浅述高岭土对钻孔灌注桩基承载力的影响

陈泽彬

【 摘要 】 文章通过某学校教学楼钻孔桩经静荷试验承载力未能达到设计要求的实例，对该工程的有关资料进行分析，验证高岭土在水作业成孔受水渗透具有膨胀软化、湿陷的特性，从而得出钻孔灌注桩承载力下降的原因，并指出在该类地质条件下桩基设计与施工应采取的预防措施。

【 关健词 】 高岭土；钻孔灌注桩；摩擦力；端承力；桩基承载力

一、工程概况

广东省揭东县某住宅小区工程，十四层混凝土框剪结构，采用钻孔混凝土灌注桩基础，总桩数 151 根，建筑面积约16500米2。该工程位于县城中心片区，地处半丘陵地带，地质勘察揭露表明：

1.填土：层厚 1.3～2.4米，以砂质粘性土堆填为主，土质不均匀，密实度差。

2.砂质粘性土：层面埋深1. 3～2.4米，层厚18.4～21.3 米，浅红色、砖红色为主，间白色、灰色，饱和，可塑～硬可塑，地质以质粘性土为主，含石英砂粒，可见高岭土化严重，不均匀，而且层厚。局部为砾质粘土。

3．砾质粘性土：层面埋深 19.7～25.7 米，层厚4.6～10.6米，浅黄色、白色、灰色，饱和，可塑～硬塑。原岩结构隐约可见，长石、云母片风化为高岭土，属花岗岩残积土。质地不均匀，无规律性，含砾粒，局部为砂质枯土。

该工程基础设计采用水作业成孔混凝土沉管灌注桩，桩长约 27 米，桩径为φ700、φ800、φ900mm，单桩承载力极限值分别为2200 KN、2600 KN、3000KN，该桩基设计为端承摩擦桩，桩基持力层为砾质粘性土层。

二、桩基质量检测情况

该工程桩基完成后，检测部门从 151根桩中抽取 76 根进行小应变检测，检测成果 69 根为一类桩、7根为二类桩，检测揭露一类桩在深部（约18～23米）普遍存在轻微扩径现象，桩身完整性基本符合规定要求。再抽取 3根桩（114＃φ700、48＃φ800、 99＃φ900）进行静载试验，检验成果桩基极限承载力分别达 7、8、6级（图1 ) ，桩基承载力未能达到设计要求。

由于该工程桩基承载力未能达到设计要求，应查明事故的原因。

经现场踏勘，并搜集有关技术资料和原始记录，综合剖析如下：

（一）桩基设计质量

根据地质勘察报告提供的土工指标和技术参数，桩基承载力理论计算值大于承载力设计值，尚有少量的安全储备。桩基设计质量应予以排除。

（二）桩基施工质量

从小应变检测表明，静载试验 3 根桩均为一、二类桩，桩身完整性及桩长基本达到规定要求，对静载桩重新小应变检测，检测结果与静载试验前检测结果是相吻合，桩身完整性完好如初。因此排除桩身施工质量造成承载力不足可能性。

（三）桩基施工完成后环境变异

桩基施工完成后，施工现场周围未出现深基坑开挖、地下水位下降、密集打桩振动及邻近堆载等环境变异。

（四）地质勘察成果

为查明地质原因，在距离 3 根静载试验桩侧约 50cm 处各布一个地质勘察孔进行复查（如图 2 ) ，结果表明，土层的层位、土工指标和技术参数（表 l ）与原基本一致。

该工程地质的高岭土为花岗岩残积土，花岗岩残积土是由花岗岩表面经风化作用而残留在原地的碎屑物，花岗岩中长石、云母片经风化变成蒙脱石（白色高岭土）和伊利石（水云母）的次生枯性矿物，由于具有较高亲水性，遇水膨胀变软、失水收缩的特性，对该土层桩端承力和桩周摩擦力造成降低影响。《广东省建筑地基基础设计规范 》 DBJ-15-31-2003 第4.1.4条款：“花岗岩残积土：未经搬运的花岗岩全风化产物，其中大于 2mm 的颗粒被粘粒所包围，孔隙比非常大，液性指数较小，压缩性较低，但遇水易崩解，当饱和度较低时具某种程度的湿陷性”。

