沖鉆孔灌注樁成孔施工中基巖的判定

福建省東辰巖土基礎(chǔ)工程公司 張雪連

?

沖鉆孔灌注樁成孔施工中基巖的判定

福建省東辰巖土基礎(chǔ)工程公司 張雪連

該文以沖鉆孔灌注樁成孔施工為例，主要從成樁工藝、巖性特征等方面分析判定孔底基巖，保證樁基成樁質(zhì)量。

沖鉆孔灌注樁 成孔 孤石 風(fēng)化基巖 巖脈侵入

沖鉆孔灌注樁基礎(chǔ)在城市建筑道路橋梁工程中應(yīng)用比較廣泛。它的施工工藝及技術(shù)發(fā)展也比較成熟，具有穿透能力強(qiáng)、嵌巖深度大、單樁承載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小、受施工水位或地下水位高低的影響較小，且施工方便、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，不受土層、巖層條件的約束，施工工藝的限制條件也相對(duì)較少。此外，它能根據(jù)建筑物的荷載和場(chǎng)地工程地質(zhì)條件的不同情況，采用不同口徑、不同樁長(zhǎng)來滿足設(shè)計(jì)要求。隨著現(xiàn)代城市建設(shè)的飛速發(fā)展，在高層、超高層建筑、原有交通設(shè)施、公路橋梁、港口碼頭的建設(shè)中就更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。

沖鉆孔灌注樁作為地下工程，隱蔽性強(qiáng)，施工周期長(zhǎng)，控制要點(diǎn)多，施工過程中質(zhì)量不容易控制，為了防止出現(xiàn)不合格樁或者有嚴(yán)重缺陷的樁，人們可以利用多種物探方法，對(duì)沖鉆孔樁成孔后的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)先進(jìn)行檢測(cè)，及早了解成樁前的質(zhì)量狀況。檢測(cè)內(nèi)容包括：孔深、孔徑、垂直度、孔底沉渣等。有了成樁前和成樁后的兩次檢驗(yàn)，如今沖鉆孔灌注樁的可信度越來越高，已經(jīng)成為許多重要工程項(xiàng)目的首選樁型。

然而應(yīng)當(dāng)指出的是，沖鉆孔樁在嵌巖過程中對(duì)孔底基巖的準(zhǔn)確判定，至今仍存在一定的難度。凡巖石層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的施工場(chǎng)地，因有勘察報(bào)告可以參考借鑒，故孔底巖石的判斷一般比較準(zhǔn)確。但若遇到沉淀基底形態(tài)復(fù)雜且后期地質(zhì)作用較強(qiáng)烈的場(chǎng)地，沖鉆孔樁施工中亦會(huì)出現(xiàn)些異常情況，此時(shí)勘察報(bào)告的“一孔之見”就以偏概全了。隨著城市化建設(shè)的高速發(fā)展，高層建筑均要求以堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定的基巖作為基礎(chǔ)樁端持力層。施工單位應(yīng)收集孔底巖渣樣供設(shè)計(jì)部門參考，以便修改設(shè)計(jì)及時(shí)調(diào)整施工方案，避免給建筑留下重大的質(zhì)量隱患?？椎谆鶐r判定對(duì)于確定最終樁身長(zhǎng)度，節(jié)約樁基造價(jià)，進(jìn)而節(jié)約建設(shè)投資資金以及加快工程施工進(jìn)度，有著較為現(xiàn)實(shí)的意義。本文著重就沖鉆孔灌注樁成孔施工中出現(xiàn)的各種情況，從鉆進(jìn)工藝、巖性特征等方面來分析判定基底持力層的性質(zhì)。

所謂的基巖（英文名稱bedrock），指的是地球陸地表面疏松物質(zhì)(土壤和底土)底下的堅(jiān)硬巖層，即有根基的原巖。判定樁基持力層是否有根基，對(duì)整幢建筑物來說至關(guān)重要。樁基施工中，樁端如果落在體積很大，直徑達(dá)數(shù)米，且深度較高的孤石上，從而判定為基巖，就好比建在空中的樓閣，將會(huì)帶來樁基失穩(wěn)的危險(xiǎn)，其日后的使用安全是值得擔(dān)憂的。所以判定基底是否為原巖具有非常重要的意義。根據(jù)多年的施工經(jīng)驗(yàn)，筆者將它分為三種情況來一一論述：（1）孤石，指沒有根基的巖石；（2）風(fēng)化基巖；（3）巖脈侵入。

1 孤石

孤石指的是單一的，巖性一致且沒有根基的巖石，其特點(diǎn)是礦物成分及巖石硬度與周圍的巖土層明顯不同。這種孤石的出現(xiàn)一般都比較突然。人們通過沖鉆孔機(jī)械異常情況就能覺察出來。此時(shí)孔內(nèi)若繼續(xù)使用土層鉆頭則很難鉆進(jìn)，鉆機(jī)跳動(dòng)激烈，每進(jìn)尺<1cm，且缺少循序漸進(jìn)的感覺，鉆進(jìn)效率較低，易產(chǎn)生卡鉆、斜孔、掉鉆頭、塌孔等事故，成孔速度也較慢，嚴(yán)重影響施工的正常進(jìn)度，有的甚至因施工無法進(jìn)展而不得不變更設(shè)計(jì)。

