花崗巖殘積土地區(qū)人工挖孔樁失效的原因三

花崗巖殘積土地區(qū)人工挖孔樁失效的原因分析摘要:以某住宅工程人工挖孔樁失效為例,分析了花崗巖殘積土地區(qū)人工挖孔樁失效的巖土方面原因,其中包括對花崗巖殘積土的透水性、富水性、結構性的認識和對不同降水方式對人工挖孔樁成樁質量的影響,同時還指出了在花崗巖殘積土地區(qū)采用人工挖孔樁時進行水文地質測試的重要性和必要性。關鍵詞:殘積土;人工挖孔樁;地下水;滲透破壞由于人工挖孔灌注樁具有施工設備簡單、無公害、無噪音振動;造價較低;便于大面積平行作業(yè),施工進度快;成孔直徑大、可擴底、單樁承載力大;施工過程中可直接檢驗持力層位置和孔底虛土、殘渣,樁身質量較穩(wěn)定等優(yōu)點而在多層建筑中得以廣泛應用,但在花崗巖殘積土地區(qū)在采用人工挖孔灌注樁時由于對花崗巖殘積土的工程地質與水文地質性質的特殊性認識不足,或在前期工作中未能按要求進行水文地質測試,往往會發(fā)生由于巖土方面的原因而導致的樁基失效現(xiàn)象。本文以花崗巖殘積土地區(qū)某工程樁基失效為例,對該地區(qū)人工挖孔灌注樁失效的巖土原因進行分析。1工程實例1.1工程概況某住宅工程位于福建省東南沿海地區(qū),擬建建筑物為七層、框架結構、高度為21m,無地下室,建筑面積為5120m2。最大單柱荷重為2000kN。1.2工程勘察建筑場地原為殘丘低洼地貌,后已填土整平。場地主要巖土體分布有:①素填土:褐色,松散,主要成分為粉質粘土,厚度1～2m;②淤泥質土:灰色,流塑,厚度2～4m;③粘土:灰色,軟—可塑,土質不均,局部夾淤泥質土,厚度3～5m;④黑云母花崗巖殘積砂質粘性土:以下簡稱為“殘積土”,硬塑,厚度>8m。各主要巖土體的物理力學性質參數(shù)見表1所示。地下水穩(wěn)定水位埋深為1.0～1.5m。工程地質勘察報告認為,包括殘積土在內的地基土均為弱透水,均具貧水性質。該建筑物不宜以素填土①、淤泥質土②、粘土③層作為基礎持力層,建議以殘積土④為基礎持力層,由于殘積土埋深較大,建議采用樁基形式,推薦樁型有沉管灌注樁、混凝土預制樁、人工挖孔灌注樁,并根據本地區(qū)多個成功的工程實例提供各樁型的巖土工程設計參數(shù)。1.3基礎設計建設單位認為人工挖孔樁造價便宜,工期易于控制,最終采用人工挖孔樁基礎,設計樁長為10～13m,樁端進入殘積土≥5m,樁徑為1000mm及1100mm,擴大頭為2倍樁徑,樁身砼等級為C20。1.4樁基施工樁基成孔施工過程中發(fā)現(xiàn),殘積土地下水涌水量較為豐富,并不象原先預計的弱透水性或相對隔水性。施工單位未及時采取疏降孔底地下水位的工程措施,只是當孔底滲積地下水較多時,采取水泵集中排汲水處理。在開挖過程中孔底不斷有土體呈散粒狀或片狀掉剝崩落,且孔底始終處于浸水狀態(tài),孔底表部土體用手抓即可挖剝,出渣物呈松散的砂礫狀,人站在孔底,在自重作用下可下陷數(shù)十厘米。1.5樁基檢測樁基施工完畢,抽取二根工程樁進行靜載壓樁試驗。試樁結果表明,試驗樁的豎向承載力均小于原設計值,僅分別相當于原設計值的71%和87%。后對試驗樁采用進行鉆芯法及低應變動力檢測法進一步檢測,成果表明,樁身完整性及沉樁深度等均符合要求,而樁端持力層即殘積土較松軟。樁基檢測結論認為:本工程為非樁身質量原因引起的樁基失效。2原因分析2.1對殘積土的透水性、富水性認識不足花崗巖殘積土是花崗巖體經受了強烈的化學風化作用,形成以粗細不等的石英顆粒散布于高嶺土粘土礦物之間為特征的砂質粘性土。從本工程殘積土的顆粒組成成果來看,在空間上,土體顆粒組成很不均勻,離散性大,土礫級粒含量多,粉砂含量普遍較高,最高近60%,而粘粒含量極少,外觀和性質與砂土相近,其中石英顆粒組成骨架,粘粉粒等充填其間;另一方面,殘積土由于自身形成原因,保留母巖的某些特點,土體空隙包括孔隙和裂隙,賦存孔隙水和裂隙水,由于粘、粉粒的充填阻塞,空隙連通性一般較差,與同樣顆粒組成的其他成因的松散砂土相比,其透水性及富水性要來得差。