浅谈第四系湛江组粘土层工程特点

张 丽

(广东省地质局七○四地质大队, 广东湛江市 524018)

浅谈第四系湛江组粘土层工程特点

张 丽

(广东省地质局七○四地质大队, 广东湛江市 524018)

第四系湛江组粘土层在预制桩沉桩过程中有较明显的特点,通过总结分析其特点,进一步分析和理解桩土关系,总结工程实践经验,提出了达到工程安全目的的摩擦桩收锤规范建议。

粘土层;混凝土管桩;贯入度;桩侧摩阻力;单桩竖向承载力

1 粘土层工程地质特征

湛江市位于广东西部沿海,第四系松散层广厚分布,主要地层为第四系湛江组海陆交互相沉积层,沿海地带上覆第四系全新统海积层洼地地段上覆第四系全新统冲积层。湛江组上覆地层厚度一般数米～十几米不等。

湛江组粘土层以灰色粘土和杂色粘土为标志层。灰色粘土为薄叶状构造,水平层理,可塑为主,大部分地段顶部 2.0 m左右,呈软塑状,土质软。主要物理力学指标: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,压缩系数 a1-2=0.200～0.690 MPa-1、平均 0.436 MPa-1,压缩模量 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,内摩擦角φ=9.3°～20.9°、平均 14.7°。标准贯入试验 N(修正后击数)=5.0～10.8击、平均 5.8击。按地层划分灰色粘土为 Q1,为老粘土,但各物理力学指标和稠度状态与老粘土不一致,工程性质较一般老粘土差。灰色粘土分布较稳定,在剥蚀低丘地段出露地表,在沿海地带埋深几米至十几米不等,厚度几米至二十几米不等,一般在沿海地带厚度较大。

杂色粘土:根据某场地约 100个样品统计出各物理力学指标如下: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,压缩系数 a1-2=0.080～0.200 MPa-1、平均 0.140 MPa-1,压缩模量 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,内摩擦角φ=18.2°～25.9°、平均 22.3°。标准贯入试验 N(修正后击数)=14.0～28.2击、平均 22.7击。属老粘土,稠度状态为很硬,土的状态为硬塑～坚硬,工程性质良好。普遍分布,上覆一般为灰色粘土或砂土层,厚数米～二十几米不等,在沿海或低洼地段埋深较大,一般达三十几米。

2 粘土层中的桩基础

由于湛江组上部粘土及上覆地层土质软弱,天然地基不能满足高层建筑物要求,所以普遍采用桩基础。由于混凝土管桩具有施工速度快、周期短、桩身质量有保证等特点,加上湛江地层为第四系松散层,一般不存在难以贯穿的孤石、硬夹层等,对沉桩影响不大,所以该桩型在湛江市区得以普遍采用。

在多处建设项目桩基施工中,试桩时遇到最后三阵击贯入度过大或终压力达不到设计要求的问题。如:湛江中富容器有限公司生产车间、设计桩径Φ400 mm、桩长 14 m,单桩竖向承载力为 300 kN,桩端持力层为可塑状粘土,采用 5 t柴油锤施打。试桩,桩端打至 14 m时,最后三阵击贯入度 ＞30 cm/10锤。桩基施工单位认为贯入度过大,单桩竖向承载力不能达到设计要求,坚持要增加桩长。豪丰华庭商住小区桩基施工与湛江中富容器生产车间遇到的问题类似,而且该小区桩长为 25 m,最后三阵击贯入度 ＞30 cm/10锤。富华商住楼设计桩径Φ400 mm、桩长 28 m,单桩竖向承载力为 1200 kN,桩端持力层为硬塑状粘土,采用 400 t静压桩机沉桩,桩基施工单位施工完几条桩后,终压力均不能达到要求。建设方因此质疑勘察报告的准确性。

3 有关规范的收锤标准

广东省标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》7.1.5条“正常情况下,最后贯入度不宜小于 20 mm/10击”。该规程的收锤标准主要是根据花岗岩残积土打桩经验确定。《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)表7.4.2中规定“持力层为砂土时,以贯入度一般为 2～5 cm/10击作收锤标准,持力层为粘性土时收锤标准不作规定。”

