淺談第四系湛江組粘土層工程特點

張 麗

(廣東省地質(zhì)局七○四地質(zhì)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(zhì)局七○四地質(zhì)大隊, 廣東湛江市 524018)

第四系湛江組粘土層在預(yù)制樁沉樁過程中有較明顯的特點,通過總結(jié)分析其特點,進一步分析和理解樁土關(guān)系,總結(jié)工程實踐經(jīng)驗,提出了達(dá)到工程安全目的的摩擦樁收錘規(guī)范建議。

粘土層;混凝土管樁;貫入度;樁側(cè)摩阻力;單樁豎向承載力

1 粘土層工程地質(zhì)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(tǒng)海積層洼地地段上覆第四系全新統(tǒng)沖積層。湛江組上覆地層厚度一般數(shù)米～十幾米不等。

湛江組粘土層以灰色粘土和雜色粘土為標(biāo)志層。灰色粘土為薄葉狀構(gòu)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(zhì)軟。主要物理力學(xué)指標(biāo):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(shù) 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(nèi)摩擦角φ=9.3°～20.9°、平均 14.7°。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗 N(修正后擊數(shù))=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(xué)指標(biāo)和稠度狀態(tài)與老粘土不一致,工程性質(zhì)較一般老粘土差。灰色粘土分布較穩(wěn)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(jù)某場地約 100個樣品統(tǒng)計出各物理力學(xué)指標(biāo)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(shù) 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(nèi)摩擦角φ=18.2°～25.9°、平均 22.3°。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗 N(修正后擊數(shù))=14.0～28.2擊、平均 22.7擊。屬老粘土,稠度狀態(tài)為很硬,土的狀態(tài)為硬塑～堅硬,工程性質(zhì)良好。普遍分布,上覆一般為灰色粘土或砂土層,厚數(shù)米～二十幾米不等,在沿海或低洼地段埋深較大,一般達(dá)三十幾米。

2 粘土層中的樁基礎(chǔ)

由于湛江組上部粘土及上覆地層土質(zhì)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(chǔ)。由于混凝土管樁具有施工速度快、周期短、樁身質(zhì)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(qū)得以普遍采用。

在多處建設(shè)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(dá)不到設(shè)計要求的問題。如:湛江中富容器有限公司生產(chǎn)車間、設(shè)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(rèn)為貫入度過大,單樁豎向承載力不能達(dá)到設(shè)計要求,堅持要增加樁長。豪豐華庭商住小區(qū)樁基施工與湛江中富容器生產(chǎn)車間遇到的問題類似,而且該小區(qū)樁長為 25 m,最后三陣擊貫入度 ＞30 cm/10錘。富華商住樓設(shè)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(dá)到要求。建設(shè)方因此質(zhì)疑勘察報告的準(zhǔn)確性。

3 有關(guān)規(guī)范的收錘標(biāo)準(zhǔn)

廣東省標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)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(guī)程的收錘標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)花崗巖殘積土打樁經(jīng)驗確定。《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)表7.4.2中規(guī)定“持力層為砂土?xí)r,以貫入度一般為 2～5 cm/10擊作收錘標(biāo)準(zhǔn),持力層為粘性土?xí)r收錘標(biāo)準(zhǔn)不作規(guī)定。”

4 樁側(cè)摩阻力與土層的關(guān)系

湛江市區(qū)的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁按承載性分類應(yīng)為端承摩擦樁,即在極限承載力狀態(tài)下,樁頂荷載主要由樁側(cè)阻力承受,樁端僅承受小部分。湛江市區(qū)樁端持力層的上覆土層多以飽和土為主(淤泥、淤質(zhì)粘土、軟～可塑粘土),在樁體下沉?xí)r,強大的沖擊擠壓作用,使貼近樁身的土體產(chǎn)生很大的孔隙水壓力,土的結(jié)構(gòu)被破壞,抗剪強度驟減,現(xiàn)時土層阻力十分有限,與設(shè)計時的樁阻力估計值相差甚遠(yuǎn),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。可以肯定,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(guān)。最終單樁豎向承載力是粘土層經(jīng)過一段時間的間歇后,孔隙水壓力逐漸消散,土逐漸固結(jié)壓密,同時土的結(jié)構(gòu)強度也逐漸恢復(fù),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(nèi)不斷有所增強。所以在粘土層中的樁基礎(chǔ),樁側(cè)摩阻力是首要的。

5 工程實踐

通過總結(jié)多個建筑場地混凝土管樁沉樁經(jīng)驗,當(dāng)樁端持力層為中密～密實狀砂土?xí)r,可滿足貫入度收錘標(biāo)準(zhǔn),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(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn),試樁均不能達(dá)到設(shè)計要求;

(2)樁的最后三陣擊貫入度與總沉降量關(guān)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(jié)果為單樁豎向承載力及沉降量均達(dá)到設(shè)計及有關(guān)規(guī)范要求。

根據(jù)筆者的施工經(jīng)驗,有些建設(shè)項目樁基施工最后三陣擊貫入度較大時,建議暫停施工,經(jīng)過幾天的間歇后再復(fù)打或復(fù)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(qū)施工的混凝土管樁,當(dāng)以樁側(cè)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(biāo)準(zhǔn)或初判單樁豎向承載力是否滿足設(shè)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(dǎo)致不必要的浪費。

6 結(jié) 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(biāo)準(zhǔn)或作衡量單樁豎向承載力的標(biāo)準(zhǔn),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(shù)規(guī)范》應(yīng)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(biāo)準(zhǔn),以提高可操作性;廣東省標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》最后三陣擊貫入度以小于 20 mm/10擊作收錘標(biāo)準(zhǔn)的要求過高,該標(biāo)準(zhǔn)沒有考慮因沉樁導(dǎo)致飽和土的結(jié)構(gòu)被破壞、土層阻力驟減的因素,所以應(yīng)改為:經(jīng)過約 7 d的間歇期后的最后三陣擊貫入度作收錘標(biāo)準(zhǔn)或通過試樁確定收錘標(biāo)準(zhǔn)。

(3)端承摩擦樁宜選擇靜壓樁機進行沉樁,當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件簡單時,可在建筑范圍內(nèi)均勻分布 3～5條樁進行試樁,并過幾天后進行復(fù)壓,以確定單樁豎向承載力。

[1] GB50007-2002.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

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

[3] 葉書麟,葉觀寶.地基處理[M].北京:中國建筑工業(yè)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(zhì)、工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)工作。