沖孔灌注樁施工中遇孤石的處理方法

馮 偉

（中交三航局興安基建筑工程有限公司， 上海 201315）

0 引言

在沿海一帶，特別是廣東珠海地區(qū)，花崗巖孤石作為常見的地質(zhì)災(zāi)害，由于其分布的隱蔽性，與周邊土體力學(xué)特性強(qiáng)烈的差異性，給工程設(shè)計(jì)、施工都帶來了風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。孤石的存在，又多見于串狀和群體分布，給沖孔施工帶來卡鉆、偏孔等技術(shù)難題，又由于進(jìn)尺慢等原因影響工期和造價(jià)。

1 工程及地質(zhì)概況

1.1 工程簡介

恒天國際大廈項(xiàng)目擬建場地位于珠海市九洲大道南側(cè)，東鄰新昌安酒店，西、南面緊接蓮花山商住小區(qū)；擬建為一棟35層的建筑物(地面以上高度180m)，設(shè)置4層裙樓(±0.00以上高度20.4m)，4層地下室(±0.00以下深度16.5m)；建筑物類別丙類，建筑物安全等級二級，塔樓結(jié)構(gòu)體系為框筒結(jié)構(gòu)，裙樓為框架結(jié)構(gòu)。

1.2 地質(zhì)概況及勘察情況

擬建場地原始地貌為山間凹地，場地內(nèi)地層按地質(zhì)年代、成因類型及巖土特征自上而下分布有第四系全新統(tǒng)人工填土、第四系全新統(tǒng)坡洪積層、第四系殘積層及中生代燕山期風(fēng)化花崗巖。

本工程第一次詳細(xì)勘察共布置17個(gè)鉆孔，共鉆探593.81 m，其中巖石143.46 m，土層437.75 m，建筑垃圾12.6 m，在5孔8處有中風(fēng)化或微風(fēng)化花崗巖孤石，其中兩個(gè)鉆孔中的花崗巖孤石呈串珠狀分布。

1.3 樁基類型選擇

由于孤石是原巖受風(fēng)化程度較輕，大部分仍保留原花崗巖巖性的性質(zhì)，特別是在本工程中遇孤石較多時(shí)，一般應(yīng)避免選擇預(yù)制樁、沉管樁?？紤]到強(qiáng)風(fēng)化花崗巖頂面埋深較小，結(jié)合本工程超高層結(jié)構(gòu)對建筑物沉降變形要求高且設(shè)計(jì)塔樓結(jié)構(gòu)為“一樁一柱”，要求柱底最大軸力設(shè)計(jì)值18000KN，因此采用大直徑端承樁基礎(chǔ)。按照質(zhì)量可靠、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、施工快捷的基礎(chǔ)選型原則綜合考慮，擬建工程選用沖孔樁基礎(chǔ)，以中風(fēng)化花崗巖④-3或微風(fēng)化花崗巖④-4為樁基礎(chǔ)持力層。

根據(jù)第一次勘察情況，發(fā)現(xiàn)擬建場地地基土軟硬不均，地層層面起伏較大，花崗巖孤石普遍發(fā)育，采用灌注樁基礎(chǔ)，為準(zhǔn)確查明基巖界面，確保樁端進(jìn)入設(shè)計(jì)持力層，故又進(jìn)行第二次施工勘察，即在每根樁位上進(jìn)行超前鉆探。本次鉆探129個(gè)鉆孔，共4469.02 m，其中巖石1584.60 m，土層2580.52 m，建筑垃圾303.90 m。根據(jù)超前鉆報(bào)告，經(jīng)統(tǒng)計(jì)有15根樁孔徑范圍內(nèi)有超過5層或者厚度達(dá)到10m以上的孤石存在，如62#樁有3層孤石12.6m厚，16#樁有6層孤石9.2m厚，48#樁有3層孤石11.3m，64#樁有9層孤石22.1m厚。

