桩基施工中的复杂地层实例分析及施工技术探讨
时间：2023-06-26 18:05:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
包方寿，徐永章，郑 超
（浙江煤炭地质局勘探一队，浙江 湖州 313000）
中国地域辽阔、地质环境复杂，各类地层条件分区展布，譬如青藏高原高寒冻土，陕西山西一带黄土高原，云贵川西南山川石林，东南沿海碳酸盐溶蚀地层及软土等。不同的工程地质与水文地质条件下，岩石与土的物理力学与化学性质有着很大的差别，而不利于施工的地层若不及时处理则会影响整个工程施工进度，导致造价的变更增加，甚至危害施工作业人员的生命安全。因此岩土工程勘查设计必然得针对相应的地层提出合理安全的优化施工方案，以保障项目施工的顺利开展。
就长江三角洲杭州湾地区而言，该地区海拔较低，东靠东海，除去浅表第四系覆盖层以外，往往以淤泥质软土、碎屑岩夹中、酸性火山岩为主，局部还有深层硬质岩，地质构造较发育，处于多个断层交汇处，地质情况比较复杂。本文以杭州某桩基项目为工程背景，对该项目复杂地层展开的不同时期地质勘查情况进行分析，然后针对东侧局部区域钻进困难问题结合钻探、岩矿鉴定及强度检测验证其泥质粉砂岩上还存在硬质岩地层，最后简要探讨了整个工程过程施工技术的选择，并提出相应的钻进方法，以期为今后类似桩基工程的施工提供一定价值参考。
浙江某文化产业发展有限公司拟新建大厦勘察与初步设计项目，工程位于浙江省杭州市拱墅区的闹市区。拟建场地原地形为碎石停车场，勘察期间场地地势较为平坦。本工程总用地面积7378m2，建筑面积约27428m2，其中地上建筑面积约15492m2，地下建筑面积约11936m2。拟建建筑物包括1 幢11 层大厦和3 层裙楼，拟建场地设地下三层地下室。建筑物概况详见表1。
表1 建筑物概况表
查阅该地区区域地质资料后了解到，该区第四系覆盖层以下地层为侏罗纪上统（J3l）劳村组地层，以紫红色碎屑岩为主，夹中、酸性火山岩；
本区地质构造较发育，处于多个断层交汇处，地质情况比较复杂。
本工程勘察项目共布置20 个勘察孔，均为机钻孔（包括6个动探孔、1个动探+取土孔、8个取土孔和5个钻探孔）。勘察孔主要沿建（构）筑物角点、边线和柱列线布设。孔距为15～24m 左右，控制性孔的孔深为60.0m。地下室周边线紧临建筑物边线，故地下室勘探点主要沿建筑物布置，孔距控制在24m 以内。本次勘察于2018年12月20日进场施工，于2018年12月29日完成野外作业。期间调进3 台XY-1 型钻机进场勘察。场地土层分布可划分为7个工程地质大层，细分为10个地质亚层，自上而下依次见表2。
表2 详细勘察阶段地层情况表
本桩基项目场地设计布置276 根工程桩，设计持力层进入中风化泥质粉砂岩。在本场地东侧部分区域（桩基施工图8#轴线以东），桩基施工成孔过程中钻进困难，进尺缓慢，发现钻进地层与勘察报告中描述明显不符，故对本工程东侧区域地基岩土层进行钻探验证。
本次钻探共布置勘探孔4 个机钻孔，孔深57.5～58.0m，主要布置在本施工场地东侧。钻探野外作业于2020 年3 月29 日进场，并于2020 年4 月8 日完成东侧场地的钻探验证施工。勘探点定位由业主、总承包单位和分包单位参考试桩情况商议确定。孔口高程用RTK 仪器测量而得，具体详见勘探点平面位置图，图中坐标及高程与原勘察报告为同一系统。勘探点平面布置图如图1所示。
