花崗巖殘積土分布區(qū)深基坑工程的孤石處理技術(shù)研究

王志剛

（廣東省冶金建筑設(shè)計研究院有限公司，廣州 510080）

1 引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，基坑施工作為重要的土木工程環(huán)節(jié)，對建筑物的穩(wěn)定和安全起著至關(guān)重要的作用[1]?；◢弾r在我國華南地區(qū)分布廣泛，具有差異風(fēng)化的特點(diǎn)，其風(fēng)化殘積土遇水崩解，特別是會出現(xiàn)局部球狀風(fēng)化現(xiàn)象，形成沒有明顯發(fā)育的孤石[2]，這些孤石不僅會給深基坑的施工帶來困難，還可能對工程的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響[3]。針對這種特殊復(fù)雜土體基坑施工，不少工程師和學(xué)者進(jìn)行了研究，但目前仍然是華南地區(qū)基坑施工的主要問題，本研究以花崗巖殘積土分布廣泛分布的廣東省東部汕尾市城區(qū)婦幼保健院一期深基坑工程為例，對該花崗巖殘積土分布區(qū)工程地質(zhì)條件和孤石發(fā)育特征進(jìn)行分析，進(jìn)一步討論了基坑施工面臨的工程風(fēng)險和針對性處理技術(shù)，研究將為類似工程項(xiàng)目的實(shí)施提供指導(dǎo)參考。

2 工程背景

汕尾市城區(qū)婦幼保健院一期建設(shè)項(xiàng)目位于汕尾市區(qū)東涌鎮(zhèn)汕可路東側(cè)，汕遮路以南，具體位置見圖1。項(xiàng)目規(guī)劃用地面積約6 000 m2，總建筑面積19 560.25 m2，主要建設(shè)獨(dú)棟高層建筑和一間門衛(wèi)房，地下室高度9.50 m?；娱_挖深度約10.9 m，屬深大基坑。其中門診、醫(yī)技及住院樓為高層建筑，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地上11 層，地下2 層，安全等級為一級、地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級、抗震設(shè)防類別為乙類。門衛(wèi)房采用框架結(jié)構(gòu)。

圖1 基坑工程位置示意圖

2.1 水文氣象條件

工程位于汕尾市，其地處中國大陸東南部沿海，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，海洋性氣候明顯，其主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是：氣候溫暖，雨量豐沛，干濕明顯，降水的空間分布不均，呈現(xiàn)明顯的“北多南少”分布特征。降水最多地區(qū)位于陸河縣南部和蓮花山一帶的“雨窩”地帶，最少地區(qū)位于紅海灣開發(fā)區(qū)。陸河縣河口鎮(zhèn)年雨量最大（2 668 mm），紅海灣田墘鎮(zhèn)年雨量最小（1 075 mm），汕尾、海豐、陸豐3 個國家觀測站年雨量分別為1 741.9 mm、2 481.3 mm、1 935.4 mm，根據(jù)全市區(qū)域自動站觀測記錄，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)年總雨量介于1 075～2 668 mm。年降雨量變化也受臺風(fēng)影響。根據(jù)該工程的勘探報告，測得穩(wěn)定地下水位4.20～7.40 m，標(biāo)高12.19～15.84 m，初見地下水位3.40～6.60 m，標(biāo)高12.99～16.44 m，水位變化因季節(jié)而異，豐水雨季節(jié)地下水位上升，枯水旱季節(jié)地下水位下降，據(jù)相關(guān)區(qū)域水文地質(zhì)資料，地下水水位變化幅度在3.0～5.0 m。

2.2 地質(zhì)情況

汕尾市主要深、大斷裂有花山深斷裂帶和潮安—普寧深斷裂帶。蓮花山深斷裂帶沿蓮花山山脈向東經(jīng)梅縣進(jìn)入福建，向西至惠東，分別于大亞灣、深圳灣入南海，呈北東向延伸，省內(nèi)長約500 km，是廣東主要斷裂帶之一，具有多旋回活動特征，第四紀(jì)以來有活動表現(xiàn)。潮安—普寧深斷裂帶見于饒平、潮安、普寧、陸豐一帶，呈北東向延伸，省內(nèi)長達(dá)210 km。該斷裂形成于侏羅紀(jì)晚期，近期仍有活動。

