探索華南地區(qū)典型沖（洪）積巖、風(fēng)化（泥）巖地質(zhì)條件下抗浮錨桿鉆機鉆進(jìn)速度與土質(zhì)類別的關(guān)系

朱銀燕，曾陽彬，邱炳權(quán)，羅延志，李廣明

（中國建筑第四工程局有限公司 廣州510665）

關(guān)鍵字：錨桿；砂質(zhì)粘性土；特征值；鉆孔速度；鉆桿；中風(fēng)化混合巖

0 引言

隨著華南地區(qū)經(jīng)濟不斷發(fā)展，城市用地日漸緊張，建筑在不斷“向上”生長的基礎(chǔ)上，也漸漸開始“向下”擴展，很多建筑采用了深基礎(chǔ)［1］；由于建筑地下室深度增加，抗浮設(shè)計所占成本也相應(yīng)增加，而高效、經(jīng)濟的抗浮錨桿技術(shù)措施也得到越來越多的青睞；如何準(zhǔn)確判斷錨桿入巖，是保障錨桿抗浮效果的重要因素。本文主要依托新造保障房項目，分析錨桿鉆機在不同土層下的鉆進(jìn)速度與巖層判斷。

1 工程概況

某保障性住房項目施工總承包（標(biāo)段十三）位于廣州市番禺區(qū)新造鎮(zhèn)地段，總面積為73 029.4 m2，用地面積約1.1 萬m2，為4 棟塔樓Z13、Z14、Z19、Z20。其中地下2層，層高分別為4.0 m、6.2 m，Z13、Z14棟為地上25 層，并附帶1 層裙樓，Z19、Z20 棟為地上22 層?；A(chǔ)采用獨立樁基礎(chǔ)、筏板樁基礎(chǔ)，本工程抗浮錨桿的設(shè)計抗拔承載力特征值為430 kN，其施工要求為：采用鉆機成孔，成孔孔徑為200 mm，鉆孔進(jìn)入中風(fēng)化巖層深度為5.5 m，若成孔過程遇強風(fēng)化巖［2］，按1 m強風(fēng)化巖相當(dāng)于0.4 m中風(fēng)化巖計算。

2 抗浮錨桿簡介

⑴錨桿是一種深埋入土體的受力拉桿，主要承受由土壓力和水壓力等多種荷載所產(chǎn)生的拉力［3］。錨桿用來抵抗地下水的浮力時，通常將之稱為抗浮錨桿?？垢″^桿所受的拉力，通過桿體和灌漿形成的錨固體與錨固巖土層之間的摩阻力來提供抗拔力。抗浮錨桿-般采用高壓注漿工藝，這樣能使得漿體很好的滲人到巖土體的空隙和裂縫里，摩阻力越大，就更有利于抗浮。

⑵ 本項目共計錨桿587 根，采用型號MDLC150D錨桿鉆機進(jìn)行施工，其相關(guān)參數(shù)如圖1所示。

圖1 MDL-C150D錨桿鉆機相關(guān)參數(shù)Fig.1 Relative Parameters of MDL-C150D Bolt Drill

⑶錨桿的施工流程為施工準(zhǔn)備?錨桿編號、測量定位?樁機就位?上部覆蓋層泥漿護(hù)壁、跟管鉆進(jìn)（制備泥漿）?鉆進(jìn)至中風(fēng)化巖面，深度驗收?下部基層鉆進(jìn)?終孔驗收（移機至下一根樁）?清空?下入錨桿、注漿管（錨桿制作、驗收）?注漿（注漿漿液制備）?錨桿養(yǎng)護(hù)、成品保護(hù)，現(xiàn)場鉆孔施工如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場施工Fig.2 Site Construction

3 水文、地質(zhì)條件

本項目鉆探采用泥漿護(hù)壁的方法進(jìn)行施鉆，測到各鉆孔的穩(wěn)定水位，鉆孔柱狀圖中所標(biāo)明的水位為鉆探時穩(wěn)定水位的埋深。地下水埋深介于0.60～6.20 m之間；地下水位變化幅度較大，約1～5 m。

根據(jù)鉆孔揭露，本項目場地地層按地質(zhì)成因依次分為第四系填土層（Qml）、第四系沖（洪）積層（Qal+pl）［4］和基巖（混合巖）風(fēng)化巖帶（P），現(xiàn)將各土、巖層由上而下進(jìn)行綜合描述如下。［5］