從巖石風(fēng)化序列的角度分析，穿過很薄的殘積土層甚至未見到殘積土層就遇到（很新鮮的中、微風(fēng)化）的巖石，地層缺失了殘積土、強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖層面上的節(jié)理裂隙帶，這種情況不符合風(fēng)化逐漸過渡的規(guī)律，屬異?，F(xiàn)象，且孔內(nèi)泥漿循環(huán)液帶不上常見的花崗石中的石英顆粒及殘留的礦物質(zhì)等，此時(shí)應(yīng)先查明孤石的可能性，再根據(jù)周圍樁位揭露的土層情況做進(jìn)一步判定。最簡(jiǎn)單的方式是進(jìn)行地質(zhì)鉆探，在所遇孤石附近鉆探至原探孔孔底標(biāo)高附近，與原鉆探資料比較，很容易就知道所遇巖石是否為孤石。但很多時(shí)候施工單位和業(yè)主單位不愿意重新鉆探，這就需要根據(jù)鉆孔資料分析判別。然后對(duì)比附近鉆孔的入巖標(biāo)高，如果相鄰鉆孔的入巖標(biāo)高差異懸殊，明顯不在同一平面或同一坡面上，對(duì)個(gè)別特別淺的孔應(yīng)提出懷疑，這也是異?，F(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)一步探明。單樁設(shè)計(jì)荷載較大的樁應(yīng)在原樁位鉆探取芯驗(yàn)證，樁基施工時(shí)持力層一定要穿透孤石，到達(dá)下部基巖。

2 風(fēng)化基巖

巖漿巖基底的風(fēng)化程度取決于巖漿的物質(zhì)成分、凝固時(shí)間及空間分布狀態(tài)?；鶐r由淺入深，隨著風(fēng)化作用的越來越弱，巖石的強(qiáng)度越來越高。起初巖石的全風(fēng)化階段，巖石為土狀，基本沒有聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，只能看到巖石礦物的晶體。巖石的強(qiáng)風(fēng)化階段，巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造都清晰地出現(xiàn)，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度卻很低。原巖風(fēng)化程度低易形成隆起，風(fēng)化程度高則形成凹陷。有時(shí)候在同一施工場(chǎng)地內(nèi)，基底巖面內(nèi)會(huì)出現(xiàn)高低起伏，差異甚劇。

下面以實(shí)例來具體分析。龍巖國(guó)資大廈沖鉆孔灌注樁工地位于龍巖商務(wù)板塊K#地塊，地處新羅區(qū)龍巖大道東側(cè)。由于該地區(qū)已歷經(jīng)多次滄海桑田的多輪回地質(zhì)變遷，沉積層中埋藏有大量的孤石。這樣辨別基巖還是孤石，對(duì)于樁基施工顯得尤其重要。地層基巖面呈南西向低，北東向高。其中場(chǎng)地北邊的56#樁見中風(fēng)化花崗巖孔深僅為2.60m（北東處）。施工中我們發(fā)現(xiàn)類似56#樁的情況不是很多，說明東部地下有一狹長(zhǎng)的基巖隆起帶?？辈靻挝粓?jiān)持認(rèn)為不是隆起帶，而是孤石。倘若如此，設(shè)計(jì)院就必須對(duì)該樓基礎(chǔ)方案進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，加密鉆孔樁的數(shù)量。后來設(shè)計(jì)院采納了施工單位技術(shù)人員的建議，凡基巖異常的樁位都要取芯驗(yàn)證。取出的巖芯結(jié)果均為中等風(fēng)化花崗巖，說明該場(chǎng)地的勘察報(bào)告嚴(yán)重失實(shí)。殘積土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，顏色均為肉紅色，原巖結(jié)構(gòu)清晰，見風(fēng)化正長(zhǎng)石，含有石英顆粒及粘土礦物等，呈似斑狀結(jié)構(gòu)，而取芯的中風(fēng)化巖石石英顆粒大小基本相同，基質(zhì)為淺綠色細(xì)粒，含有暗色礦物呈斑狀結(jié)構(gòu)，兩種巖石差別在于所含的礦物成分不同。眾所周知，巖漿巖形成的階段不同，其后所出現(xiàn)的造巖礦物是不同的。組成巖石或者礦石中的礦物，它們?cè)诳臻g、時(shí)間上的集合有一定的規(guī)律，這取決于礦物的成分與結(jié)構(gòu)，也與形成時(shí)的地質(zhì)條件密切相關(guān)。由此可見，該工地所見的巖石應(yīng)該屬于同期不同階段的兩種巖性。花崗石中的正長(zhǎng)石易風(fēng)化，風(fēng)化后形成粘土礦物，下伏的中等風(fēng)化花崗巖，所含的暗色礦物及其它礦物不易風(fēng)化。雖然凹陷部同期巖漿分布較厚，凸部同期巖漿分布較薄，但巖石中的礦物成分不同，風(fēng)化程度不同，造成了先有的基底落差。龍巖國(guó)資大廈施工現(xiàn)場(chǎng)的情況正是如此，所以可完全排除孤石的說法。設(shè)計(jì)院贊同這種判斷，認(rèn)為樁基底施工已到基底面，這樣工程樁只需把淺鉆孔樁改為人工挖孔樁，適當(dāng)加大短樁的面積即可。此項(xiàng)設(shè)計(jì)修改因而節(jié)約了大量的資金。