地層相對較簡單，主要發(fā)育中生代和新生代地層，包括侏羅系（J）和三疊系（T）及燕山期侵入體。侏羅系（J）的侏羅系上統(tǒng)高基坪群上亞群主要見于深汕合作區(qū)、海豐赤石—內(nèi)碗窯—黃山洞水庫一帶，海豐門、觀媽山、麒麟尾及陸豐市尖峰峒一帶，其他地方有小片出露。巖性為流紋質(zhì)巖類、英安巖及其火山碎屑巖夾砂頁巖，厚約1 280～8 460 m。三疊系的三疊系上統(tǒng)-侏羅系（T3-J）主要見于海豐、陸豐局部及陸河北部小片出露，巖性為礫巖、沙礫巖、粉花崗巖。據(jù)廣東省地質(zhì)局《海豐幅地質(zhì)圖》，場地下伏基巖為燕山侵入期二長花崗巖。

擬建場區(qū)未見斷裂構(gòu)造跡象。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場地距蓮花山深斷裂帶主斷裂約20km，距場區(qū)附近的次生小斷裂超過2 km，擬建場地及附近區(qū)域?qū)贅?gòu)造基本穩(wěn)定區(qū)。場地沿線埋藏地層主要有：第四系坡積層（Q4dl）、第四系殘積層（Qel）、燕山期花崗巖（γ53）風(fēng)化層等，具體分層和物理參數(shù)如表1 所示。

表1 土層物理參數(shù)

在工程勘察中，JZK1、JZK5 等10 處鉆孔內(nèi)揭示有孤石發(fā)育并位于花崗巖殘積土、全風(fēng)化，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中，呈現(xiàn)灰白色，塊狀構(gòu)造，中粗粒結(jié)構(gòu)，巖芯呈中-微風(fēng)化柱狀，處鉆孔其發(fā)育情況如表2 所示。

表2 孤石發(fā)育情況

3 工程風(fēng)險評估

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)繪和工程勘察成果，本研究提出可能存在如下風(fēng)險。

1）殘積砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，遇水易軟化崩解，工程性能（地基承載力、土體抗剪強(qiáng)度、樁的側(cè)阻和端阻等）會下降明顯。若采用上述土層作為地基持力層時，應(yīng)切實(shí)做好防水措施，防止基底土層受水浸泡。

2）由于場地花崗巖體在水平和縱深方向的風(fēng)化程度差異大，不均勻，容易形成風(fēng)化深槽，主要表現(xiàn)在風(fēng)化巖及殘積土的埋深、厚度變化大。殘積土、全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖中孤石發(fā)育。當(dāng)建筑物采用天然地基時，基礎(chǔ)將埋置于不同風(fēng)化巖帶及殘積土層中，基底巖土力學(xué)性質(zhì)的較大差異將使基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降。

3）殘積土及風(fēng)化巖中發(fā)育有孤石，場地孤石發(fā)育，會造成以下影響：采用天然地基時，開挖困難，且使基底均勻性變差；預(yù)制樁時，沉樁困難，易造成樁長過短、樁身偏移甚至斷樁；灌注樁時，易造成鉆孔困難；當(dāng)孤石較大時，易把孤石當(dāng)成完整連續(xù)的中微風(fēng)化巖而導(dǎo)致樁不穩(wěn)定或承載力達(dá)不到設(shè)計要求。此外，場地JZK5 鉆孔西側(cè)用地紅線位置處發(fā)現(xiàn)裸露和半裸露孤石，呈強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化狀，裸露孤石大小0.5～2 m3，半裸露孤石推測其大小10～20 m3?；娱_挖產(chǎn)生臨空面后其孤石可能形成危巖，發(fā)生不良地質(zhì)現(xiàn)象，應(yīng)予以注意，采取有關(guān)措施。

4）該工程勘察期間地下水位埋深4.2～11.2 m，基坑開挖深度較大，水位高于基坑底板深度，基坑開挖過程中，坑內(nèi)坑外地下水產(chǎn)生壓力差易使基底產(chǎn)生滲流，可能造成坑槽積水、坑底地基巖土承載力降低、坑壁土體軟化、支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等不利影響。采用降水措施時對周邊環(huán)境可能產(chǎn)生不利影響，如地面沉降、土體變形等。開挖過程中應(yīng)采取有效的基坑支護(hù)措施，項(xiàng)目基坑開挖深度為10.9 m，依據(jù)《危險性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》，屬于超過一定規(guī)模的危大分部分項(xiàng)工程，施工單位應(yīng)在施工前編制專項(xiàng)方案，并組織專家對專項(xiàng)方案進(jìn)行論證。