3.1 人工填土層（Qml）

人工填土層（Qml）包括素填土。

3.2 沖～洪積土層（Qal+pl）

包括淤泥（質(zhì)土）、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、粗砂。

以上2個土層由于建筑底板面高程為6.400 m，基坑未開挖之前，該場地高程多為11.000 m 左右，因而錨桿施工時場地多控制在5.900 m 左右，場地上部被挖土層厚度為5 m 左右，以上類別的土層基本上被挖走，錨桿鉆機主要在以下土層中鉆孔，但微風(fēng)化混合巖土層埋深較深，一般未鉆孔到其位置時已經(jīng)達(dá)到設(shè)計要求的錨桿入巖深度。

3.3 殘積層（Qel）

⑴砂質(zhì)粘性土（可塑）：灰黃、褐黃等色，由混合巖風(fēng)化殘積而成，以粉粘粒為主，含較多中粗砂，可見細(xì)片狀云母，遇水易軟化、崩解，稍濕，可塑狀態(tài)為主，少量硬塑。104 個鉆孔有揭露，層面標(biāo)高-7.34～23.89 m，層面埋深0.50～15.20 m，層厚1.3～14.6 m，平均厚度5.30 m，fak=160～180 kPa，qsa=28～32 kPa。

⑵砂質(zhì)粘性土（硬塑［6］）：灰黃、褐黃等色，由混合巖風(fēng)化殘積而成，以粉粘粒為主，含較多中粗砂，可見細(xì)片狀云母，遇水易軟化、崩解，稍濕，狀態(tài)以硬塑為主，少量可塑。218 個鉆孔有揭露，層面標(biāo)高-8.49～24.79 m，層面埋深0.50～18.80 m，層厚0.30～21.50 m，fak=250～280 kPa，qsa=40～45 kPa。

3.4 巖層（P）

⑴混合巖全風(fēng)化層：褐黃、灰黃等色，母巖已完全風(fēng)化，似土狀，結(jié)構(gòu)基本破壞，尚可辨認(rèn)，主要礦物成份為石英和長石經(jīng)風(fēng)化后的粘性土，多呈堅硬狀態(tài)，稍濕，遇水軟化崩解并強度大幅度降低。本層208個鉆孔有揭露，層面標(biāo)高為-16.41～15.31 m，層面埋深8.9～26.7 m，層厚0.4～16.7 m，地基承載力特征值［7］fak=350～400 kPa，qsa=70～80 kPa，qsa'=60～70 kPa。

⑵混合巖強風(fēng)化層：灰黃、褐黃等色，風(fēng)化強烈，原巖結(jié)構(gòu)大部分已破壞，礦物成分已顯著變化，裂隙很發(fā)育，巖芯［8］多呈半巖半土狀，少量呈碎塊狀，巖芯多呈碎塊狀，遇水易軟化、崩解。巖塊的主要礦物成分為長石、石英、云母等。該層在223 個鉆孔中有揭露，層面標(biāo)高為-25.75～11.41 m，層面埋深11.5～36.0 m，層厚1.50～24.40 m，平均厚度9.32 m，地基承載力特征值fak=500～550 kPa，qsa=100～110 kPa。

⑶混合巖中風(fēng)化層：灰綠、灰褐色，粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙、節(jié)理發(fā)育，裂面被鐵、錳質(zhì)渲染，礦物成分為長石和石英，巖質(zhì)堅硬，呈短塊狀和短柱狀，局部夾微風(fēng)化巖塊。該層在179個鉆孔中有揭露，層面標(biāo)高為-34.93～5.32 m，層面埋深17.8～47.3 m，層厚0.60～18.80 m，平均厚度4.83 m。該層巖樣較破碎，取10 組巖樣進(jìn)行點荷載試驗，6 組參加統(tǒng)計Is（50）范圍值為0.28～4.91 MPa，換算為巖石單軸飽和抗壓強度（Rc）范圍值為6.4～112.0 MPa，平均值為48.5 MPa，試驗結(jié)果見附表《巖石物理力學(xué)性質(zhì)檢測報告》。該層巖石屬軟巖～較軟巖，巖體較破碎～破碎，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD 值一般10%～40%，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ～Ⅴ類。巖石地基承載力特征值fa=1 200～1 500 kPa。

⑷混合巖微風(fēng)化層：灰綠、灰褐色，粗粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要為長石和石英，巖質(zhì)致密，巖芯完整～較完整，多呈短柱狀～長柱狀，少量呈塊狀。該層在76 個鉆孔中有揭露，層面標(biāo)高為-36.43～-0.98 m，層面埋深19.8～46.9 m，層厚2.5～10.7 m，平均厚度5.5 m。該層取巖樣27 件，巖樣天然濕度單軸抗壓強度fr＝14.9～41.9 MPa，平均值27.5 MPa，標(biāo)準(zhǔn)值24.3 MPa。數(shù)理統(tǒng)計見巖樣單軸抗壓強度數(shù)理統(tǒng)計如表7 所示。該層巖石屬較軟巖～較硬巖，巖體較完整～完整，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD 值一般60%～90%，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ～Ⅳ類。巖石地基承載力特征值fa=3 000～3 500 kPa。

