风化岩和残积土

残积土的特性及在工程上应用的几点体会

吴寅东

一、残积土的工程特性：

风化岩和残积土都是新解岩层在物理和化学风化作用下形成的物质，统称为风化残留物，由于岩石受到风化程度不同，使其性状不同，因而把岩石的风化带剖面划分为坡积土、残积土、全风化岩、强风化岩、中风化岩、微风化岩及未风化岩，一般的风化作用自上而下、自外向内的风化原则。残积土是保持在原岩所在位置，没有受到搬运营力的水平搬运，而只受垂直向淋漓作用。泉州目前的残积土主要是指花岗岩和火山岩风化而成的残积土（此次主要讨论花岗岩类），原岩结构、矿物组成、岩脉侵入、原岩变质程度和裂隙的发育程度决定了残积土的物理力学性质及其工程特性；而一般粘性土、粉土，砂性土是受到搬运营力的水平搬运作用，且矿物质较为混杂，水性稳定好，属于冲积成因。残积土的特性：按液塑限具有粘性土特性，按含砂量及颗粒骨架结构具有砂性土特性，按其膨胀性又具有膨胀土的特性，因此花岗岩残积土在岩土规范中归属于特殊土。

本地方常见的花岗岩：二长花岗岩，斜长花岗岩，黑云母花岗岩，闪长花岗岩，混合片麻花岗岩。结构特征又分为细粒、中粒、粗粒的花岗结构，其风化最明显特点是球状风化，由于场地中常出现不同的花岗岩性侵入体，又受区域应力，构造等诸多因素的影响，形成了残积土的各向异性。90年代初深圳地区根据该地区的试验资料总结，把残积土细分为砾质粘性土，砂质粘性土，粘性土，而粘性土中包括粘土、粉（砂）

质粘土、粉土，如果再细分，就形成了9个土层名称，会产生使用上的混乱，规范中把各类土的差异性交由岩土工程师来掌握，因此分类具有其科学性。

花岗岩矿物成份：石英、长石（正、斜）、云母、铁矿石、闪长石，其结构称为花岗结构，块状构造。经风化后，石英基本未变，长石类风化成亲水矿物的高岭石，少部分云母风化成亲水矿物的绿泥石，闪长石风化成水性稳定较好的粘粒，花岗岩中长石含量约40～70%，风化后残积土中的高岭石含量35～70%，而残积土涨缩性是由土中高岭石含量决定。

由于残积土的特殊性及钻探工艺，取样工艺，室内试验设备的局限性，室内的土工试验指标较难准确反映残积土的工程特征。相关规范推荐采用原位测试方法（标贯、载荷板试验）来确定其工程特性。

综合上述：残积土与一般粘性土，存在着质的不同，残积土具有粘性土、砂性土、膨胀土三种特征，而规范用所叙述的冲积粘性土、砂土或者粉土，按其突出的工程特征而命名。冲积土工程特性及经验对于残积土的工程性能使用和探讨，只起到借鉴作用。

二、残积土的承载力特征值应如何科学合理确定：

1、关于浅基础设计参数的确定：

由于残积土具有其砂性土、粘性土、膨胀土三项混合特征，室内试验指标的误差大，又与地下水位补给息息相关，目前工程界确定其承载力方法是很不一致，提供参数大部分采用经验指标或采用I l指标查表法；依据本人工程实践，结合少量载荷板实验结果与土工试验成果，现场标

贯试验结果进行对比，国标地基规范5.2.5条中fa=M b rb+M a r m d+m c ck计算的特征值比载荷试验值小10%（载荷板试验均未做到破坏）以上，其原因为残积土的结构性很强，受取土，运输、开样、造成土工试验指标有明显降低。与采用标贯击数查深圳规范经验值，其比值的平均值为1.07，与采用标贯击数利用省标规范公式6.4.5-6计算，其比值的平均值为1.1。从某工程4个点载荷板试验结果，土质为砾质粘性土，试验点位于水位线上，试验时选取2点泡水2小时，泡水后的试验曲线有明显拐点破坏，并比原状强度降低10%以上，证明残积土特有的在吸水后，颗粒间的抗剪强度明显降低，泡水软化的现象。

