斷層破碎帶發(fā)育地段樁基持力層的確定

趙明星

摘要：通過對(duì)該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景、地層巖性、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、樁基持力層的選擇等因素的分析，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造對(duì)破碎帶內(nèi)巖石強(qiáng)度、完整性起著宏觀控制作用。通過巖塊點(diǎn)荷載試驗(yàn)結(jié)果及按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行單樁承載力的定量驗(yàn)算，當(dāng)破碎帶內(nèi)巖石滿足一定強(qiáng)度要求時(shí)，可以滿足承載力要求。由于取樣局限性及試驗(yàn)誤差，當(dāng)破碎帶內(nèi)巖石軟硬不均或有軟夾層時(shí)不適宜作為端承樁持力層，需進(jìn)一步進(jìn)行摩擦樁驗(yàn)算，考慮到避免與相鄰樁基產(chǎn)生不均勻沉降，與相鄰樁基持力層選擇時(shí)應(yīng)盡量穿過此層位進(jìn)入穩(wěn)定的持力層為宜，該思路在斷層破碎帶發(fā)育區(qū)的樁基設(shè)計(jì)中值得推廣。

關(guān)鍵詞：斷層破碎帶；樁基持力層；軟弱夾層；不均勻沉降

1.引言

隨著太平洋板塊及印度板塊向亞歐板塊的不斷沖擊，我國構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震頻發(fā)。同時(shí)，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，建成或投入運(yùn)營大量的線路工程、能源工程、城市建設(shè)、旅游資源等，在這些工程的施工及運(yùn)營期間，斷層破碎帶內(nèi)樁基持力層穩(wěn)定性問題越來越不容忽視。

2.工程概況

本研究選用東莞市濱海灣新區(qū)濱海灣特大橋工程主墩17#墩作為研究對(duì)象，該特大橋位于粵港澳大灣區(qū)珠江口城市群東岸和西岸交匯處，是東莞市對(duì)外開放的重要窗口地區(qū)。濱海灣大橋處于新區(qū)規(guī)劃內(nèi)灣以及濱海景觀長(zhǎng)廊的重要節(jié)點(diǎn)位置，是聯(lián)系濱海灣新區(qū)交椅灣板塊與沙角半島板塊的重要通道，亦是新區(qū)標(biāo)志性景觀橋梁。線位呈東西走向，西起教育路，向東跨越東環(huán)一路及磨碟河入?？冢瑬|止于規(guī)劃福海路，規(guī)劃為城市主干道。濱海灣大橋總長(zhǎng)973.6m，樁號(hào)范圍為K0+893.2～K1+866.8，橋跨組合5*30+2*46+60+ 200+200+60+3*40+3*30，主跨最大跨徑200m。本項(xiàng)目采用雙向8車道，城市主干道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為60km/h。

3.區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

3.1地質(zhì)構(gòu)造的影響

項(xiàng)目區(qū)地處粵東凹陷帶，自晚三疊世開始接受了來自太平洋方向的海水，伴隨燕山運(yùn)動(dòng)的到來，在南北反沖向剪切作用下，粵東塊段隆起。項(xiàng)目區(qū)屬于華南中、新生代大陸活化造山帶的組成部分。該區(qū)地殼在地質(zhì)歷史上經(jīng)過多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育。區(qū)域上主要斷裂有：高要—惠來東西向構(gòu)造帶、紫金—博羅斷裂構(gòu)造帶。

①高要—惠來東西向構(gòu)造帶

跨越于北緯22°40′～23°20′之間。地域上，由高要向東經(jīng)廣州、東莞、海豐、陸豐，在惠來附近入海，可能延至臺(tái)灣淺灘。省內(nèi)斷續(xù)延長(zhǎng)約600km。寬10km～60km不等，該帶主要由走向東西之褶皺、斷裂、破碎帶、片理、片麻理、隆起帶、沉降帶、燕山期酸性侵入巖和噴發(fā)巖、中一新生代構(gòu)造盆地以及潛伏的基底斷裂所組成。波及早、晚古生代，中、新生代地層。挽近時(shí)期的河流水系、山形地貌、地震、溫泉均有表現(xiàn)其成分之復(fù)雜，形跡之連續(xù)程度，在我省緯向構(gòu)造帶中居首位。