4 地基基礎(chǔ)方案的分析

本研究工程擬建建筑為高層建筑，基礎(chǔ)埋深較大。根據(jù)詳勘結(jié)果，建筑物基底土層主要為砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，局部為微風(fēng)化花崗巖。地基承載力較高，地基穩(wěn)定性較好，可采用天然地基。

由于花崗巖風(fēng)化的不均勻性，建筑物基底下土層的力學(xué)性質(zhì)差異較大，為不均勻地基，采用天然地基時，應(yīng)采取結(jié)構(gòu)措施加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性，或?qū)χ?、微風(fēng)化巖出露部位進(jìn)行超挖換填，協(xié)調(diào)地基的不均勻沉降?；A(chǔ)型式可采用筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)，由于基底下巖土種類較多，性質(zhì)差異大，采用天然地基時易產(chǎn)生不均勻沉降。基坑開挖深度大，基底土層暴露時間長，極易受到場地雨水及地下水浸泡而致強(qiáng)度明顯降低?；谝陨蟽牲c(diǎn)考慮，建議采用樁基礎(chǔ)。

基底下多為全風(fēng)化巖和強(qiáng)風(fēng)化巖，且場地孤石較發(fā)育，強(qiáng)度較高的中風(fēng)化或微風(fēng)化花崗巖埋深相對較淺，若采用預(yù)制樁，沉樁難度大，樁長短致使單樁承載力難以發(fā)揮，故建議采用嵌巖灌注樁，由于殘積層和花崗巖風(fēng)化層中有孤石發(fā)育，可作為嵌巖樁。樁端持力層的中風(fēng)化巖層厚度變化大，應(yīng)加強(qiáng)施工勘察，根據(jù)樁位下中、微風(fēng)化巖的埋深和厚度情況進(jìn)行動態(tài)設(shè)計。

當(dāng)采用嵌巖樁時，沖孔樁易沖入本次揭露地層成樁較為容易，考慮到場地強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層中發(fā)育孤石，建議采用碎巖能力較強(qiáng)的沖擊成孔工藝；在樁位確定后，進(jìn)行超前鉆，確保樁端置于連續(xù)完整的中微風(fēng)化巖層中。

樁基施工時，花崗巖風(fēng)化巖和殘積土可能遇水軟化崩解，土層崩解易影響樁身混凝土的澆筑質(zhì)量，使用泥漿護(hù)壁時，樁周土的摩擦力將大幅度降低，可采用工后注漿提高樁的摩阻力?；◢弾r孤石施工鉆進(jìn)困難，且易誤作樁端持力層巖體，應(yīng)進(jìn)行施工勘察對其查清。

5 結(jié)論與建議

1）該工程場地花崗巖風(fēng)化巖及殘積土中發(fā)育有孤石，建議采用嵌巖樁基礎(chǔ)，由于場區(qū)揭露有孤石，鉆孔間巖面高差大，且可作為樁端持力層的中風(fēng)化花崗巖厚度變化大，樁基施工前建議進(jìn)行施工勘察，確保樁端進(jìn)入連續(xù)穩(wěn)定的樁端持力層。

2）如果工程采用天然地基，必須采取措施減小地基的不均勻沉降影響。并應(yīng)采取切實(shí)有效措施防止地基土受水浸泡而強(qiáng)度降低。基坑開挖后應(yīng)采用平板載荷試驗(yàn)對地基土的承載力進(jìn)行檢測，檢測點(diǎn)的布置應(yīng)重點(diǎn)選在承載力較低的砂質(zhì)黏性土層中。對受水浸泡的地段，也應(yīng)布設(shè)檢測點(diǎn)。

3）基坑開挖深度較大，基坑開挖過程中，坑內(nèi)坑外地下水產(chǎn)生壓力差易使基底產(chǎn)生滲流，從而造成坑槽積水、坑底地基巖土承載力降低、坑壁土體軟化、支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等不利影響?；娱_挖時應(yīng)采取措施進(jìn)行地下水控制?；娱_挖后應(yīng)及時封底，防止地下水或地下水浸泡坑底土層，必要時，可在基坑底設(shè)置碎石疏水層。

4）在基坑開挖范圍內(nèi)未揭露除墓穴外的其他洞穴、臨空面、破碎巖體或軟弱巖層。場地局部地段地表存在孤石，基坑開挖產(chǎn)生臨空面后其孤石可能形成危巖，發(fā)生不良地質(zhì)現(xiàn)象，應(yīng)予以注意，采取有關(guān)措施。