淺談第四系湛江組粘土層工程特點

張 麗

(廣東省地質局七○四地質大隊, 廣東湛江市 524018)

淺談第四系湛江組粘土層工程特點

張 麗

(廣東省地質局七○四地質大隊, 廣東湛江市 524018)

第四系湛江組粘土層在預制樁沉樁過程中有較明顯的特點,通過總結分析其特點,進一步分析和理解樁土關系,總結工程實踐經驗,提出了達到工程安全目的的摩擦樁收錘規范建議。

粘土層;混凝土管樁;貫入度;樁側摩阻力;單樁豎向承載力

1 粘土層工程地質特征

湛江市位于廣東西部沿海,第四系松散層廣厚分布,主要地層為第四系湛江組海陸交互相沉積層,沿海地帶上覆第四系全新統海積層洼地地段上覆第四系全新統沖積層。湛江組上覆地層厚度一般數米～十幾米不等。

湛江組粘土層以灰色粘土和雜色粘土為標志層。灰色粘土為薄葉狀構造,水平層理,可塑為主,大部分地段頂部 2.0 m左右,呈軟塑狀,土質軟。主要物理力學指標:含水率 w=19.7%～58.5%、平均41.3%,天然密度ρ=15.3～20.5 g/cm3、平均17.17 g/cm3,孔隙比 e=1.000～1.399、平均 1.175,壓縮系數 a1-2=0.200～0.690 MPa-1、平均 0.436 MPa-1,壓縮模量 Es=3.0～8.6 MPa、平均 5.2 MPa,粘聚力 C=20.0～41.0 kPa、平均 28.6 kPa,內摩擦角φ=9.3°～20.9°、平均 14.7°。標準貫入試驗 N(修正后擊數)=5.0～10.8擊、平均 5.8擊。按地層劃分灰色粘土為 Q1,為老粘土,但各物理力學指標和稠度狀態與老粘土不一致,工程性質較一般老粘土差?；疑惩练植驾^穩定,在剝蝕低丘地段出露地表,在沿海地帶埋深幾米至十幾米不等,厚度幾米至二十幾米不等,一般在沿海地帶厚度較大。

雜色粘土:根據某場地約 100個樣品統計出各物理力學指標如下:含水率 w=12.6%～23.7%、平均 17.6%,天然密度ρ=1.93～2.18 g/cm3、平均2.06 g/cm3,孔隙比 e=0.406～0.680、平均 0.530,壓縮系數 a1-2=0.080～0.200 MPa-1、平均 0.140 MPa-1,壓縮模量 Es=8.0～14.9 MPa、平均 10.9 MPa,粘聚力 C=47.0～86.0 kPa、平均 66.9 kPa,內摩擦角φ=18.2°～25.9°、平均 22.3°。標準貫入試驗 N(修正后擊數)=14.0～28.2擊、平均 22.7擊。屬老粘土,稠度狀態為很硬,土的狀態為硬塑～堅硬,工程性質良好。普遍分布,上覆一般為灰色粘土或砂土層,厚數米～二十幾米不等,在沿?；虻屯莸囟温裆钶^大,一般達三十幾米。

2 粘土層中的樁基礎

由于湛江組上部粘土及上覆地層土質軟弱,天然地基不能滿足高層建筑物要求,所以普遍采用樁基礎。由于混凝土管樁具有施工速度快、周期短、樁身質量有保證等特點,加上湛江地層為第四系松散層,一般不存在難以貫穿的孤石、硬夾層等,對沉樁影響不大,所以該樁型在湛江市區得以普遍采用。

在多處建設項目樁基施工中,試樁時遇到最后三陣擊貫入度過大或終壓力達不到設計要求的問題。如:湛江中富容器有限公司生產車間、設計樁徑Φ400 mm、樁長 14 m,單樁豎向承載力為 300 kN,樁端持力層為可塑狀粘土,采用 5 t柴油錘施打。試樁,樁端打至 14 m時,最后三陣擊貫入度 ＞30 cm/10錘。樁基施工單位認為貫入度過大,單樁豎向承載力不能達到設計要求,堅持要增加樁長。豪豐華庭商住小區樁基施工與湛江中富容器生產車間遇到的問題類似,而且該小區樁長為 25 m,最后三陣擊貫入度 ＞30 cm/10錘。富華商住樓設計樁徑Φ400 mm、樁長 28 m,單樁豎向承載力為 1200 kN,樁端持力層為硬塑狀粘土,采用 400 t靜壓樁機沉樁,樁基施工單位施工完幾條樁后,終壓力均不能達到要求。建設方因此質疑勘察報告的準確性。