從供水水文地質方面,一般被視為貧水層甚至作為隔水層對待,但從工程建設上考慮,不應簡單視殘積土為隔水層,且殘積土粗顆粒越多,其水文地質特性越接近松散砂土,透水性及富水性越好。2.2對殘積土的結構性認識不足殘積土在天然狀態(tài)下,由于其保留著原巖的一定殘余結構強度,使其保持著較高的力學強度、低壓縮性且皆為超固結土(超固結比遠>1),這可從殘積土標準貫入試驗擊數(shù)N值和靜載荷試驗的變形模量E0值均較高中看出,且也已被很多工程實踐所證實,在殘積土上修建的廈門集美公路橋橋墩實測實降只有計算沉降的40%、福州梅峰賓館大樓(11層)基礎沉降僅10cm、福州大學科學樓(17層)封頂后沉降僅4cm,這說明花崗巖殘積土不但具有較高的強度,實際壓縮性也是較小的。以上這些情況是在保持土體原狀時才得以成立的,當殘積土在擾動或地質環(huán)境改變的情況下,其結構性和力學強度隨之改變,在室內土工試驗成果中,殘積土顯示多呈高孔隙比、高壓縮性,這就是由于殘積土中的石英顆粒帶有棱角,鉆探取土樣或室內試驗時在取土器、環(huán)刀或切土刀的刃口的切削作用下易產生擾動,使土工試驗壓縮系數(shù)偏大;另外在挖孔后殘積土暴露地表,坑底土受地下水浸泡,產生崩解,使土體軟化,壓縮性增大,從而降低樁基的承載力。殘積土原狀土體(小方塊,尺寸為30×30×30cm3)崩解試驗表明,崩解率可達35%～40%,呈散粒狀方式崩解,且崩解速度快。2.3忽視降排水方式的影響在挖孔樁成孔時進行降排水,有疏干降低地下水位與孔底集中汲排水兩種工程措施,其對殘積土的工程力學性質的影響有著本質的不同。疏降水位使地下水位降低至孔底以下一定深度,可減少孔隙水壓力,提高土體的有效應力,可進一步促進土體顆粒固結,保持孔壁的穩(wěn)定性,有利于土體強度保持甚至增大,對受擾動后結構強度易受破壞的殘積土來說尤為關鍵;而在本工程中采取的是孔底汲排水方式進行,在殘積土中采取此措施,由于土體開挖產生臨空面,井孔成了附近地下水滲流場的集中排泄處,地下水流匯集孔內,形成集水坑,孔深越大的地方,所產生的水力梯度愈大,對孔壁和孔底表部土體產生越大的動水壓力,方向朝向臨空,在壓力水的掏沖下,使殘積土中細小顆粒(如粘、粉粒)和部分稍粗顆粒被挾走,且這種滲流破壞具有時間效應,時間越長,則孔隙越擴大,水的實際流速增大,土體的空隙不斷擴大和加深,促使空隙連通性變好,產生流砂、管涌等滲透破壞,導致土體結構松動或破壞,并形成擾動松動層,從而降低土體結構強度。2.4忽視水文地質測試工作的重要性巖土工程勘察作為工程建設的前期、基礎工作,應正確反映場地的工程地質條件和水文地質條件,查明不良地質作用和地質災害,精心勘察、精心分析,提出資料完整、評價完整的勘察報告,為設計、施工提供依據。在勘察中要通過對相關土層進行水文地質測試,提供滲透系數(shù)、涌水量等水文地質參數(shù),為深基坑、人工挖孔樁等工程的設計和施工起指導和服務作用。在本工程的勘察中未能對殘積土進行水文地質測試,未能對該場地殘積土的水文地質特性作出全面、真實、客觀的評價,使得設計單位在選擇樁型時依據欠缺,是造成本工程樁基失效的重要原因之一。3結語(1)花崗巖殘積土的透水性、富水性不均勻,總體上較差,但從工程意義上考慮,不能簡單地視之為隔水層。(2)花崗巖殘積土未開挖前保持著良好的力學特性,而開挖后則發(fā)生很大的變化,臨空面發(fā)育,地下水流發(fā)生改變,水力梯度變化大,易產生管涌、流砂等滲壓破壞;且殘積土的水穩(wěn)性極差,暴露地表浸水后會崩解,最終導致土體結構破壞,土質軟化,強度降低。(3)以花崗巖殘積土作為人工挖孔樁的樁端持力層時,成樁的成敗在于對地下水的控制,應采用疏干降低水位的措施。施工前應先進行試樁工作,當殘積土滲透性大、富水性好、水位埋深小時應慎用此樁型。(4)施工中挖到設計深度后,應盡早澆灌混凝土成樁,減少孔坑暴露空氣的時間,否則應及時做好墊層或表面保護性處理。(5)擬以花崗巖殘積土為樁端持力層的,在工程勘察中應特別重視對殘積土進行水文地質測試工作,為樁型選擇、樁基施工提供依據。參考文獻:1:林宗元.巖土工程治理手冊[M].遼寧科