采用国标地基规范中5.2.5条中公式，省标岩土规范6.4.5-6公式及88深圳规范，采用不同方法确定残积土的承载力比载荷板试验确定的承载力低约10～15%，结合工程实践，鉴于土工实验指标可靠度差，建议采用基础埋深及其以下2m范围内标贯击数杆长修正值的平均值（其他规范采用整个层位标贯杆长修正值的统计标准值确定承载力，而残积土层中击数相差较大，取其标准值不合理，但2m内如果击数采用标准值又偏于安全、保守），查深圳规程中相关承载力推荐值及使用省标6.4.5-6公式计算所得承载力的平均值，取两者较小值。当残积土的承载力特征设计使用至280kpa及以上时，勘察报告和设计图纸应注明使用条件。

2、关于桩基础设计参数的确定

有关桩基础设计参数经验查表法的规程、规范，只有88深圳规程和省标提及，其确定桩侧阻力的查表依据采用I l指标，土工中I l指标与实际状态下的I l经常出入很大，并且勘察中当残积土层标贯大于20击

以上时，取样较难，扰动大，取样少，代表性差，势必造成提供设计参数不合理，而标贯试验操作简单、直观，建议采用标贯击数确定其桩侧、桩端设计参数，并且与花岗岩风化带采用标贯击数划分土层方法一致。经对多项工程试打桩及其静载试验结果反算、验算，并在多项工程的咨询中使用，本人提出来经验设计参数与在座的专家们共同讨论，具体见下表：

挤土桩设计参数经验值一览表（极限标准值）

注：1、N63.5的击数为实测击数，q s、q p指标可考虑多桩挤密效应提高系数，桩端q p值可依据桩端持力层埋置深度取相应高低值。

2、冲钻孔灌注桩孔底沉渣厚度小于50mm时，q s值可按表中数值乘以0.3-0.4系数取值，q p值可按表中数值乘以0.25-0.3系数取值；当采

用桩底注浆并从侧壁反浆时，q s、q p值可按表中数值分别乘以0.5、0.4系数取值。

3、干状作业条件下，人工挖孔桩桩端阻力可按表中q p值乘以

0.25-0.3系数取值。

三、关于挤土桩和弃土桩施工质量和承载力的控制的探讨:

1、残积中桩的终压力（贯入度）与极限承载力的关系

挤土桩施工中在垂直压力或贯入能作用下沉入残积土层中时，桩周土体发生剧烈的挤压扰动，土中孔隙水压力急剧上升，亲水矿物急剧脱水，从而在桩周一定范围内产生重塑区，土的抗剪强度降低，此时桩身容易下沉，压桩阻力主要来自桩尖向下穿透土层时直接冲剪桩端土体的阻力。从压桩机上压力表或锤击数变化上分析，施工时工程桩贯入阻力并不一定随桩的入土深度的增加而增大，而是随着桩尖处土体的软硬及松密程度等因素即桩尖土体的抗冲剪阻力大小而波动。随着土层的改变，贯入阻力会发生突变；而在土性相同的情况下，贯入阻力基本保持不变或略有变化，桩侧动摩阻力很小，贯入阻力或贯入度反映的主要是桩尖阻力的变化，但这是一种暂时的动态现象。一旦压桩终止或停锤并随着时间的延续，桩周及桩端岩土层的孔隙水压力逐步消散，对桩周边的土层产生挤密作用及亲水矿石重新吸水膨胀形成回抱力，从而提高桩侧摩阻力及桩端阻力。恢复后的土体抗剪强度才使挤土桩获得工程意义上的极限承载力。所以压桩时的终压力或贯入度与单桩设计极限承载力不能简单的等同视之，而是两个不同的概念且两者的量值也不尽相同。

从多项工程实践资料看，残积土中长度较长的静压桩，其最终的极