2 沖孔樁遇孤石處理主要方法

2.1 沖孔遇孤石判定

雖然每一個(gè)樁位都進(jìn)行了超前鉆勘探，但僅代表鉆孔深度內(nèi)的地質(zhì)情況，地下地質(zhì)復(fù)雜多變，且大部分樁基直徑達(dá)2m，故也無法教條的將超前鉆報(bào)告作為處理孤石的依據(jù)。因此，在實(shí)際施工過程中，還應(yīng)對每根樁的沖擊進(jìn)尺做好詳細(xì)的記錄，如發(fā)現(xiàn)進(jìn)尺突然減慢，在樁位附近能夠感受到?jīng)_孔時(shí)的震動，則立即撈取渣樣進(jìn)行判斷遇到孤石?，F(xiàn)場在每鉆進(jìn)2m撈取渣樣的基礎(chǔ)上，加密至每0.5m撈取渣樣與超前鉆資料進(jìn)行對照分析，在進(jìn)入中、微風(fēng)化巖層可每2小時(shí)取樣一次?，F(xiàn)場可根據(jù)鉆孔記錄表、進(jìn)尺記錄、渣樣記錄等繪制出實(shí)際地質(zhì)柱狀圖，所有渣樣均用塑料袋封存，作為驗(yàn)收資料保留。

2.2 常規(guī)沖進(jìn)方法

在沖擊成孔過程中遇到孤石，采用常規(guī)沖進(jìn)方法的可按以下步驟處理：

1.停止施工并將鉆頭提起，注意保持孔內(nèi)水位和泥漿循環(huán)，泥漿面始終不低于護(hù)筒底部50cm以上，防止塌孔；

2.測量實(shí)際鉆孔深度，檢查鉆機(jī)的穩(wěn)固、位移和傾斜情況，校核樁位和鋼絲繩中心是否有偏離樁心的現(xiàn)象，若有則進(jìn)行糾偏并可回填片石；

3.對錘牙磨損情況進(jìn)行檢查，磨損嚴(yán)重的可更換合金錘牙，在沖進(jìn)過程中關(guān)注錘牙的磨損及時(shí)修復(fù)；

4.不同的地層中采用不同的沖程：粘土層中采用中沖程（1.0～2.0m）沖擊；在砂層中可添加小片石和粘土采用小沖程（0.5～1.0m）反復(fù)沖擊，以加強(qiáng)護(hù)壁效果；在孤石層和進(jìn)入持力層后可更換重錘小沖程（1.0～2.0m）沖擊，每臺樁機(jī)配備一個(gè)備用錘，及時(shí)修復(fù)錘牙；

5.記錄不同樁之間的進(jìn)尺速度對比，進(jìn)尺異常緩慢時(shí)及時(shí)測量泥漿比重、加強(qiáng)排渣，與已知的超前鉆資料對比分析巖層特性，并注意其礦物成分。

2.3 水下預(yù)爆破方法

對孤石的處置采用爆破方法有兩種方案：一種是在沖擊成孔過程中實(shí)施水下爆破，另外一種是在沖樁前對樁身范圍內(nèi)的孤石和巖層進(jìn)行預(yù)爆破。前一種方案爆破時(shí)夾制作用大、炸藥消耗量大，同時(shí)存在鉆孔施工困難、成孔需加裝導(dǎo)管等缺點(diǎn)；后一種方案采用采用超前鉆鉆孔，可確保設(shè)備移動方便，靈活選擇鉆孔孔徑，便于安裝導(dǎo)管，鉆孔同時(shí)即可探明巖層情況，實(shí)施定點(diǎn)爆破，效果更佳。

