樁基施工中的復(fù)雜地層實例分析及施工技術(shù)探討

包方壽，徐永章，鄭 超

（浙江煤炭地質(zhì)局勘探一隊，浙江 湖州 313000）

中國地域遼闊、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，各類地層條件分區(qū)展布，譬如青藏高原高寒凍土，陜西山西一帶黃土高原，云貴川西南山川石林，東南沿海碳酸鹽溶蝕地層及軟土等。不同的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，巖石與土的物理力學(xué)與化學(xué)性質(zhì)有著很大的差別，而不利于施工的地層若不及時處理則會影響整個工程施工進(jìn)度，導(dǎo)致造價的變更增加，甚至危害施工作業(yè)人員的生命安全。因此巖土工程勘查設(shè)計必然得針對相應(yīng)的地層提出合理安全的優(yōu)化施工方案，以保障項目施工的順利開展。

就長江三角洲杭州灣地區(qū)而言，該地區(qū)海拔較低，東靠東海，除去淺表第四系覆蓋層以外，往往以淤泥質(zhì)軟土、碎屑巖夾中、酸性火山巖為主，局部還有深層硬質(zhì)巖，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，處于多個斷層交匯處，地質(zhì)情況比較復(fù)雜。本文以杭州某樁基項目為工程背景，對該項目復(fù)雜地層展開的不同時期地質(zhì)勘查情況進(jìn)行分析，然后針對東側(cè)局部區(qū)域鉆進(jìn)困難問題結(jié)合鉆探、巖礦鑒定及強(qiáng)度檢測驗證其泥質(zhì)粉砂巖上還存在硬質(zhì)巖地層，最后簡要探討了整個工程過程施工技術(shù)的選擇，并提出相應(yīng)的鉆進(jìn)方法，以期為今后類似樁基工程的施工提供一定價值參考。

1 工程概況

浙江某文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司擬新建大廈勘察與初步設(shè)計項目，工程位于浙江省杭州市拱墅區(qū)的鬧市區(qū)。擬建場地原地形為碎石停車場，勘察期間場地地勢較為平坦。本工程總用地面積7378m2，建筑面積約27428m2，其中地上建筑面積約15492m2，地下建筑面積約11936m2。擬建建筑物包括1 幢11 層大廈和3 層裙樓，擬建場地設(shè)地下三層地下室。建筑物概況詳見表1。

表1 建筑物概況表

查閱該地區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料后了解到，該區(qū)第四系覆蓋層以下地層為侏羅紀(jì)上統(tǒng)（J3l）勞村組地層，以紫紅色碎屑巖為主，夾中、酸性火山巖；本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，處于多個斷層交匯處，地質(zhì)情況比較復(fù)雜。

2 詳細(xì)勘察階段地層情況

本工程勘察項目共布置20 個勘察孔，均為機(jī)鉆孔（包括6個動探孔、1個動探+取土孔、8個取土孔和5個鉆探孔）?？辈炜字饕亟ǎ?gòu)）筑物角點、邊線和柱列線布設(shè)?？拙酁?5～24m 左右，控制性孔的孔深為60.0m。地下室周邊線緊臨建筑物邊線，故地下室勘探點主要沿建筑物布置，孔距控制在24m 以內(nèi)。本次勘察于2018年12月20日進(jìn)場施工，于2018年12月29日完成野外作業(yè)。期間調(diào)進(jìn)3 臺XY-1 型鉆機(jī)進(jìn)場勘察。場地土層分布可劃分為7個工程地質(zhì)大層，細(xì)分為10個地質(zhì)亞層，自上而下依次見表2。

表2 詳細(xì)勘察階段地層情況表

3 施工鉆探驗證

本樁基項目場地設(shè)計布置276 根工程樁，設(shè)計持力層進(jìn)入中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。在本場地東側(cè)部分區(qū)域（樁基施工圖8#軸線以東），樁基施工成孔過程中鉆進(jìn)困難，進(jìn)尺緩慢，發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)地層與勘察報告中描述明顯不符，故對本工程東側(cè)區(qū)域地基巖土層進(jìn)行鉆探驗證。

本次鉆探共布置勘探孔4 個機(jī)鉆孔，孔深57.5～58.0m，主要布置在本施工場地東側(cè)。鉆探野外作業(yè)于2020 年3 月29 日進(jìn)場，并于2020 年4 月8 日完成東側(cè)場地的鉆探驗證施工。勘探點定位由業(yè)主、總承包單位和分包單位參考試樁情況商議確定?？卓诟叱逃肦TK 儀器測量而得，具體詳見勘探點平面位置圖，圖中坐標(biāo)及高程與原勘察報告為同一系統(tǒng)。勘探點平面布置圖如圖1所示。

