金龍大街東線橋梁工程中州府大橋巖土工程施工勘察報告

周學(xué)耐

1 概述

1.1 工程概況

金龍大街東線橋梁工程中州府大橋項目由武漢市公路勘察設(shè)計院設(shè)計，巖土工程詳細(xì)勘察工作已由我院完成，并提交了詳勘報告。目前，橋梁設(shè)計圖已通過專家會審。

擬建中州府大橋基礎(chǔ)型式為鉆（沖）孔灌注樁，樁徑為1800mm，持力層為（5）層中風(fēng)化砂礫巖及（6）層中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，樁底標(biāo)高由設(shè)計院提供，見表1、表2。

表1 橋墩樁底設(shè)計標(biāo)高參數(shù)表

墩號 樁號 樁底標(biāo)高 墩號 樁號 樁底標(biāo)高

1 K7+922.00 1.79 16 K8+372.00 -29.85

2 K7+952.00 0.79 17 K8+402.00 -13.12

3 K7+982.00 0.79 18 K8+432.00 -8.80

4 K8+012.00 0.78 19 K8+462.00 -23.41

5 K8+042.00 0.49 20 K8+492.00 -7.42

6 K8+072.00 0.45 21 K8+522.00 -17.83

7 K8+102.00 0.45 22 K8+552.00 -10.82

8 K8+132.00 0.44 23 K8+582.00 -14.20

9 K8+162.00 2.01 24 K8+612.00 -18.63

10 K8+192.00 -17.62 25 K8+652.00 -0.55

11 K8+222.00 0.87 26 K8+712.00 -1.99

12 K8+252.00 -15.31 27 K8+752.00 -14.38

13 K8+282.00 -15.38 28 K8+782.00 0.73

14 K8+312.00 -21.33 29 K8+812.00 2.25

15 K8+342.00 -18.37 30 K8+842.00 2.81

注：每個橋墩有4根（或8根）樁，各樁采用統(tǒng)一樁底標(biāo)高。

表2 橋臺樁底設(shè)計標(biāo)高參數(shù)表

臺號 樁號 鉆孔編號 樁底標(biāo)高 臺號 樁號 鉆孔編號 樁底標(biāo)高

0 K7+

892.00 K0-1 -11.32 31 K8+

872.00 K31-1 -10.73

K0-2 -11.21 K31-2 -10.62

K0-3 -11.21 K31-3 -10.52

K0-4 -11.32 K31-4 -10.43

K0-5 -11.32 K31-5 -10.73

K0-6 -11.21 K31-6 -10.62

K0-7 -11.21 K31-7 -10.52

K0-8 -11.32 K31-8 -10.43

注：每個橋臺有8根樁，勘探點采用一樁一孔布置，鉆孔按橋臺依次編號。

場地下伏基巖主要揭露白堊～第三系東湖群（K-E）dn地層，包括（5）層中風(fēng)化砂礫巖、（6-a）層強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖及（6）層中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。（5）層中風(fēng)化砂礫巖屬可溶性巖，局部發(fā)育巖溶；（6）層中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖因砂泥質(zhì)比例、膠結(jié)物性質(zhì)及膠結(jié)程度不同，地基承載力差異較大。當(dāng)以（5）、（6）層作為樁基礎(chǔ)持力層時需進(jìn)行一樁一孔勘察，確保樁端斷面以下10.00米深度范圍內(nèi)為完整可靠基巖，并為設(shè)計提供樁基承載力。受江夏區(qū)金龍大街東線工程指揮部委托，我院承擔(dān)本項目勘察工作，由武漢市政監(jiān)理有限公司金龍大街東線橋梁監(jiān)理部全程監(jiān)理。該工程的質(zhì)量目標(biāo)為優(yōu)良。勘察階段為施工勘察。

1.2 勘察任務(wù)、目的及要求

根據(jù)現(xiàn)行國家及地方規(guī)范，按業(yè)主及設(shè)計院的要求，本工程施工勘察著重解決以下問題：

1.2.1 查明樁基持力層垂直分布及其巖溶發(fā)育情況，指導(dǎo)工程樁施工，為后續(xù)鉆（沖）孔灌注樁施工確定樁長和持力層標(biāo)準(zhǔn)，確保樁端以下10.00米深度范圍內(nèi)為完整可靠基巖；