1.半井孤石爆破

當(dāng)樁身范圍遇部分孤石（半井）時(shí)，視孤石大小布置1～2個(gè)炮孔進(jìn)行爆破。

井內(nèi)半孔孤石時(shí)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

孔徑：Φ=91～115mm；

最小抵抗線：W＝0.4～0.6m；

孔距：a＝0.5～0.8m；

孔深：為探明孤石厚度，鉆孔應(yīng)穿透孤石；

單孔裝藥量：K＝k*V=kSH，k為炸藥單耗，半井孤石按k=1.5~2.0 kg/m3選取，經(jīng)試爆后優(yōu)化調(diào)整，S為樁斷面積；

藥包布置位置：若為穿透孤石，藥包布置在孤石中部，若未穿透，按底部連續(xù)裝藥布置。

2.滿井巖石爆破

當(dāng)樁身范圍全部為巖石時(shí)（滿井巖石），根據(jù)樁徑大小、巖層厚度及巖石可爆性等，經(jīng)過藥量核算，可靈活布置1～3個(gè)炮孔進(jìn)行爆破。當(dāng)巖層較薄，根據(jù)計(jì)算裝藥量，單個(gè)孔可裝藥滿足破碎要求時(shí)，可在樁心位置布置單個(gè)炮孔裝藥進(jìn)行爆破。若巖層較厚，單個(gè)炮孔裝藥無法滿足巖石破碎要求時(shí)，根據(jù)計(jì)算裝藥量，可布置2～3個(gè)炮孔。兩個(gè)炮孔采用直線布置，三個(gè)炮孔則采用三角形布孔，炮孔布置如下圖。

孔內(nèi)孤石爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

孔徑：Φ= 91～115mm；

孔距：Φ800、Φ1000樁布置1～2孔，孔距50～60cm；Φ1200、Φ1400樁可布置2～3孔，孔距為70～80cm；Φ1600、Φ1800、Φ2000樁布置2～3孔，孔距為90～100cm；具體布置孔數(shù)視巖層厚度及預(yù)期破碎范圍，經(jīng)藥量核算后確定。

孔深：為探明巖層厚度，鉆孔應(yīng)盡量穿透巖層；

單孔裝藥量：K＝k*V=kSH，k為炸藥單耗，滿井巖石按k=3.5~4.0 kg/m3選取，經(jīng)試爆后優(yōu)化調(diào)整，S為樁斷面積；

藥包布置位置：若為穿透巖層，藥包布置在巖層中部，若未穿透，按底部連續(xù)裝藥布置。

3.多層孤石爆破

根據(jù)樁超前鉆揭露的孤石情形，不同樁樁身所遇的孤石層數(shù)及厚度均不同，存在多層孤石的情況，采用一次成孔鉆透所有待爆孤石層，各巖層分別裝藥，一次起爆的方式實(shí)施爆破。各巖層之間，若不超過50cm，按連續(xù)層裝藥爆破，超過50cm時(shí)分層裝藥爆破。各樁孔鉆孔數(shù)量及裝藥量的確定，按照以上半井和滿井的情形，鉆孔數(shù)按最厚巖層爆破所需鉆孔數(shù)確定。

4.爆破器材及藥包制安

考慮在鉆孔內(nèi)充滿泥水，炸藥選用防水性能好的乳化炸藥；考慮井內(nèi)個(gè)別孤石較深，采用防水、防漏電處理后的電纜制作電起爆系統(tǒng)，以方便起爆導(dǎo)線連接。

當(dāng)藥包深度大于30m時(shí)，應(yīng)對雷管和炸藥進(jìn)行耐水壓試驗(yàn)，必要時(shí)對雷管和炸藥進(jìn)行耐水壓保護(hù)。

裝藥時(shí)將各孔炸藥計(jì)算準(zhǔn)確后，用竹片夾住，起爆線應(yīng)選用質(zhì)量較好的電線進(jìn)行連接，接頭處應(yīng)做充分的防水處理，沿竹片綁扎牢固后，將炸藥及起爆線從導(dǎo)管內(nèi)裝入孔底（或設(shè)計(jì)深度），再拔出導(dǎo)管。起出導(dǎo)管時(shí)，應(yīng)嚴(yán)防扯斷起爆導(dǎo)線和拔出藥包。導(dǎo)管拔出后，泥將會自動將孔內(nèi)填滿，無需另行堵塞。當(dāng)巖層厚度過大時(shí)，為了降低爆破振動，可采用分層裝藥，各藥包自上而下進(jìn)行毫秒延時(shí)爆破，每個(gè)藥包一響。分層裝藥時(shí)，中間堵塞段為50cm。

