花岗岩残积土上基础工程问题的探讨

花岗岩残积土上基础工程问题的探讨

摘要：花岗岩残积土由于其特殊成因，而具有鲜明的工程特性。近年来，花岗岩残积土上基础工程问题时有出现，有必要将其作为一类工程问题专门研究。了解花岗岩残积土特性，并对其工程问题进行的探讨，对于其在工程上的应用有积极意义。

关键词：花岗岩残积土，结构性，土扰动，地基基础承载力，基桩高应变试验

Abstract: the granite residual soil underlying causes due to its special, and has the distinct engineering properties. In recent years, granite residual soil underlying foundation has appeared on engineering problems, it is necessary to as a kind of special research engineering problems. Understand the granite residual soil underlying characteristics, and its engineering, this paper for the engineering application of the positive significance.

Keywords: granite residual soil underlying, structural, soil disturbance, foundation bearing capacity, the foundation pile high strain test

1前言

花岗岩残积土在我国南方地区广泛分布，土层厚度大，且分布很不均匀。土层承载力较高，地基应力可以应用到弹塑性状态。基础设计中对其承载力的有效充分利用，可以收到很好的经济效果。但是，随着基础工程建设的飞速发展，工程问题也日益突出。近年来，广州番禺地区地基基础检测中就发现，不少花岗岩残积土上地基基础承载力就达不到设计要求。

花岗岩残积土“大孔隙比、高压缩性与高强度”工程特性源于其结构性，大量的压缩试验及原位静载试验表明，侧向应力卸荷、失水干缩、饱和软化、周期荷载等扰动损伤因素对其强度、压缩性的影响颇大。本文通过两个工程案例，从花岗岩残积土的特性上分析工程问题，并在基础形式选择、承载力确定、基础工程检测等方面进行了一些探讨。

2工程案例

案例一：

某产业园C25#厂房，采用天然地基基础，设计承载力特征值fak=200kPa，基础埋深2.1m，场地土层分布如下：

①素填土（Qml）：以近期人工回填的素填土为主，在场地内均有分布，厚度0.4～9.0m不等，平均3.56m。②淤泥质土（Qal）：部分地段含水率较高，流塑~软塑。平均埋深4.76 m；层厚为0.8～8.0 m，平均3.53 m。③粉质粘土：湿，软塑为主，局部呈可塑，粘性一般，部分为坡积成因。本层在场地分布厚度不均匀，埋藏深度变化较大，层顶面埋深0.0～11.2m，平均为5.10m；层厚为0.7～9.6m，平均3.96m。④砂质粘性土(Qel)：为花岗片麻岩剧烈风化残积土，含砂约在15%左右。上部软塑为主，部分可塑状，下部多为硬塑状，且风化不均，部分地段夹有半岩半土状全风化岩。本层在场地普遍分布，层顶面埋深0.0～19.2m，平均为7.46m；层厚为2.4～20.2m，平均10.66m。⑤全风化花岗片麻岩：麻黑色，坚硬~半岩半土状，含中细砂，稍湿，遇水易崩解软化。风化不均，为残积土和强风化岩过渡带，局部夹强风化岩粒。层顶面埋深11.0～31.20m，平均为21.79m；层厚为0.30～16.6m，平均3.87m。

对基础的5个轴线交点进行了地基土载荷试验，压板面积0.5㎡，试验分8级加载，5个检测点都在加载到350kPa时，沉降量偏大，终止试验，结果如下表：

案例二：

某花园第四期商住楼，使用Φ500mm厚壁预应力管桩，设计单桩承载力特征值2200kN，静载试验极限承载力4400 kN。地质勘察报告揭示，地层简单，表层1～2m素填土，粉质粘土3～10m左右，花岗岩残积土30～40m，下为全风化和强风化岩层。设计桩端持力层为强风化岩。一部分桩是锤击打入，总锤击数1200~1600锤，也有小部分桩静力压入，最大静压力5300 kN。入土桩长一般为15~27m，最大达到34m。静载试验28根桩，有6根桩承载力达不到设计要求，最小单桩极限承载力2200 kN。从中选取具有代表性的3根桩，结果如下表：

3土层厚度、土质不均匀

花岗岩残积土是残留在原地未被风和降水搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物。它的分布受地形控制，因地形起伏，残积土厚度在小范围内变化较大。

案例一中的场地土花岗岩残积土层厚度变化范围很大，对天然地基基础设计土层和基础埋深的选择造成困扰。基础设计仅依靠地质勘察资料提供的信息有时是不够的。宜通过施工过程中的现场验槽、原位标贯和现场静载荷试验修正土层承载力，调整优化基础设计方案。

花岗岩残积土是未经搬运的，土颗粒没被磨圆或分选，没有层理结构，均质性很差。在山地、丘陵、平原，其分布特征各有不同。地形起伏区残积土一般还伴随有坡积成因土，它一般分布在坡腰或坡脚，由高处岩石风化产物经冲刷剥蚀，沿坡移动、沉积而成，随斜坡往下呈由粗到细的分选现象。坡积土在坡脚、洼地容易积聚，土层厚度较大。天然状态下，花岗岩残积土强度较高，且越往深处靠近基岩强度越高。表层残积土孔隙比小，透水性差，自上至下孔隙比逐渐增大，透水性变好。案例一中C25#厂房天然地基土载荷试验时，现场勘查土层细粒成分含量偏大，含砂量低，属粉质粘性土，接近表层残积土或坡积土性，试验结果承载力不满足设计要求。相邻地基土层试验点同样试验条件，细粒含量相对较小，结果试验承载力满足设计要求。

4结构强度和土扰动

从广义上来说，土都具有结构性[1]，亦即土颗粒和空隙的形状、排列方式以及土颗粒之间力的相互作用。土的结构性源于土的天然性，花岗岩残积原状土因其成因而具有特定的结构，保留着原岩一定的残余结构强度。结构强度由土沉积过程中的物理化学因素使颗粒相互接触处产生的固化联结键而形成。

传统方法测得的先期固结压力pc和超固结比OCR只针对非结构性土，对于原状结构性土，应称之为结构屈服压力σk和结构应力比[2]。结构屈服压力σk 是先期固结压力pc和结构强度q之和。图1为结构性土原状样和重塑样的压缩曲线，从中看出，该土样具有明显的结构屈服压力σk，当压力超过σk时曲线陡降，结构强度损失。图2中扰动土重塑还原后的压缩曲线与原状土压缩曲线之间的阴影区域，即结构强度区域。结构强度区域反映了不同荷载、不同孔隙比下的结构强度大小[9]。

图1原状样和重塑样的压缩曲线图2原状结构性土的结构强度

在钻探取样、土样运输和切取制作时，土的结构性极易因扰动而破坏，使其结构强度损失。这也是一般的室内土工试验方法物理力学性质分析所得的地基承载力偏低，而原位测试承载力较高的原因。

案例二挤土桩施工过程中，桩周土受力挤密，土体内部结构和应力状态发生