强风化花岗岩残坡积土上的基础工程的施工问题

浅谈强风化花岗岩残坡积土上的基础工程的施工问题
[摘要]本文在分析花岗岩残积土特性的基础上，并结合实际案例对其工程问题进行探讨，对于其在工程上的应用具有重要意义。

[关键词]强风化花岗岩结构性地基承载力承载力检测
中图分类号：u416.22文献标识码：a文章编号：1009-914x（2013）21-0000-01
0.引言
随着基础工程建设的飞速发展，工程问题也日益突出。

而作为在我国南方地区广泛分布的一种土体，强风化花岗岩残坡积土因其具有土层厚度大，大孔隙比、高压缩性与高强度等特点，因而会对基础工程的稳定性造成重要影响。

1 工程案例
某商用建筑楼，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4400kn。

地质勘察报告显示，该区域地层简单，表层为1-2m素填土，随着埋深的增加依次为，粉质粘土3-10m左右，花岗岩残积土30-40m。

设计桩端持力层为强风化岩。

而在基础工程施工时，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530 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2200kn。

2 花岗岩残积土的结构强度
从广义上来说，土都具有结构性，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。

结构屈服压力σk是先期固结压力pc和结构强度q之和。

3 地基基础承载力设计值的确定
地基土承载力设计值可以由抗剪强度指标确定，案例地质勘察资料提供的天然地基基础岩土设计参数建议值见表1：
按规范，取宽3m，埋深2.1m的基础，由fa=mbγb+ mdγmd+mcck，计算地基承载力得：粉质粘土fa=151.5kpa，砂质粘性土（残积土）fa=170.4kpa。

地基承载力特征值fak，也可由原位标准贯入试验击数n由经验关系确定。

对上表中地质资料提供的地基承载力特征值fak再进行深宽修正，fa = fak +ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）。

修正后结果，粉质粘土fa=160.4kpa；砂质粘性土（残积土）fa=233.6kpa。

由于土样的扰动，室内土工试验测得土抗剪强度指标确定的地基承载力偏小，过于保守。

事实上，原位地基土载荷试验结果显示场地内除c25#厂房外花岗岩残积土fak都在200kpa以上。

花岗岩残积土承载力宜根据标准贯入试验等原位测试资料，结合当地经验综合确定。

规范[6]规定地基基础设计等级为甲级的，必
须由现场静载荷试验确定。

按现场静载荷试验确定的地基承载力方法直观可靠，所测得的成果能反映载荷板下一定深度内土体的平均性质，可以作为基础工程验收手段。

但由于时间周期长、费用高，且试验所得成果指标比较单一，局限性较大。

4 地基基础承载力检测
基桩高应变试验方便快捷、费用相对较低，对场地要求也没静载试验高，适合对基桩承载力大面积抽检。

花岗岩残积土上高应变检测同样具有特殊性。

桩周花岗岩残积土的高强度，决定激发土阻力需要更大的冲击力；高压缩性决定激发土阻力需要更大的桩土间相对位移，也就是需要更大的冲击能量。

地基土受迫振动时的阻尼分两类，一类是逸散阻尼，另一类是材料阻尼。

前者是土体中的振动能以表面波和体波向桩四周和向下方扩散产生，后者是由土粒间摩擦和孔隙中水与气体的粘滞性产生。

花岗岩残积土的结构性逸散阻尼和受扰动下高孔隙水压粘滞性引起的材料阻尼，构成其高水平阻尼作用，而高应变试验case法模型是不考虑桩侧阻尼的。

阻尼作用使桩周花岗岩残积土受剪切时应变反应明显滞后于应力，在高应变试验中表现为力信号的迅速衰减。

在检测结果分析上会形成误区：认为冲击力很大，桩土间相对位移却不明显，是因为高土阻力阻止了桩土间相对位移，即“打不动”。

忽视花岗岩残积土的特殊性进行高应变检测结果分析，就会在经验上高估基桩承载力。

下图1为案例中2077#桩的高应变试验曲线：
由图1分析可知，高应变试验的最大冲击力达到5103kn，但是在
t2时刻左右，测试力信号已经衰减完全，而此时的桩土间相对运动还远没有停止。

静载试验不受到地基土阻尼的影响，2077#桩静载试验结果极限承载力为2200kn：
基于动静对比基础上的拟合分析，可以获得高应变检测中桩土模型的几个关键参数。

在有条件的情况下，对花岗岩残积土上桩基础多做静载试验。

通过本地区大量的动静对比试验，建立动静试验参数的经验关系，并对不同情况的花岗岩残积土场地桩基础工程进行类比分析，将有助于对高应变检测的承载力的客观评价。

5 结语
在扰动和浸水等因素作用下，花岗岩残积土显著的微观缺陷（原生或次生裂隙）不断扩展，极易造成其力学性能的劣化。

花岗岩残积土性质主要还是靠室内土工试验结果来评定。

由于土的扰动性，传统的取样技术和常规的小试样试验方法所得的试验结果偏离很大。

原位测试点的数量毕竟有限，因此提高取样技术、减少土样从取出到试验期间的扰动是需要解决的重点问题。

而将经验与试验结果相结合，以全面评价各种基础形式下的地基土工程性能，用来指导基础工程设计和施工，才能保证工程质量、取得良好的经济效益。

参考文献
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[2] 李作勤.有结构强度的欠压密土的力学性质[j].岩土工程学报.1982， 4（1）：34-45.
[3] 王常明.含水量对结构性土力学性状的影响[j].第三届全国岩土与工程学术大会论文集.2009.。