3.5 典型地質(zhì)柱狀圖（見圖3）

圖3 典型地質(zhì)柱狀圖Fig.3 Typical Geologic Histogram

4 數(shù)據(jù)收集方法與數(shù)據(jù)處理

本項目按照《施工組織》分成了9個施工區(qū)域均以后澆帶［9］劃分，如圖4所示。

圖4 抗浮錨桿布置Fig.4 Layout of Anti Floating Anchor

錨桿多分布在1、2、5、6、7、8 區(qū)，為了使數(shù)據(jù)具有科學(xué)性，采用隨機取樣，本文數(shù)據(jù)從1區(qū)、6區(qū)、7區(qū)分別記錄8 根錨桿數(shù)據(jù)，1 區(qū)選擇錨桿編號為A-10、A-11、A-19、A-20、A-46、A-47、A-53、A-54；6 區(qū)選擇錨桿編號為F-14、F-35、F-45、F-46、F-64、F-65、F-72、F-97；7 區(qū) 選 擇 的 錨 桿 編 號 為G-14、G-17、G-29、G-38、G-42、G-46、G-49、G-5，3 個區(qū)錨桿布置如圖5所示?，F(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)均是每根錨桿每打1 根2 m 套筒記錄一個時間。

圖5 錨桿布置Fig.5 Anchor Rod Layout

1區(qū)、6區(qū)和7區(qū)的現(xiàn)場實時記錄數(shù)據(jù)分別如表1、表2、、表3所示。

表1 1區(qū)錨桿鉆孔用時與地層對應(yīng)Tab.1 Corresponding Diagram of Borehole Time of Rock Bolt in Block 1 and Stratum

表2 6區(qū)錨桿鉆孔用時與地層對應(yīng)Tab.2 Corresponding Diagram of Borehole Time of Rock Bolt in Block 6 and Stratum

表3 7區(qū)錨桿鉆孔用時與地層對應(yīng)Tab.3 Corresponding Diagram of Borehole Time of Rock Bolt in Block 7 and Stratum

5 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

表1～表3 數(shù)據(jù)結(jié)合1、6、7 區(qū)的勘察孔ZK85、ZK69、ZK39得出型號MDL-C150D 錨桿鉆機在各種土層中的鉆孔狀況如表4所示。

6 數(shù)據(jù)缺陷與原因分析

以表1 數(shù)據(jù)為例，分析可知錨桿鉆機鉆孔開始鉆入土層時，盡管土層堅硬度以及特征值相比下面土層小，但用時卻比下面土層強，結(jié)合現(xiàn)場分析可知存在以下2個原因：①現(xiàn)場表面多為淤泥，為給靜壓樁機［10］提供工作面，場地表面回填了磚渣，導(dǎo)致表面土層較硬；②鉆機剛開始鉆孔時，其轉(zhuǎn)速還未達(dá)到穩(wěn)定速度。又從數(shù)據(jù)可知A-10、A-11錨桿施工鉆孔時，可以看到數(shù)據(jù)第6、7 節(jié)花費時間較長，原因是現(xiàn)場出現(xiàn)塌孔［11］，鉆孔側(cè)面涌出大量沙至底部，出現(xiàn)此種情形時，鉆機需重新抬升套管重復(fù)鉆孔，2 處時間出現(xiàn)較大偏差的地方均抬升過2次以上；另外的數(shù)據(jù)出現(xiàn)5 s內(nèi)偏差與計時人員開始計時與終止計時的反應(yīng)時間有關(guān)。

表4 各種土層鉆孔速度Tab.4 Time Chart of Drilling Speed of Various Soil Layers

7 結(jié)語

本文通過大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，分析得出華南地區(qū)不同土（巖）層下鉆機的鉆孔速度。利用總結(jié)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，有利于準(zhǔn)確進(jìn)行土（巖）層判斷，有效滿足設(shè)計入巖巖層及深度要求，降低工程質(zhì)量隱患風(fēng)險，也避免因土（巖）層判斷不準(zhǔn)而盲目加深錨桿深度所造成的成本增加；同時為現(xiàn)場控制抗浮錨桿分項工程的施工進(jìn)度，合理安排勞動力、機械等提供了參考。

本文也反映出了錨桿鉆機鉆孔速度與土層地基承載力特征值fak、存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，即土層地基承載力特征值越大，鉆孔速度越小，鉆孔速度的大小主要與巖石的堅硬程度指標(biāo)等有關(guān)，可為研究人員研究特定錨桿鉆機與土層地基承載力特征值兩者的負(fù)相關(guān)關(guān)系函數(shù)y=k/x中的k值課題，提供一定的參考依據(jù)。