鉆探結(jié)束后，邀請業(yè)主、監(jiān)理見證取巖芯樣并選取7個巖芯樣，與總承包單位相關(guān)負(fù)責(zé)人送至國土資源部杭州礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心進(jìn)行巖性分析及強(qiáng)度鑒定。其中，SK1-1、SK3-2、SK4-2及119#樁共四件柱、塊狀樣品用于強(qiáng)度檢測，檢測溫度為17℃，檢測濕度為52%RH，并依據(jù)《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50266-99標(biāo)準(zhǔn)，檢測設(shè)備采用YA-2000型壓力試驗機(jī)和AG-IC 100KN 島津電子萬能試驗機(jī)。SK3-1、SK4-1 及119#樁共三件塊狀樣品用于巖礦鑒定，鑒定溫度為24℃，鑒定濕度為51%RH，并依據(jù)《巖礦鑒定技術(shù)規(guī)范》DZ/T 0275.(1-4)-2015及《地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范巖石礦物樣品鑒定》DZ/T 0130.9-2006標(biāo)準(zhǔn)，鑒定設(shè)備采用BX41TF巖礦偏光顯微鏡。

由圖2強(qiáng)度檢測結(jié)果可以看出，該樁基工程取樣深度為37.3～37.4m 的SK1-1 樣品天然狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度38.7MPa，取樣深度為42.8～42.9m的SK3-2樣品天然狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度25.1MPa，取樣深度為47.2～47.3m 的SK4-2 樣品天然狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度5.01MPa，取樣深度為40.1～40.3m 的119#樁樣品由于采用360旋挖鉆機(jī)鉆取，如現(xiàn)場圖所示，巖芯較破碎，無法制成完整圓柱樣用于單軸抗壓強(qiáng)度試驗，故改用天然狀態(tài)點荷載試驗，點荷載強(qiáng)度指數(shù)代表值為3.41MPa，抗壓強(qiáng)度為68.2MPa。縱觀37～47m深度的四個巖樣，抗壓強(qiáng)度均在5MPa 以上，局部甚至達(dá)到了68MPa，屬堅硬巖范疇，說明本次鉆探驗證的必要性，在今后的施工過程中，針對場地不同區(qū)域位置，應(yīng)合理考慮不同的施工技術(shù)以保障正常進(jìn)度施工。

圖2 強(qiáng)度檢測樣品空間位置分布及抗壓強(qiáng)度值

經(jīng)巖礦鑒定結(jié)果顯示，該樁基工程取樣深度為42.3～42.4m的SK3-1巖石樣品具沉凝灰結(jié)構(gòu)，由火山碎屑物質(zhì)和正常沉積物質(zhì)兩大部分組成，是一種過渡性巖石、其中以火山碎屑物質(zhì)為主，可見弧面多角狀玻屑，及一些大小混雜、呈凝灰狀的晶屑、巖屑等。巖石中還可見有一些正常沉積的物質(zhì)，多見粒徑0.01～0.1mm的石英等粉砂級碎屑，多呈次棱角狀，巖礦鑒定結(jié)果為灰白色塊狀沉凝灰?guī)r。取樣深度為39.1～39.2m 的SK4-1 巖石樣品具細(xì)砂結(jié)構(gòu)，由大量正常沉積的分散碎屑物質(zhì)堆積壓實而成。其中以細(xì)砂級碎屑為主，主要見石英、長石等。碎屑粒徑約0.1～0.25mm，分選較好；多呈次棱角狀，磨圓差。碎屑之間呈顆粒支撐，孔隙式膠結(jié)，填隙物見一些云母質(zhì)粘土，巖礦鑒定結(jié)果為淺棕色松散塊狀細(xì)粒長石石英砂巖。取樣深度為40.1～40.3m的119#樁巖石樣品具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶約5%～10%，主要見斜長石，現(xiàn)多已粘土化?；|(zhì)具玻晶交織結(jié)構(gòu)，可見大量斜長石板條狀微晶時而雜亂排列，時而半定向排列，其間充填有一些玻璃隱晶質(zhì)，及磁鐵礦小微粒等。巖石中還可見少量氣孔，多呈不規(guī)則狀，巖礦鑒定結(jié)果為灰色塊狀安山玢巖。

依據(jù)本次施工勘察鉆探驗證成果，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料和勘察報告，本場地雜填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土、粉質(zhì)粘土夾粉土、⑥3粉質(zhì)粘土、⑦1粉質(zhì)粘土7 層地層情況與原勘查報告基本一致，下部深層各巖土層特征自上而下見表3。

表3 施工鉆探驗證階段深部地層情況表

通過本次勘探，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，查明場地東側(cè)（施工圖8#軸線以東區(qū)域）各地基巖土層的分布情況如下：