5.爆破影響

根據(jù)當(dāng)?shù)乇茖I(yè)公司經(jīng)驗(yàn)，孤石爆破使用單響藥量小于3kg，爆炸時(shí)直接沖擊破碎巖石和擠壓土體的影響的范圍半徑約1~2m，超過此范圍爆破能量迅速轉(zhuǎn)化為介質(zhì)的振動能量，不會對周邊土體及巖體產(chǎn)生直接破壞，不會影響后續(xù)的沖孔施工。

由于現(xiàn)場爆破與沖樁及混凝土澆筑并行或交叉，雖然不會直接破壞已施工成品，但由爆破引起的土體振動，可能造成爆破樁位附近已成孔但未澆灌混凝土的樁孔發(fā)生少量塌孔。因此爆破時(shí)應(yīng)盡量避免周邊近距離樁孔（約5m范圍）處于空心狀態(tài)，若無法避免，則爆破后應(yīng)加強(qiáng)已成樁孔的檢查，若已發(fā)生塌孔，應(yīng)清孔后再澆灌混凝土。

爆破地點(diǎn)處于市內(nèi)居民區(qū)附近，爆破振動對周邊影響尤其敏感，爆破振動的控制及監(jiān)測就顯得極其重要，必須通過現(xiàn)場振動監(jiān)測進(jìn)行優(yōu)化，確保施工安全。爆破振動采用爆破振動測試儀進(jìn)行監(jiān)測，通過采集爆破時(shí)建筑物附近地面的三維振動速度及頻率，來監(jiān)測其大小，并根據(jù)國標(biāo)來評估其對周邊的影響程度。

2.4 遇孤石處理效果

遇孤石采用常規(guī)沖進(jìn)法施工，進(jìn)尺極度緩慢，存在軟硬不均勻、“探頭石”等情況，造成不斷糾偏，且對錘牙磨損大，操作工人一度消極怠工，按成樁30m平均需要28天/根。

而采用水下預(yù)爆破處理孤石后，再進(jìn)行常規(guī)沖孔施工，能夠定點(diǎn)定量破壞孤石，大大提高了成樁的速度，如64#樁有9層孤石22.1m厚按常規(guī)方法沖進(jìn)預(yù)計(jì)需60天以上，而經(jīng)過水下預(yù)爆破處理后僅用時(shí)18天。另外在爆破全部完成后，對周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑物的監(jiān)測以及部分已澆筑的樁基進(jìn)行檢測，均符合要求。水下預(yù)爆破處理孤石的方法是成功的。

3 結(jié)束語

在巖層風(fēng)化過程中自上而下呈漸變過程，各層的物理力學(xué)性質(zhì)在水平方向上較為均勻，但由于風(fēng)化球的發(fā)育，即孤石的存在，將極大的破壞其均勻性，從而給樁基施工帶來一系列的問題：孤石與中風(fēng)化、微風(fēng)化巖層巖質(zhì)極相似，沖過孤石進(jìn)尺極慢造成成本增加，而如果不加區(qū)分，以孤石為持力層，將嚴(yán)重威脅上部結(jié)構(gòu)的安全。

結(jié)合工程實(shí)際選擇水下預(yù)爆破處理孤石，尤其是成串的孤石層，將常規(guī)鉆進(jìn)方法、地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔方法進(jìn)行靈活結(jié)合并綜合采用，能夠鉆孔揭露孤石實(shí)際情況，分層裝填炸藥，精準(zhǔn)取得爆破處理孤石的效果，從而提高樁基成孔速度，為地下施工贏得時(shí)間，也節(jié)約施工成本。

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