花岗岩残积土中高岭土受桩孔外来水渗入膨胀软化、崩解，是造成钻孔灌注桩基承载力下降的主要原因。

1．第 2 层砂质枯性土中高岭土地细腻光滑、受水干扰膨胀变软，桩周护壁土泥浆较厚，桩土固结后失水收缩，降低桩周土对桩的侧压力，加上质地又细腻光滑，降低桩周摩擦力；

2．鉴于第 3 层砾质性粘土中高岭土遇水易崩解，具有某种被度的湿陷性。（l）易造成塌孔，小应麦检测结桌表萌，在该土层中桩基普遍存在轻微扩径现象； ( 2）该土孔隙比非常大，液性指数较小，遇水易崩解后土体结构发生极大变化，土层承载力也随之较大幅度下降。静载成果表明桩基进人该土层越长，静载的荷载级数也就越低（图 2 ) ，故桩阔摩擦力下降，甚至可能出现负摩擦力；另外从 3 根桩的单桩荷载一沉降曲线图）分析，具有共同的特点：在最后级荷载作用下， Q-S曲线明显呈陡降型，桩基滑行 30～50mm 后， Q-S 曲线尚未因桩底沉渣或持力层被压缩强度提高而出现第二台阶，故桩基端承力也受严重影响。

四、建议措施

综上分析，鉴于花岗岩残积土中高岭土的特性，为保证桩基的质量，桩基设计与施工中应往意以下几方面内容：

1．地质勘察部门应查明花岗岩残积土中高岭土的成因、分布、含量，特别对其膨胀性、湿陷性等特性，为桩基设计提供准确依据。

2．设计部门对桩基的选型、承载力取值应综合考虑、谨慎选用。（l）优先采用预制桩、人工挖孔桩，也可采用锤击、振动沉管灌注桩，应避免采用水作业成孔灌注桩，回避土层的缺陷影响。（2）若采用钻孔混凝土灌注桩，应适当调整相应土层的桩极限侧阻力及端阻力；在具有某种程度湿陷性的土层，应考虑到桩侧可能出现负摩擦力及端承力降低等因素，力求避免该土层作为水作业成孔灌注桩持力层； ( 3）应遵循“先试桩，后设计”的原则。

3．在水作业成孔灌注桩施工过程，应考虑土层受桩孔外来水渗人膨胀软化、崩解及具有某种程度的湿陷性等特性，认真编制施工组织设计方案，加强桩基造孔、清孔、混凝土灌注等工艺的管理。（l）在保证质量的基础上，尽量缩短造孔时间及成孔后与混凝土灌注的间歇时间，减少桩周土受浸时间； (2）选择优质泥浆及稠度护壁成孔，防止因湿陷而姗孔；控制好泥浆自稠至稀的循环次序，做到既能清除孔壁过厚泥皮及孔底沉渣，又不造成塌孔； (3）灌注混凝土时，增大首灌量而减少孔底沉渣，适当增加混凝土粗骨料及拔管反插，使混凝土向孔壁四周扩散挤压，从而提高桩周摩擦力。

钻孔混凝土灌注桩基是建筑工程比较常见的基础形式，基础是建筑物的重要组成部分，“万丈高楼从地起”，其质量好坏直接关系到建筑物的正常使用，甚至危及安全。因此，必须合理设计、精心施工、科学管理。事实告诫我们：严格基建程序，加强地质勘察和设计图纸的审直监督，完善施工单位质量保证体系，强化监理在桩基施工过程的检查和验收管理机制，加大质量检测和质量监督力度，是确保工程质量的根本保证。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。