造影響的較破碎中風化帶，其強度相當于中風化巖（見圖4）。

圖4 被誤判為強風化的受構造影響的中風化巖Fig.4 Structurally-affected Moderately Weathered Rocks That Were Misidentified as Srongly Weathered

一般來說，相較于中風化巖，強風化巖塊顏色更深、裂隙更發(fā)肓，巖石更易破碎為碎塊狀。但劃分中風化巖層時不能只看顏色是否變淺和芯樣是否破碎，還要看巖石的強度。強風化巖塊斷面粗糙，易碎且用手易折斷；中風化巖塊手折不斷，且錘擊難碎，斷面完整。如其顏色再淺，氧化鐵浸染再嚴重、再破碎，只要巖塊手折不斷，就不能劃為強風化，應劃為中風化巖。

3.3 破碎微風化與中風化

燕山期微風化花崗巖鉆孔揭露厚度一般為3～5 m，在構造發(fā)育地段揭露斷裂帶的鉆孔，鉆穿斷裂帶后鉆入微風化巖厚度大于5 m。部分鉆孔在微風化帶中遇不同厚度的破碎、極破碎巖夾層，勘察技術人員常將破碎、極破碎夾層劃為強風化或塊狀強風化，將夾層上部數(shù)米厚的微風化巖歸入強風化或中風化帶。鉆（沖）、旋挖孔樁取樣一般采用泥漿循環(huán)返渣或鉆斗撈渣取樣，在微風化帶的中、上部采取的巖樣為碎塊狀、塊狀，巖樣顏色變淺、裂隙發(fā)育且有氧化鐵浸染，勘察技術人員判為強風化或塊狀強風化巖。造成沖（鉆）、旋挖樁施工極為困難，為滿足設計樁端入微風化巖要求，要鉆穿數(shù)米厚微風化巖和若干米厚破碎巖石后才能到達微風化巖，一根樁的入巖時間要數(shù)天，甚至十多天，造成極大的浪費和影響工期。筆者認為鑒別巖芯或巖樣時，主要看巖石強度，如巖石強度相當于微風化巖則不能劃分為中風化，應劃分為微風化巖。同樣對分布于微風化花崗巖中的破碎～極破碎的夾層，不能劃為強風化或中風化，應劃分為受斷裂或次級斷裂影響的破碎微風化巖，如破碎帶上部的微風化巖厚度超過3 m，夾層強度相當于礫狀強風化或塊狀強風化巖的強度，則可將樁端置于上部微風化帶頂部，沒有必要鉆穿數(shù)米厚微風化巖及破碎帶后，將樁端置于完整的微風化巖中。

圖5為深圳市后海片區(qū)某工地被地勘工程技術人員誤判為中風化巖的受構造影響微風化巖樣。

圖5 被誤判為中風化的受構造影響的微風化巖Fig.5 Structure-affected Micro-weathered Rock Misjudged as Moderately Weathered

4 結(jié)論

⑴ 深圳地區(qū)燕山期花崗巖分布最廣，約占全區(qū)面積的50%以上。風化作用所形成的垂直風化剖面大部分隨深度增加而逐漸減弱，風化程度逐漸過渡，風化帶間分界并不明顯。

⑵ 雖然巖體風化帶劃分指標較多，但是從最本質(zhì)的地質(zhì)演化方面，花崗巖風化帶主要根據(jù)巖石結(jié)構的崩解（即物理風化）和各種礦物的風化程度的強弱進行劃分。

⑶ 花崗巖按照風化程度劃分為6個風化帶，深圳地區(qū)根據(jù)芯樣顆粒粒徑大小，將殘積土進一步細分為3個亞帶，根據(jù)芯樣顆粒粒徑大小、巖石強度將厚層強風化帶進一步分別細分為3 個亞帶。無論如何劃分，花崗巖原巖結(jié)構的崩解程度和鉀長石的風化強弱狀態(tài)、修正標貫擊數(shù)是野外判定花崗巖殘積土、全風化及土狀、礫狀、塊狀強風化的重要依據(jù)，尤其是鉀長石的風化狀態(tài)。

⑷ 對于礫狀強風化花崗巖與其上覆沖洪積、坡洪積含粘性土礫砂層的區(qū)別為前者芯樣中有較多肉紅色鉀長石和原生的石英顆粒，顆粒具棱角，無磨圓現(xiàn)象，而后者成分為透明的石英和石英巖，略具磨圓現(xiàn)象。

⑸ 對于地質(zhì)構造發(fā)育地區(qū)的中風化或微風化巖芯，不能只看顏色是否變淺和芯樣是否破碎，主要看巖石的強度，其顏色再淺，氧化鐵浸染再嚴重，巖石強度屬于哪個風化帶就應判定為哪個風化層。

⑹ 需要指出的是花崗巖風化帶除了強風化與中風化接觸帶較明顯外，其余各帶都是呈漸變的連續(xù)地質(zhì)體，一般風化剖面上并無臺階式的突變和風化跳躍。人為制定的一些標準對花崗巖風化剖面進行劃分，實際上是為了工程建設設計和施工的方便。在野外巖性判定時，除了本質(zhì)上巖石結(jié)構崩解和礦物風化方面進行定性判別以外，在風化帶過渡區(qū)域采用多種勘察和原位測試方法（如修正標貫擊數(shù)）綜合考慮，可以大大提高地質(zhì)巖性判斷的精度，更好地為工程建設指導和服務。