3 有關規范的收錘標準

廣東省標準《預應力混凝土管樁基礎技術規程》7.1.5條“正常情況下,最后貫入度不宜小于 20 mm/10擊”。該規程的收錘標準主要是根據花崗巖殘積土打樁經驗確定?！督ㄖ痘夹g規范》(JGJ94-2008)表7.4.2中規定“持力層為砂土時,以貫入度一般為 2～5 cm/10擊作收錘標準,持力層為粘性土時收錘標準不作規定。”

4 樁側摩阻力與土層的關系

湛江市區的預應力混凝土管樁按承載性分類應為端承摩擦樁,即在極限承載力狀態下,樁頂荷載主要由樁側阻力承受,樁端僅承受小部分。湛江市區樁端持力層的上覆土層多以飽和土為主(淤泥、淤質粘土、軟～可塑粘土),在樁體下沉時,強大的沖擊擠壓作用,使貼近樁身的土體產生很大的孔隙水壓力,土的結構被破壞,抗剪強度驟減,現時土層阻力十分有限,與設計時的樁阻力估計值相差甚遠,樁端粘土層的端阻力一般為 200～350 kN,而 5 t柴油錘的沖擊力約 5000 kN,可見端阻力與沖擊力相差很大,在這種情況下,貫入度必然是較大的?？梢钥隙?在粘土層中最后三陣擊貫入度的大小與樁的承載能力無關。最終單樁豎向承載力是粘土層經過一段時間的間歇后,孔隙水壓力逐漸消散,土逐漸固結壓密,同時土的結構強度也逐漸恢復,抗剪強度提高,甚至超過原狀土的強度,因而摩阻力及樁尖阻力不斷增高,樁的承載力在一定的時間內不斷有所增強。所以在粘土層中的樁基礎,樁側摩阻力是首要的。

5 工程實踐

通過總結多個建筑場地混凝土管樁沉樁經驗,當樁端持力層為中密～密實狀砂土時,可滿足貫入度收錘標準,但樁端持力層為可塑或硬塑狀粘土,且上覆砂土層較薄時,一般不能滿足貫入度收錘標準。匯總多個工程項目表明:

(1)若按持力層為砂土層最后三陣擊的貫入度2～5 cm/擊作收(停)標準,試樁均不能達到設計要求;

(2)樁的最后三陣擊貫入度與總沉降量關系不明顯;

(3)最后三陣擊的貫入度不能滿足要求,而豎向抗壓靜載試驗檢測結果為單樁豎向承載力及沉降量均達到設計及有關規范要求。

根據筆者的施工經驗,有些建設項目樁基施工最后三陣擊貫入度較大時,建議暫停施工,經過幾天的間歇后再復打或復壓,所有采納這一意見的項目,最后三陣擊或終壓力均能滿足要求。

通過理論和工程實踐的綜合分析,在湛江市區施工的混凝土管樁,當以樁側阻力為主要承受力,且樁端持力層為粘土層時,以最后三陣擊貫入度作收錘標準或初判單樁豎向承載力是否滿足設計要求是不切實際的,片面追求最后三陣擊貫入度在較小值范圍,容易造成增加樁長,導致不必要的浪費。

6 結 論

(1)理論及工程實踐證明,摩擦樁、端承摩擦樁不能以最后三陣擊貫入度作收錘標準或作衡量單樁豎向承載力的標準,盲目追求最后三陣擊貫入度容易造成不必要的浪費。

(2)《建筑樁基技術規范》應明確以粘性土層作端承摩擦樁樁端持力層時,不宜以最后三陣擊作停錘標準,以提高可操作性;廣東省標準《預應力混凝管樁基礎技術規程》最后三陣擊貫入度以小于 20 mm/10擊作收錘標準的要求過高,該標準沒有考慮因沉樁導致飽和土的結構被破壞、土層阻力驟減的因素,所以應改為:經過約 7 d的間歇期后的最后三陣擊貫入度作收錘標準或通過試樁確定收錘標準。

(3)端承摩擦樁宜選擇靜壓樁機進行沉樁,當地質條件簡單時,可在建筑范圍內均勻分布 3～5條樁進行試樁,并過幾天后進行復壓,以確定單樁豎向承載力。

[1] GB50007-2002.建筑地基基礎設計規范[S].

[2] 《工程地質手冊》編寫委員會.工程地質手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1992.

[3] 葉書麟,葉觀寶.地基處理[M].北京:中國建筑工業出版社,1997.

2009-08-13)

張 麗(1973-),女,廣東湛江人,工程師,主要從事水文地質、工程地質與環境地質工作。