4 桩侧摩阻力与土层的关系

湛江市区的预应力混凝土管桩按承载性分类应为端承摩擦桩,即在极限承载力状态下,桩顶荷载主要由桩侧阻力承受,桩端仅承受小部分。湛江市区桩端持力层的上覆土层多以饱和土为主(淤泥、淤质粘土、软～可塑粘土),在桩体下沉时,强大的冲击挤压作用,使贴近桩身的土体产生很大的孔隙水压力,土的结构被破坏,抗剪强度骤减,现时土层阻力十分有限,与设计时的桩阻力估计值相差甚远,桩端粘土层的端阻力一般为 200～350 kN,而 5 t柴油锤的冲击力约 5000 kN,可见端阻力与冲击力相差很大,在这种情况下,贯入度必然是较大的。可以肯定,在粘土层中最后三阵击贯入度的大小与桩的承载能力无关。最终单桩竖向承载力是粘土层经过一段时间的间歇后,孔隙水压力逐渐消散,土逐渐固结压密,同时土的结构强度也逐渐恢复,抗剪强度提高,甚至超过原状土的强度,因而摩阻力及桩尖阻力不断增高,桩的承载力在一定的时间内不断有所增强。所以在粘土层中的桩基础,桩侧摩阻力是首要的。

5 工程实践

通过总结多个建筑场地混凝土管桩沉桩经验,当桩端持力层为中密～密实状砂土时,可满足贯入度收锤标准,但桩端持力层为可塑或硬塑状粘土,且上覆砂土层较薄时,一般不能满足贯入度收锤标准。汇总多个工程项目表明:

(1)若按持力层为砂土层最后三阵击的贯入度2～5 cm/击作收(停)标准,试桩均不能达到设计要求;

(2)桩的最后三阵击贯入度与总沉降量关系不明显;

(3)最后三阵击的贯入度不能满足要求,而竖向抗压静载试验检测结果为单桩竖向承载力及沉降量均达到设计及有关规范要求。

根据笔者的施工经验,有些建设项目桩基施工最后三阵击贯入度较大时,建议暂停施工,经过几天的间歇后再复打或复压,所有采纳这一意见的项目,最后三阵击或终压力均能满足要求。

通过理论和工程实践的综合分析,在湛江市区施工的混凝土管桩,当以桩侧阻力为主要承受力,且桩端持力层为粘土层时,以最后三阵击贯入度作收锤标准或初判单桩竖向承载力是否满足设计要求是不切实际的,片面追求最后三阵击贯入度在较小值范围,容易造成增加桩长,导致不必要的浪费。

6 结 论

(1)理论及工程实践证明,摩擦桩、端承摩擦桩不能以最后三阵击贯入度作收锤标准或作衡量单桩竖向承载力的标准,盲目追求最后三阵击贯入度容易造成不必要的浪费。

(2)《建筑桩基技术规范》应明确以粘性土层作端承摩擦桩桩端持力层时,不宜以最后三阵击作停锤标准,以提高可操作性;广东省标准《预应力混凝管桩基础技术规程》最后三阵击贯入度以小于 20 mm/10击作收锤标准的要求过高,该标准没有考虑因沉桩导致饱和土的结构被破坏、土层阻力骤减的因素,所以应改为:经过约 7 d的间歇期后的最后三阵击贯入度作收锤标准或通过试桩确定收锤标准。

(3)端承摩擦桩宜选择静压桩机进行沉桩,当地质条件简单时,可在建筑范围内均匀分布 3～5条桩进行试桩,并过几天后进行复压,以确定单桩竖向承载力。

[1] GB50007-2002.建筑地基基础设计规范[S].

[2] 《工程地质手册》编写委员会.工程地质手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1992.

[3] 叶书麟,叶观宝.地基处理[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

2009-08-13)

张 丽(1973-),女,广东湛江人,工程师,主要从事水文地质、工程地质与环境地质工作。