钻探结束后，邀请业主、监理见证取岩芯样并选取7个岩芯样，与总承包单位相关负责人送至国土资源部杭州矿产资源监督检测中心进行岩性分析及强度鉴定。其中，SK1-1、SK3-2、SK4-2及119#桩共四件柱、块状样品用于强度检测，检测温度为17℃，检测湿度为52%RH，并依据《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266-99标准，检测设备采用YA-2000型压力试验机和AG-IC 100KN 岛津电子万能试验机。SK3-1、SK4-1 及119#桩共三件块状样品用于岩矿鉴定，鉴定温度为24℃，鉴定湿度为51%RH，并依据《岩矿鉴定技术规范》DZ/T 0275.(1-4)-2015及《地质矿产实验室测试质量管理规范岩石矿物样品鉴定》DZ/T 0130.9-2006标准，鉴定设备采用BX41TF岩矿偏光显微镜。
由图2强度检测结果可以看出，该桩基工程取样深度为37.3～37.4m 的SK1-1 样品天然状态单轴抗压强度38.7MPa，取样深度为42.8～42.9m的SK3-2样品天然状态单轴抗压强度25.1MPa，取样深度为47.2～47.3m 的SK4-2 样品天然状态单轴抗压强度5.01MPa，取样深度为40.1～40.3m 的119#桩样品由于采用360旋挖钻机钻取，如现场图所示，岩芯较破碎，无法制成完整圆柱样用于单轴抗压强度试验，故改用天然状态点荷载试验，点荷载强度指数代表值为3.41MPa，抗压强度为68.2MPa。纵观37～47m深度的四个岩样，抗压强度均在5MPa 以上，局部甚至达到了68MPa，属坚硬岩范畴，说明本次钻探验证的必要性，在今后的施工过程中，针对场地不同区域位置，应合理考虑不同的施工技术以保障正常进度施工。
图2 强度检测样品空间位置分布及抗压强度值
经岩矿鉴定结果显示，该桩基工程取样深度为42.3～42.4m的SK3-1岩石样品具沉凝灰结构，由火山碎屑物质和正常沉积物质两大部分组成，是一种过渡性岩石、其中以火山碎屑物质为主，可见弧面多角状玻屑，及一些大小混杂、呈凝灰状的晶屑、岩屑等。岩石中还可见有一些正常沉积的物质，多见粒径0.01～0.1mm的石英等粉砂级碎屑，多呈次棱角状，岩矿鉴定结果为灰白色块状沉凝灰岩。取样深度为39.1～39.2m 的SK4-1 岩石样品具细砂结构，由大量正常沉积的分散碎屑物质堆积压实而成。其中以细砂级碎屑为主，主要见石英、长石等。碎屑粒径约0.1～0.25mm，分选较好；
多呈次棱角状，磨圆差。碎屑之间呈颗粒支撑，孔隙式胶结，填隙物见一些云母质粘土，岩矿鉴定结果为浅棕色松散块状细粒长石石英砂岩。取样深度为40.1～40.3m的119#桩岩石样品具斑状结构，斑晶约5%～10%，主要见斜长石，现多已粘土化。基质具玻晶交织结构，可见大量斜长石板条状微晶时而杂乱排列，时而半定向排列，其间充填有一些玻璃隐晶质，及磁铁矿小微粒等。岩石中还可见少量气孔，多呈不规则状，岩矿鉴定结果为灰色块状安山玢岩。
依据本次施工勘察钻探验证成果，结合区域地质资料和勘察报告，本场地杂填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹粉土、粉质粘土夹粉土、⑥3粉质粘土、⑦1粉质粘土7 层地层情况与原勘查报告基本一致，下部深层各岩土层特征自上而下见表3。
表3 施工钻探验证阶段深部地层情况表
通过本次勘探，结合区域地质资料，查明场地东侧（施工图8#轴线以东区域）各地基岩土层的分布情况如下：