3 巖脈侵入

巖脈侵入指的是后期的巖漿活動(dòng)沿裂隙通道上升，在殘積土或強(qiáng)風(fēng)化巖石中橫向分叉延伸，把殘積土或者強(qiáng)風(fēng)化巖石一分為二。這樣的分叉有大有小，沿橫向面侵入較長(zhǎng)范圍較大，地質(zhì)勘察時(shí)易于發(fā)現(xiàn)。巖脈分叉太多時(shí)，地質(zhì)勘察過程容易被忽視。因而此種狀況對(duì)樁基危害極大，對(duì)基巖的判斷也有一定的難度，這就要求樁基技術(shù)人員在施工中，能根據(jù)鉆孔所處位置，參照地質(zhì)勘察資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆孔沉渣的巖性，礦物質(zhì)進(jìn)行分析，然后再取芯驗(yàn)證。綜合這幾種手段就不難確定基底巖石是巖脈還是基巖。

例如：龍巖裕福大廈施工現(xiàn)場(chǎng)，從地質(zhì)剖面圖看僅有一層巖脈侵入。該層分叉厚度僅0.8~1.7m，下伏厚度達(dá)2.2~5.1m的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖上部標(biāo)貫N63.5<50，局部標(biāo)貫數(shù)更小。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖下伏定為基巖，最大揭示厚度為7.0m。樁基施工中，我們分別取上層巖脈和下伏基巖兩個(gè)樣進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)巖石顏色、顆粒、基質(zhì)基本相同。石英顆粒較小，基質(zhì)為微晶質(zhì)或隱晶質(zhì)，肉眼看不清楚，屬斑狀結(jié)構(gòu)。這種巖性特征為典型的巖脈侵入相。由于巖脈的侵入從地下上升到地表或者接近地表，早期形成的斑晶和晚期來不及結(jié)晶的物質(zhì)構(gòu)成了微晶或玻璃質(zhì)，結(jié)晶體與基質(zhì)區(qū)別明顯。而第一層巖脈上方的殘積土和巖脈下伏的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的巖性基本相似，石英顆粒較大、含量較多，見有正長(zhǎng)石、云母等礦物，結(jié)晶體與基質(zhì)區(qū)別不明顯，呈似斑狀結(jié)構(gòu)。顯然這兩種巖性有區(qū)別，巖脈與剖面上的基巖為同一巖性，所謂基巖也應(yīng)該是巖脈，是巖脈的另一個(gè)分叉。照這樣分析，在基巖的下伏還應(yīng)有強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。從剖面圖臨近的鉆孔資料也證實(shí)了這一點(diǎn)。所以該地層應(yīng)該有多次巖脈分叉，只是第二層額巖脈分叉巖層較厚，作為樁基的持力層能符合承載要求。這例子說明巖脈的侵入橫向面可以多處分叉，分叉沿橫向有長(zhǎng)有短，有厚有薄，厚度大對(duì)樁基持力層無多大影響，厚度薄，對(duì)樁基的影響就可想而知了。試想一下要是樁尖落在很薄的巖脈上，當(dāng)上部荷載加重時(shí)，整幢建筑物就會(huì)發(fā)生局部不均勻沉降，甚至傾斜倒塌。

綜上所述，沖鉆孔灌注樁的基巖判定，從樁基施工的角度，應(yīng)該從鉆機(jī)的正常鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)某些異常處，然后從鉆進(jìn)循環(huán)液所帶上來的沉渣著手，分析巖性的礦物特性、礦物成分、巖層風(fēng)化序列是否存在差異，有否缺失巖土層，最后在原地原層面上用鉆孔取芯驗(yàn)證，分析是否存在巖脈的侵入，最后確定樁基的持力層。應(yīng)該說鉆孔取芯來判斷基巖的方法，基底風(fēng)化程度不同（局部隆起）是最為理想的，它直觀、簡(jiǎn)便，直接反映樁位底部真實(shí)的地層。當(dāng)然在判斷基底時(shí)也會(huì)存在某些局限性，因?yàn)榈刭|(zhì)年代的久遠(yuǎn)，一些礦物風(fēng)化不易辨認(rèn)。同期的巖漿侵入在不同的時(shí)期、不同的構(gòu)造背景也會(huì)產(chǎn)生不同的礦物。這就要求我們對(duì)當(dāng)?shù)氐膮^(qū)域構(gòu)造、地質(zhì)條件、巖性、巖相特征有一個(gè)全面的了解和認(rèn)識(shí)，同時(shí)積累一些實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，這樣才能更好、更準(zhǔn)確地區(qū)別判定孔底基巖。

[1]巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）[S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[2]工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.