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 test1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变化。

花岗岩残积土原有结构性遭到破坏，结构强度损失，且很难在自重压力下重塑。

该类场地预制挤土桩的桩侧摩阻力与按一般原状粘性土经验计算的值相比偏低。

5基础形式的选择低层或多层建筑物的地基基础，采用柱网下条形基础，花岗岩残积土层一般能满足承载力要求，应适当考虑施工扰动和地下水的作用。

高层建筑桩基础设计中，采用冲、钻孔或人工挖孔灌注桩，土扰动和地下水影响明显时，造成一部分原状土强度的损失且很难经验估计，设计安全度不够容易造成桩基失效。

近年来，PHC高强预应力管桩得到广泛的应用，但由于花岗岩残积土强度较高，打、压入桩都比较困难，加上持力层土层变化大，以及砂夹层、孤石等影响，时有断桩现象发生，用桩长度也难以预估，造成截桩量大、浪费太多。

在花岗岩残积土层上，植入增强体桩是比较好的复合地基处理方案。

依据对地基土强度实行“差多少补多少”的原则，并铺设合适的褥垫层使增强体桩与地基土整体受力、变形匹配。

复合地基布桩方案灵活、施工周期短，质量易控，处理容易，成本相对较低，能达到很好的经济效果。

研究既能充分利用花岗岩残积土天然地基承载力，又能与花岗岩残积土相适应的复合地基施工方法，具有实践意义。

6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，案例一地质勘察资料提供的天然地基基础岩土设计参数建议值如下表：按规范[6]，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 = 151.5 kPa，砂质粘性土（残积土）fa =170.4 kPa。

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 =160.4 kPa；砂质粘性土（残积土）fa =233.6 kPa。

相比由抗剪强度确定的承载力偏大。

显然，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，工程上过于保守。

事实上，原位地基土载荷试验结果，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。

竖向抗压桩的承载机理比较复杂，其承载力和桩的几何尺寸与外形、桩侧土与桩端土的性质、成桩工艺等因素有关。

根据原位单、双桥探头静力触探资料，确定的混凝土预制桩的极限承载力标准值比较可靠，但需要耗费大量人力物力；根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值简单方便，但存在一定偏差。

通过长期试验资料积累，建立本地区极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值与土层物理指标、岩石饱和单轴抗压强度以及静力触探等土原位测试指标间的经验关系[7]。

量化花岗岩残积土在不同条件下受地下水、土扰动影响的经验指标，可用来指导基础设计。

7承载力检测天然地基基础的验收通过施工验槽，并辅以一定的原位测试手段完成。

对原状土进行地基土载荷试验和对基桩进行单桩竖向承载力静载试验，都能取得直观可靠的检测结果，但时间长、费用大。

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。