1.2.2 查明樁基范圍內(nèi)巖溶、土洞的位置、埋深、垂高、充填物及地下水特征，為確定處治方案提供所需地質(zhì)資料；

1.2.3 各鉆孔在樁底設(shè)計標(biāo)高以下10.00m深度范圍內(nèi)采取不少于3組巖樣，通過抗壓試驗，提供樁基承載力；

1.2.4 施工勘察布孔原則：勘探點采用一樁一孔布置；

1.2.5 勘探孔深度及終孔原則：鉆孔需鉆至設(shè)計樁底標(biāo)高以下10.00米。若設(shè)計樁底標(biāo)高以下10.00米深度范圍內(nèi)存在溶洞，鉆孔需鉆至溶洞底板下完整中風(fēng)化砂礫巖不少于10.00米方可終孔。

1.3 勘察依據(jù)

1.3.1 設(shè)計單位提供的樁位平面圖。

1.3.2 《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021—200l（2009年版）。

1.3.3 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007—2011。

1.3.4 《湖北省建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》DB42/242-2003。

1.3.5 《湖北省巖土工程勘察工作規(guī)程》DB42/169-2003。

1.3.6 《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94—2008。

1.4 勘察工作概況及完成工作量

根據(jù)設(shè)計單位提供的樁位平面圖，本次施工勘察勘探點采用一樁一孔布置（詳見勘探點平面布置圖），孔號按橋墩（臺）依次編號，共布置鉆孔144個，其中陸地鉆孔140個，水上鉆孔4個。各勘探點是根據(jù)指揮部提供的現(xiàn)場已知控制點用全站儀進(jìn)行測放，并由監(jiān)理部復(fù)測，各勘探點孔深及孔口標(biāo)高詳見探點數(shù)據(jù)一覽表。

本次勘察屬施工勘察階段，勘察的目的及任務(wù)是查明樁基持力層垂直分布及其巖溶發(fā)育情況，確保樁基置于穩(wěn)定持力層之上，并采取巖石試樣，通過抗壓試驗，提供地基及樁端承載力，不再對基巖上部覆蓋土層進(jìn)行分析與評價，所采用的勘探手段以鉆探為主。我院于2013年10月10日進(jìn)入現(xiàn)場施工，11月10日完成全部外業(yè)施工，工作中共使用GXY-100型鉆機20臺套。共完成鉆孔144個，鉆探工作量5670.30米，采取巖樣426組，并進(jìn)行飽和（天然）單軸抗壓試驗。

2 巖土工程條件

2.1 場地位置及地形地貌

擬建中州府大橋位于武漢市江夏區(qū)中州府西側(cè)，橫跨梁子湖大道，屬金龍大街東線橋梁，里程位置為K7+892.00～K8+872.00，中心樁號為K8+382.00，大橋全長約980.00m，兩側(cè)分布若干小魚塘。場區(qū)地勢整體較為平坦略有起伏，北部因新近堆填地勢稍高。陸地鉆孔孔口標(biāo)高在18.95～26.91米之間，最大高差達(dá)8.36m；水域鉆孔為9#橋墩4個鉆孔，塘底標(biāo)高在17.89～18.19米之間，最大高差約0.30m，水深在0.60～0.90米之間。場區(qū)地貌單元屬長江三級階地。

2.2 場地地層結(jié)構(gòu)及特征

在勘探深度范圍內(nèi)，通過野外鉆探并結(jié)合詳勘資料，將場地土層分為三大類，第一大類為（1）層素填土（Qml）；第二大類為第四系全新統(tǒng)沖積成因（Q4al）的淤泥質(zhì)粘土及中更新統(tǒng)沖積成因（Q2al）的粉質(zhì)粘土、含角礫粉質(zhì)粘土～含粉質(zhì)粘土角礫等（（2）層-（4）層）；第三大類為白堊～第三系東湖群（（K-E）dn）基巖，根據(jù)其巖性及風(fēng)化程度可分為（5）層中風(fēng)化砂礫巖、（6-a）層強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖及（6）層中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。

（5）層中風(fēng)化砂礫巖基質(zhì)具淺褐色泥及砂屑結(jié)構(gòu)的砂—礫狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，基底式膠結(jié)。碎屑含量約60～85%，其組分主要為生屑泥晶灰?guī)r礫石（棱角狀，粒徑3-15mm，約占33%）、微晶灰?guī)r礫石（次圓狀，粒徑1-5mm，約占30%）、石英細(xì)砂巖礫石（次圓狀，粒徑4-8mm，約占15%）、褐鐵泥巖礫石（次圓狀，粒徑3mm，約占3%）、蜓化石（粒徑1mm，約占2%）等；基質(zhì)組份主要為零散均勻分布的細(xì)晶方解石、和零散分布的石英細(xì)砂。屬較硬巖，巖體完整程度屬較完整，巖體基本質(zhì)量等級分類屬Ⅲ級。大部分場區(qū)分布。