（1）勘察報告揭露的第四系土層（深度31～35m以上部分）與本次鉆探揭露地質(zhì)情況一致，實際樁端持力層巖性與原勘察報告基本一致。

（2）勘察報告中揭露的在深度一般在31～50m 之間的風(fēng)化巖層巖性及強(qiáng)度與實際分布明顯不符?？辈靾蟾嬷写颂幍貙踊鶐r巖性均為泥質(zhì)粉砂巖，而通過本次鉆探驗證并做巖礦鑒定后，實際為硬質(zhì)基巖地層：以火山碎屑巖為主（沉凝灰?guī)r、安山玢巖等），局部為石英砂巖。說明原勘察報告所送檢的巖芯不具代表性，勘察報告未揭露的地層巖樣天然抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果以硬質(zhì)巖為主，局部達(dá)到堅硬程度。勘察報告未揭露的硬質(zhì)基巖層單個孔總厚度一般在2～11m之間，見表4。

表4 硬質(zhì)基巖層分布表

4 施工技術(shù)探討

施工單位于2019年10月8日至11月1日進(jìn)行試樁施工，共施工5根試樁，發(fā)現(xiàn)實際地質(zhì)情況與勘察報告存在差異，特別是8號軸線以東區(qū)域，差異明顯，具體如下：

實際地質(zhì)：8 號軸線以東區(qū)域在深度33.5～50m 之間普遍存在1～3 個硬質(zhì)巖層，單孔總厚度在2～11m間；勘察報告地質(zhì)：Z12、Z13、Z14 孔顯示31.0～42.8m為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，41.2～54.3m為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，52～54.3m為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

2020年春節(jié)后，樁基施工實質(zhì)性展開，施工單位發(fā)現(xiàn)，在場地東部區(qū)域，用10型回旋鉆機(jī)需要5～6d成一個孔，20型回旋鉆機(jī)4～5d成一個孔，按此效率，由于場地空間所限，如采用10型回旋鉆機(jī)施工將無法按期完成樁基。為順利推進(jìn)樁基施工，施工單位于2020年3月17日進(jìn)場1臺360旋挖鉆機(jī)，通過對119#樁的施工，從挖上來的鉆渣可以發(fā)現(xiàn)此處32～43m地層夾有強(qiáng)—中風(fēng)化硬質(zhì)巖夾層（后經(jīng)國土資源部杭州礦產(chǎn)資源檢測中心巖性鑒定為凝灰?guī)r），施工困難，一天只能成一個孔。

為切實摸清場地東側(cè)地層，經(jīng)建設(shè)方同意，施工單位進(jìn)場1臺地質(zhì)鉆機(jī)對東側(cè)區(qū)域進(jìn)行鉆探取芯，并將巖芯送至國土資源部杭州礦產(chǎn)資源檢測中心進(jìn)行巖性分析及強(qiáng)度鑒定，經(jīng)檢測：所送巖芯以火山碎屑巖為主（沉凝灰?guī)r、安山玢巖等），局部為石英砂巖；天然抗壓強(qiáng)度檢測為以硬質(zhì)巖為主，局部達(dá)到堅硬程度。

綜上所述，針對本樁基工程項目，考慮到場地東側(cè)（施工圖8#軸線以東區(qū)域）硬質(zhì)巖強(qiáng)度較高，且局部巖層存在強(qiáng)度不均勻情況，不宜采用磨盤式鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)，建議采用旋挖鉆施工和沖擊鉆機(jī)等成孔機(jī)械施工相結(jié)合的方法進(jìn)行，亦可更換更高扭矩樁機(jī)進(jìn)行施工。

5 結(jié)束語

本文依托杭州某大廈樁基工程，先后分析了該項目復(fù)雜地層展開的不同時期地質(zhì)勘查情況，然后針對東側(cè)局部區(qū)域鉆進(jìn)困難的問題，結(jié)合鉆探、巖礦鑒定及強(qiáng)度檢測驗證其泥質(zhì)粉砂巖上還存在硬質(zhì)巖地層，最后簡要探討了整個工程過程施工技術(shù)的選擇，并提出相應(yīng)的鉆進(jìn)方法，主要結(jié)論如下：

（1）巖土工程勘查工作由于受自然地理環(huán)境、場地設(shè)備條件、工人技術(shù)水平等因素影響，存在一定的不確定性，可能導(dǎo)致不同時期的地質(zhì)勘探情況不一致，因此實際勘查中有必要進(jìn)行多次勘探，尤其是針對鉆進(jìn)困難的區(qū)域，必須探明地質(zhì)情況后開展施工工作。

（2）通過多次勘查及鉆探驗證，場地東側(cè)（施工圖8#軸線以東區(qū)域）實際地層基巖巖性為硬質(zhì)基巖地層：以火山碎屑巖為主（沉凝灰?guī)r、安山玢巖等），局部為石英砂巖。

（3）考慮到場地東側(cè)（施工圖8#軸線以東區(qū)域）硬質(zhì)巖強(qiáng)度較高，不宜采用磨盤式鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)，建議采用旋挖鉆施工和沖擊鉆機(jī)等成孔機(jī)械施工相結(jié)合的方法進(jìn)行，亦可更換更高扭矩樁機(jī)進(jìn)行施工。