根據(jù)構(gòu)造形跡的發(fā)育程度和不同特點(diǎn)，該帶大致可分為中、西、東三段。項(xiàng)目區(qū)主要位于斷裂構(gòu)造帶中斷的高要—廣州斷裂附近，該斷裂由早古生代混合巖和震旦紀(jì)變質(zhì)巖系所構(gòu)成，其中發(fā)育的擠壓性片理、片麻理，混合巖條帶及破碎角礫巖帶，均順沿東西隆起分布。沿?cái)嗔褞?gòu)造巖發(fā)育有10m～40m不等之硅化破碎帶、糜棱巖化帶和斷層角礫巖帶。

②紫金—博羅斷裂構(gòu)造帶

北自五華與華域之間往南西經(jīng)紫金、博羅，推測(cè)斜貫珠江口至臺(tái)山廣海灣入南海大陸部分長(zhǎng)達(dá)360km，寬約30km。構(gòu)造帶由數(shù)條區(qū)減性北東向斷裂及其所夾持的褶皺和花崗巖所組成，以紫金一傅羅大斷裂為主體，總體呈北東50°～60°左右，以紫金至惠陽樟木頭段構(gòu)形跡最為發(fā)育，往兩端構(gòu)造形跡均有所減弱。

項(xiàng)目區(qū)范圍主要為其次級(jí)樟木頭—赤溪斷裂帶，斷層總體呈北東、北北東走向，大多沒于第四系沉積物成盆地之中，但構(gòu)造形跡斷續(xù)可見。北東段斜切銅湖向斜之東南，隱伏于惠陽斷坳盆地，沿?cái)嗔褞r石強(qiáng)烈硅化受拼壓較強(qiáng)，斷層角礫巖寬達(dá)20m，長(zhǎng)1m±，斷面見斜向擦痕，中部發(fā)硅化破碎帶，并見大量石英脈穿插其中。

3.2新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

在新構(gòu)造區(qū)劃上，該區(qū)位于粵東差異斷隆區(qū)的西南部緊挨珠江三角洲斷陷區(qū)。受北東、北北東和東西向構(gòu)造帶的控制。該區(qū)形成了近北東方向展布的低山丘陵和三角洲沖積平原的地貌組合。

橋址區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不甚強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為垂直沉降運(yùn)動(dòng)，總體表現(xiàn)為微弱沉降，沉降速率為0.0mm～-0.5mm.a-1之間，見圖1，屬穩(wěn)定地塊，適宜擬建項(xiàng)目的建設(shè)。

4.地層巖性

該橋位區(qū)主要由覆蓋層和基巖兩部分組成，覆蓋層主要由第四系松散沉積層，土質(zhì)變化較大，從上至下分別為人工填土2m～4m、沖積粉質(zhì)黏土4m～6.5m、砂土1m～2.4m、海陸交互相淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等不同厚度的堆積和沉積物。其中淤泥或淤泥質(zhì)土厚約7m～10m，淤泥層及其以下的粉質(zhì)黏土多呈飽和狀，軟弱土層總厚度達(dá)9m～12m。該橋位基巖層則為紫金-博羅斷裂構(gòu)造帶，呈隱伏狀，從橋位K1+720～K1+860段通過，受其影響，基底巖芯破碎，破碎帶內(nèi)巖芯主要為碎裂巖，灰黑色，兩側(cè)為花崗片麻巖及其風(fēng)化層，各巖土層特征如下：①全風(fēng)化花崗片麻巖（Pz1）：紅褐色、黃褐色，巖石風(fēng)化完全，巖芯呈堅(jiān)硬土狀，巖質(zhì)極軟，手折易斷，斷面母巖結(jié)構(gòu)尚可辨析，遇水易軟化崩解，巖體質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。大部分布，層厚不均勻，平均厚度為5.98m。②強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖（碎塊狀）（Pz1）：黃褐色、青灰色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，巖芯破碎呈碎石狀，巖質(zhì)軟，錘擊破碎，裂隙間鐵錳質(zhì)浸染，巖體質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。大部分布，層厚極不均勻，平均厚度為6.77m。③強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖（土狀）（Pz1）：紅褐色、黃褐色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯呈半巖半土狀，巖質(zhì)極軟，手可折斷，遇水易軟化，巖體質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。大部分布，層厚不均勻，平均厚度為8.26m。④中風(fēng)化碎裂巖（Pz1）：灰色，碎裂結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)極軟—軟，碾壓易碎，巖心極破碎呈碎塊狀—粉狀，巖體質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。全場(chǎng)地分布，層厚不均勻，平均厚度為8.69m。⑤中風(fēng)化花崗片麻巖（Pz1）：青灰色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，巖芯片理化明顯，節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)長(zhǎng)5cm～35cm不等，節(jié)長(zhǎng)≥10cm的巖芯約占75%，巖質(zhì)較軟—較硬，錘擊易碎，巖體質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。大部分布，最大揭示厚度為6.90m。