（6）層中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖以褐紅色為主，局部夾青灰色薄層條帶。泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，局部含大量鈣質(zhì)。主要成分為石英、長石及粘土礦物，各孔段砂泥質(zhì)比例差異較大。屬軟巖，巖體完整程度分類屬較完整，巖體基本質(zhì)量等級分類屬Ⅳ類。局部場區(qū)分布。

3 巖溶穩(wěn)定性分析與評價

3.1 場地巖溶地質(zhì)特征

場地大部分孔段揭露中風(fēng)化砂礫巖，屬可溶性巖，根據(jù)鉆探資料分析，巖溶為本次勘察中的一個較為突出的工程地質(zhì)問題。從鉆孔巖芯觀察存在有不同程度的溶蝕現(xiàn)象，主要表現(xiàn)基巖頂面可見溶蝕小裂隙、裂隙面有鐵質(zhì)浸染或方解石結(jié)晶，可見蜂窩狀溶蝕小孔，或頂部巖性較破碎。擬建場地共施工鉆孔144個，其中138個鉆孔揭露可溶性巖（中風(fēng)化砂礫巖），44個孔位揭露到溶洞，鉆孔遇洞率為31.88%，溶洞發(fā)育規(guī)模大（最大洞高11.60m），溶洞為無充填或軟～可塑狀粘性土及少量灰?guī)r碎塊半-全充填，詳見溶洞發(fā)育情況統(tǒng)計表（附表）。

擬建場地144個鉆孔共揭露中風(fēng)化砂礫巖總厚度為2949.80米，砂礫巖中溶洞總高為284.20米，鉆孔線巖溶率為9.63%，鉆孔見洞隙率為31.88%，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007—2011）表6.6.2巖溶發(fā)育程度分級表，擬建場地屬巖溶強發(fā)育場地。

第四紀(jì)以來，基巖表面逐漸被粘性土所覆蓋，有的溶洞被粘性土充填，同時上部的粘性土還起到相對隔水作用，使得溶蝕作用相對遲滯，巖溶發(fā)育基本趨于穩(wěn)定。

3.2 場區(qū)巖溶形態(tài)分析

通過對施工勘察鉆探資料統(tǒng)計分析，場區(qū)巖溶形態(tài)主要有以下幾種：

3.2.1 擬建場地巖溶發(fā)育主要集中在16#墩～28#墩。

3.2.2 砂礫巖巖層中巖溶形態(tài)表現(xiàn)為溶洞（大）、溶孔（?。┘叭芪g裂隙。

本次施工勘察完成144個鉆孔，其巖溶發(fā)育情況詳見附表《金龍大街東線橋梁工程中州府大橋施工勘察巖溶發(fā)育情況統(tǒng)計表》。

3.3 不同巖溶形態(tài)對樁基危害及處理建議

3.3.1 溶洞：根據(jù)本次鉆探資料揭露，場區(qū)中風(fēng)化砂礫巖層中溶洞強發(fā)育，多為軟塑狀粘性土夾碎石全充填（或半充填），少量溶洞無充填。當(dāng)樁端置于溶洞頂板上，容易造成溶洞頂板坍塌、樁基失穩(wěn)；當(dāng)樁端置于溶洞中時，樁端無端承力，加載后樁基極劇沉降。

處理建議：在樁基施工過程中，樁端應(yīng)穿過溶洞底板全斷面進(jìn)入穩(wěn)定的中風(fēng)化砂礫巖中。

3.3.2 巖石破碎、基巖裂隙發(fā)育。在樁基施工過程中，易產(chǎn)生漏漿、漏砼現(xiàn)象，漏漿過程緩慢，嚴(yán)重影響樁身質(zhì)量。

處理建議：對樁底破碎巖層進(jìn)行處理，在樁底鋪鋼筋網(wǎng)，對小的孔洞裂隙、豎向線性小裂隙進(jìn)行壓力水泥砂漿封堵。

3.3.3 深層溶洞處理建議：對于有多層溶洞分布的樁，當(dāng)溶洞規(guī)模大（洞高大于3.00米），埋深大導(dǎo)致樁長過大時，建議在該樁兩側(cè)加布兩個鉆孔，進(jìn)行跨越或確定溶洞的橫向規(guī)模后再進(jìn)行處理。