（1）勘察报告揭露的第四系土层（深度31～35m以上部分）与本次钻探揭露地质情况一致，实际桩端持力层岩性与原勘察报告基本一致。
（2）勘察报告中揭露的在深度一般在31～50m 之间的风化岩层岩性及强度与实际分布明显不符。勘察报告中此处地层基岩岩性均为泥质粉砂岩，而通过本次钻探验证并做岩矿鉴定后，实际为硬质基岩地层：以火山碎屑岩为主（沉凝灰岩、安山玢岩等），局部为石英砂岩。说明原勘察报告所送检的岩芯不具代表性，勘察报告未揭露的地层岩样天然抗压强度检测结果以硬质岩为主，局部达到坚硬程度。勘察报告未揭露的硬质基岩层单个孔总厚度一般在2～11m之间，见表4。
表4 硬质基岩层分布表
施工单位于2019年10月8日至11月1日进行试桩施工，共施工5根试桩，发现实际地质情况与勘察报告存在差异，特别是8号轴线以东区域，差异明显，具体如下：
实际地质：8 号轴线以东区域在深度33.5～50m 之间普遍存在1～3 个硬质岩层，单孔总厚度在2～11m间；
勘察报告地质：Z12、Z13、Z14 孔显示31.0～42.8m为全风化泥质粉砂岩，41.2～54.3m为强风化泥质粉砂岩，52～54.3m为中风化泥质粉砂岩。
2020年春节后，桩基施工实质性展开，施工单位发现，在场地东部区域，用10型回旋钻机需要5～6d成一个孔，20型回旋钻机4～5d成一个孔，按此效率，由于场地空间所限，如采用10型回旋钻机施工将无法按期完成桩基。为顺利推进桩基施工，施工单位于2020年3月17日进场1台360旋挖钻机，通过对119#桩的施工，从挖上来的钻渣可以发现此处32～43m地层夹有强—中风化硬质岩夹层（后经国土资源部杭州矿产资源检测中心岩性鉴定为凝灰岩），施工困难，一天只能成一个孔。
为切实摸清场地东侧地层，经建设方同意，施工单位进场1台地质钻机对东侧区域进行钻探取芯，并将岩芯送至国土资源部杭州矿产资源检测中心进行岩性分析及强度鉴定，经检测：所送岩芯以火山碎屑岩为主（沉凝灰岩、安山玢岩等），局部为石英砂岩；
天然抗压强度检测为以硬质岩为主，局部达到坚硬程度。
综上所述，针对本桩基工程项目，考虑到场地东侧（施工图8#轴线以东区域）硬质岩强度较高，且局部岩层存在强度不均匀情况，不宜采用磨盘式钻机进行钻进，建议采用旋挖钻施工和冲击钻机等成孔机械施工相结合的方法进行，亦可更换更高扭矩桩机进行施工。
本文依托杭州某大厦桩基工程，先后分析了该项目复杂地层展开的不同时期地质勘查情况，然后针对东侧局部区域钻进困难的问题，结合钻探、岩矿鉴定及强度检测验证其泥质粉砂岩上还存在硬质岩地层，最后简要探讨了整个工程过程施工技术的选择，并提出相应的钻进方法，主要结论如下：
（1）岩土工程勘查工作由于受自然地理环境、场地设备条件、工人技术水平等因素影响，存在一定的不确定性，可能导致不同时期的地质勘探情况不一致，因此实际勘查中有必要进行多次勘探，尤其是针对钻进困难的区域，必须探明地质情况后开展施工工作。
（2）通过多次勘查及钻探验证，场地东侧（施工图8#轴线以东区域）实际地层基岩岩性为硬质基岩地层：以火山碎屑岩为主（沉凝灰岩、安山玢岩等），局部为石英砂岩。
（3）考虑到场地东侧（施工图8#轴线以东区域）硬质岩强度较高，不宜采用磨盘式钻机进行钻进，建议采用旋挖钻施工和冲击钻机等成孔机械施工相结合的方法进行，亦可更换更高扭矩桩机进行施工。
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