碎裂巖區(qū)巖土工程施工方法與工程地質(zhì)特征分析

黎 苗

（湖南省勘查設(shè)計(jì)研究院，湖南 長沙 410014）

工程場地位于長沙市開福區(qū)朝正垸片區(qū)，該區(qū)位于東南地洼區(qū)雪峰地穹系，湘江地洼列幕阜地穹西南端的烏山洼凸區(qū)，經(jīng)歷了槽、臺(tái)、洼三大構(gòu)造演化階段?；诪橹性沤缋浼蚁簻\變質(zhì)巖。褶皺構(gòu)造主要有岳麓山向斜和楊泗廟～觀音港向斜；斷裂構(gòu)造以北東向極為發(fā)育，其次為北西向和東西向，再次為北北東向和南北向，近場地范圍內(nèi)有3條主要斷裂，分別是張家咀—溁灣鎮(zhèn)—新塘灣斷裂（F85）、葫蘆坡—金盆嶺—炮臺(tái)子斷裂（F101）、東山鎮(zhèn)—石橋斷裂(F132)（詳見下圖1）。其中葫蘆坡—金盆嶺—炮臺(tái)子斷裂（F101）由呈北東-南西向斜貫整個(gè)場地，造成場地基巖巖體破碎，鉆孔揭露呈巖粉、巖屑狀，局部碎塊狀。

1 碎裂巖體地層特征

場地碎裂巖體主要在淺表構(gòu)造層次斷裂帶中，屬巖石脆性破裂發(fā)育形成的斷層巖。碎裂巖按碎塊破碎程度及碎基含量可劃分為初碎裂巖、碎裂巖、超碎裂巖和碎裂巖化巖，如：斷層角礫巖、碎裂巖以及斷層泥等。場地的碎裂巖是一種初碎裂巖，塊狀結(jié)構(gòu)，是由原巖遭受強(qiáng)裂破碎而形成，呈巖粉、砂狀或碎塊狀，局部見石英脈。呈碎裂結(jié)構(gòu)，為極軟巖，極破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類。

2 碎裂巖區(qū)鉆探技術(shù)方法

2.1 鉆探過程中的常見問題

該碎裂巖體表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)松散、成柱性差，巖體鉆探取芯呈巖粉、砂狀或碎塊狀，極易引起巖芯堆積形成堵水、堵芯現(xiàn)象。在取芯鉆進(jìn)過程中，鉆具的搖晃也加速了卡芯，再者鉆探過程中泥漿的循環(huán)，直接沖刷巖芯，導(dǎo)致巖芯擾動(dòng)，有的甚至呈砂狀。由于巖體結(jié)構(gòu)破碎，還易造成涌水、鉆液漏失、及鉆孔偏斜、坍塌、鉆具掉落等。

2.2 碎裂巖區(qū)鉆探工藝及技術(shù)方法的選擇

1）選擇合理的鉆具

前已述及，碎裂巖體結(jié)構(gòu)破碎，若采用普通的單管鉆具，很難取到較為完整的巖芯，選擇普通雙動(dòng)雙管鉆具，同時(shí)配合使用適中的金剛石顆粒底噴鉆頭，避免對(duì)碎裂巖體的沖刷，同時(shí)在巖芯管內(nèi)布置擋芯的構(gòu)件，如攔簧和卡簧，或工人在施工過程中根據(jù)地層經(jīng)驗(yàn)采取簡易的擋芯措施，如：丟入鐵線、鋼珠等。

2）泥漿的合理配比

正、反循環(huán)鉆機(jī)在碎裂巖體施工過程中，泥漿的配比尤為重要，泥漿由水、黏土（或聚丙烯胺）和添加劑組成。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)?zāi)酀{的性能指標(biāo)項(xiàng)詳見下表1。

根據(jù)工程地質(zhì)條件，采用上表參數(shù)時(shí)，若遇地下水位高或流速大時(shí)，建議取高值，若遇地質(zhì)情況較好，地下水位低、滲透系數(shù)小或隔水性能好時(shí)宜取低值。泥漿合理使用能保證鉆具的順利運(yùn)轉(zhuǎn)，保證碎裂巖體的完整性，同時(shí)也能有效的懸浮鉆渣和護(hù)壁。

3）改進(jìn)鉆探工藝參數(shù)