4 持力層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的統(tǒng)計及選用

擬建中州府大橋采用（5）層中風(fēng)化砂礫巖及（6）層中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖作為樁基持力層，通過鉆探手段采取樁底設(shè)計標(biāo)高以下10.00m深度范圍內(nèi)不少于3組巖樣，對室內(nèi)巖石飽和（天然）單軸抗壓試驗成果進(jìn)行統(tǒng)計計算，并結(jié)合武漢地區(qū)勘察經(jīng)驗提出地基承載力特征值及鉆孔樁樁側(cè)阻力、端阻力綜合建議值，見表3、表4。

表4 承載力特征值及鉆孔樁樁側(cè)阻力、端阻力綜合成果表

地層

編號 巖土

名稱 巖石試驗 承載力建議值 柱阻力建議值

fak

（kPa） fak

（kPa） 鉆孔樁樁側(cè)阻力（KPa） 鉆孔樁樁端阻力（KPa）

（5） 中風(fēng)化砂礫巖 7540

（fa） 3000

（fa） 320 7000

（6） 中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖 980

（fa） 1000

（fa） 190 4000

注：上表中巖石試驗fa=ψr·frk，其中（5）層ψr取0.2，（6）層ψr取0.1。其他層側(cè)阻力參考詳堪報告。

5 對工程樁施工建議

擬建中州府大橋設(shè)計采用φ1800mm鉆孔灌注樁，采用（5）層中風(fēng)化砂礫巖作為樁基礎(chǔ)持力層時建議樁基穿越溶洞并將樁端全端面置于穩(wěn)定可靠基巖之上；采用（6）層作為樁基礎(chǔ)持力層時建議樁端置于設(shè)計樁底標(biāo)高以下穩(wěn)定可靠基巖之上。

5.1 合理的施工方法

5.1.1 場區(qū)上部填土厚度較大，結(jié)構(gòu)松散，樁基施工時應(yīng)采取有效的護(hù)壁措施。

5.1.2 施工至設(shè)計樁底標(biāo)高后應(yīng)及時清除護(hù)壁上的泥土和孔底殘渣，并及時灌注樁身混凝土，對于樁端局部存在溶蝕裂隙及破碎基巖或孔底沉渣無法確保在規(guī)范要求范圍內(nèi)時，應(yīng)采用壓力注漿等措施進(jìn)行補強。

5.2 試樁

驗證樁基設(shè)計承載力，試樁工藝參數(shù)指導(dǎo)工程樁施工。

6 結(jié)論與建議

6.1 場區(qū)下伏基巖為白堊～第三系東湖群（（K-E）dn）地層，包括（5）層中風(fēng)化砂礫巖、（6-a）層強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖及（6）層中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。其中（5）層中風(fēng)化砂礫巖為可溶性巖，揭露區(qū)域巖面起伏較大，巖溶發(fā)育，屬巖溶強發(fā)育場地，巖溶發(fā)育情況詳見附表《金龍大街東線橋梁工程中州府大橋施工勘察巖溶發(fā)育情況統(tǒng)計表》。

6.2 采用（5）層中風(fēng)化砂礫巖作為樁基礎(chǔ)持力層時建議樁基穿越溶洞并將樁端全端面置于穩(wěn)定可靠基巖之上；采用（6）層作為樁基礎(chǔ)持力層時因砂泥質(zhì)比例、膠結(jié)物性質(zhì)及膠結(jié)程度不同，地基承載力差異較大，設(shè)計時應(yīng)結(jié)合各鉆孔巖石試驗成果作適當(dāng)調(diào)整，確保樁端置于穩(wěn)定可靠基巖之上。

6.3 各鉆孔地層分布情況詳見鉆孔柱狀圖及工程地質(zhì)剖面圖。

6.4 施工過程中加強驗槽驗樁工作。

6.5 本次勘察以鉆孔超前鉆形式進(jìn)行，鉆孔終孔孔徑91mm（或75mm），鉆孔揭露面有限，部分地段不能完全反映樁端下溶洞發(fā)育情況及巖石完整程度，且鉆孔樁樁徑達(dá)1800mm，建議在施工過程中進(jìn)一步判斷樁端下持力層垂向分布情況，并及時采取處理措施。