5.樁基持力層分析與確定

5.1破碎帶范圍巖石試驗(yàn)

受構(gòu)造影響，斷層破碎帶內(nèi)巖芯極為破碎，呈塊狀、碎塊狀、粉狀，厚度8.69m，為確定其強(qiáng)度大小，在破碎帶內(nèi)取代表性巖塊6組做點(diǎn)荷載試驗(yàn)，影響帶內(nèi)中風(fēng)化花崗片麻巖取代表性巖樣10組，其中點(diǎn)荷載試驗(yàn)按規(guī)范要求折算成飽和抗壓強(qiáng)度結(jié)果，巖石試驗(yàn)結(jié)果如下表1：

5.2單樁承載力驗(yàn)算

破碎帶內(nèi)巖體極破碎，c1取0.4，c2取0.03，對(duì)鉆孔樁c1、c2降低20%采用，以中風(fēng)化層作為持力層c1、c2分別乘以0.75的折減系數(shù)，綜合確定c1取0.24，c2取0.018；ζs經(jīng)插值計(jì)算取0.92。

經(jīng)計(jì)算，若滿足設(shè)計(jì)承載力要求，樁長(zhǎng)34.6m，反算出嵌入碎裂巖巖層深度h為6.4m。

5.3破碎帶作持力層適宜性分析

該橋位區(qū)破碎帶內(nèi)巖體極破碎，巖質(zhì)軟硬不均，軟夾層時(shí)有存在，由于取樣時(shí)所取巖塊普遍為巖質(zhì)相對(duì)較硬部分，加之點(diǎn)荷載試驗(yàn)本身的試驗(yàn)誤差較大，試驗(yàn)結(jié)果有時(shí)并不能代表破碎帶內(nèi)巖石的真實(shí)強(qiáng)度，尤其是存在軟弱夾層的時(shí)候，結(jié)果將更加離散，因此當(dāng)破碎帶內(nèi)巖石軟硬不均或有軟夾層時(shí)不適宜作為端承樁持力層，按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3363-2019）6.3.7條，當(dāng)frk小于2MPa時(shí)將不再適宜作為端承樁持力層，需進(jìn)一步進(jìn)行摩擦樁驗(yàn)算，考慮到避免與相鄰樁基產(chǎn)生不均勻沉降，與相鄰樁基持力層選擇時(shí)應(yīng)盡量穿過此層位進(jìn)入穩(wěn)定的持力層為宜。

6.結(jié)語

通過對(duì)該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景、地層巖性、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、樁基持力層的選擇等因素分析，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造對(duì)破碎帶內(nèi)巖石強(qiáng)度、完整性起著宏觀控制作用。通過巖塊點(diǎn)荷載試驗(yàn)結(jié)果及按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行單樁承載力的定量驗(yàn)算，當(dāng)破碎帶內(nèi)巖石滿足一定強(qiáng)度要求時(shí)，可以滿足承載力要求。由于取樣局限性及試驗(yàn)誤差，當(dāng)破碎帶內(nèi)巖石軟硬不均或有軟夾層時(shí)不適宜作為端承樁持力層，需進(jìn)一步進(jìn)行摩擦樁驗(yàn)算，考慮到避免與相鄰樁基產(chǎn)生不均勻沉降，與相鄰樁基持力層選擇時(shí)應(yīng)盡量穿過此層位進(jìn)入穩(wěn)定的持力層為宜，該思路在斷層破碎帶發(fā)育區(qū)的樁基設(shè)計(jì)中值得推廣。

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