在改進(jìn)鉆具和泥漿配比的同時(shí)，在鉆探工藝參數(shù)上的選擇也尤為重要，鉆具在臨界轉(zhuǎn)速下，同一水平面上作用在顆粒上的重力、全反力和摩擦力處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，通過對(duì)鉆具進(jìn)行試速，在破碎地層中，若采用500r/min，巖性的取芯率為25～30%，巖芯基本呈砂狀、巖屑狀，隨著轉(zhuǎn)速以50r/min的速度遞減，在轉(zhuǎn)速為150～180r/min時(shí)，碎裂巖巖體取芯率最高。詳見下圖1

圖1 碎裂巖體現(xiàn)場巖芯照片

3 碎裂巖體工程物理力學(xué)性質(zhì)

為查明碎裂巖體的工程力學(xué)性質(zhì)，該工程通過現(xiàn)場原位測試和室內(nèi)土工試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行了綜合分析。

1）原位測試成果：原位測試采用重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)，采用自動(dòng)落錘裝置，連續(xù)錘擊貫入，觸探桿偏斜度控制在2%之內(nèi)，錘擊速率每分鐘在15～30擊之間，記錄每貫入10cm的錘擊數(shù)N63.5，通過對(duì)59次有效試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，該處碎裂巖錘擊數(shù)范圍值介于22～38之間，統(tǒng)計(jì)平均值為31.2錘，標(biāo)準(zhǔn)值為29.6錘，其中部分鉆孔出現(xiàn)有明顯反彈，無法貫入，說明有該碎裂巖體整體的均勻性較差。

2）室內(nèi)試驗(yàn)成果：室內(nèi)巖石物理力學(xué)性能試驗(yàn)采用點(diǎn)荷載試驗(yàn)，由于試驗(yàn)可直接選用鉆探巖芯及不規(guī)則巖塊，因此它適用于野外，尤其是對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)制樣困難的軟弱或破碎巖體，該工程點(diǎn)荷載試驗(yàn)通過對(duì)45塊/15組的有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，該處碎裂巖軸向點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)（Rc）介于0.68～1.09mPa，平均值為0.88mPa，標(biāo)準(zhǔn)值為0.83mPa。

通過原位測試和室內(nèi)巖體物理力學(xué)試驗(yàn)，說明該碎裂巖體整體結(jié)構(gòu)較完整，巖體承載力較好，但巖體受構(gòu)造擠壓作用強(qiáng)烈，巖體的整體均勻性較差。

表1 泥漿的性能參數(shù)表

4 碎裂巖工程地質(zhì)特征及對(duì)工程的影響

根據(jù)鉆探揭露情況，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，擬建場地西部地處岳麓山向斜東南翼，有北東向F85、F101斷層斜貫。場地內(nèi)共有48孔揭露有碎裂巖體，該層受區(qū)域構(gòu)造影響，不均勻夾有石英，巖體劈理、節(jié)理較發(fā)育，完整性較差，但總體來說，該層強(qiáng)度較高、變形較小。

場地巖體碎裂對(duì)工程的樁端承載力和樁基的施工造成了一定的不利影響。首先擬建工程上部荷載大，而碎裂巖體軟弱夾層呈透鏡狀不均勻分布于中風(fēng)化板巖之中，給樁端承載力和場地的穩(wěn)定性造成不利影響；碎裂巖體破碎，樁底沉碴厚度較難控制，對(duì)成樁質(zhì)量影響較大，同時(shí)該地層節(jié)理裂隙極發(fā)育，地層的透水性較好，施工時(shí)在高水頭壓力下，應(yīng)注意樁壁穩(wěn)定，施工時(shí)須采取有效措施，以防止涌水及坍塌。

5 結(jié)語

綜上所述，該工程場地碎裂巖體主要是受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響所導(dǎo)致的，在實(shí)際鉆探作業(yè)過程中，根據(jù)場地碎裂巖體的特征，在合理選擇鉆具、泥漿的配比以及優(yōu)化施工工藝等途徑，提高巖性的采取率和完整度。

通過的現(xiàn)場的把控，從而對(duì)該碎裂巖體的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行客觀、合理的分析判斷，從而為工程項(xiàng)目基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工提供一個(gè)科學(xué)有效的參考依據(jù)，為項(xiàng)目的安全生產(chǎn)提供基本保障。