花崗巖孤石分布特征及其對(duì)橋梁樁基的影響

李 凱

深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518029

0 引言

深圳地區(qū)廣泛分布花崗巖地層，其上覆風(fēng)化層中常見(jiàn)球狀風(fēng)化體（簡(jiǎn)稱(chēng)孤石），由于其個(gè)體性質(zhì)與中、微風(fēng)化基巖類(lèi)似，且不均勻分布于中、微風(fēng)化基巖的上覆風(fēng)化層中，對(duì)樁基成孔和持力層判定產(chǎn)生較大影響［1］。

本文以深圳龍華區(qū)某立交橋梁工程為例，通過(guò)對(duì)勘察過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的孤石特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析樁基在孤石地層中的施工風(fēng)險(xiǎn)，探討具體應(yīng)對(duì)措施。

1 工程概況

該橋梁立交工程位于深圳龍華大浪街道，羊臺(tái)山公園東側(cè)，用地約150 萬(wàn)m2，東西長(zhǎng)1.3km，南北長(zhǎng)1.6km，屬高臺(tái)地～低丘陵地貌，下伏基巖為白堊紀(jì)早期燕山四期花崗巖（γβ3K1），擬建道路等級(jí)為城市快速路，主線(xiàn)設(shè)計(jì)速度為80km/h，雙向6 車(chē)道，匝道40Km/h，單向2 車(chē)道。橋梁基礎(chǔ)均采用嵌巖樁基礎(chǔ)，選用沖孔灌注樁形式，樁徑均為1.5m，設(shè)計(jì)樁端持力層為中或微風(fēng)化花崗巖。

2 孤石的分布特征

本工程勘察共完成269 個(gè)鉆孔，其中揭露孤石的鉆孔數(shù)為85 個(gè)，共揭露孤石130 塊，從風(fēng)化程度、分布地層、揭露粒徑、深度4 個(gè)方面描述孤石分布和尺寸特征［2］。

2.1 孤石的風(fēng)化程度

對(duì)鉆探揭露的孤石風(fēng)化程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖1 所示，有67個(gè)（占比51.5%）孤石為微風(fēng)化，有63 個(gè)（占比48.5%）孤石為中風(fēng)化，兩者在數(shù)量上相差不大。

圖1 孤石風(fēng)化程度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 孤石的分布地層

花崗巖風(fēng)化層自下而上為微風(fēng)化、中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化、殘積土，對(duì)本工程孤石分布的地層進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖2 所示，有96 個(gè)孤石（占比73.8%）位于強(qiáng)風(fēng)化地層，有14 個(gè)孤石（占比10.8%）位于全風(fēng)化地層，有20 個(gè)孤石（占比15.4%）位于殘積土地層，可見(jiàn)，強(qiáng)風(fēng)化地層是孤石發(fā)育的主要地層。

圖2 孤石分布地層統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.3 孤石的揭露粒徑

由于孤石形態(tài)類(lèi)似球體，鉆探揭露的粒徑不一定是其最大粒徑，但可推定其最大粒徑一定大于等于鉆探揭露的粒徑，因此對(duì)孤石的揭露粒徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具有一定的實(shí)際意義。

通過(guò)對(duì)孤石揭露粒徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出其范圍值為0.1～6.6m，平均1.5m，變異系數(shù)為0.807，數(shù)據(jù)離散性較大，為了更合理的描述孤石的揭露粒徑，筆者借鑒土的顆分曲線(xiàn)，提出孤石揭露粒徑的“顆分曲線(xiàn)”，如圖3 所示，揭露粒徑小于1.0m 的孤石數(shù)量占50%，揭露粒徑小于2.1m 的孤石數(shù)量占80%，揭露粒徑小于3.1m 的孤石數(shù)量占90%，揭露粒徑小于4.1m 的孤石數(shù)量占95%。

圖3 孤石揭露粒徑分布曲線(xiàn)

2.4 孤石深度

圖4 孤石層頂埋深統(tǒng)計(jì)表

圖5 孤石層頂高程統(tǒng)計(jì)表

孤石埋藏深度對(duì)建筑基礎(chǔ)有較大的影響，對(duì)本工程孤石數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖4 和圖5 所示，孤石層頂深度分布接近正態(tài)分布，在10.0～15.0m 區(qū)段間分布較多，所占比例接近1/3；孤石層頂高程分布無(wú)明顯規(guī)律，在高程60.0～80.0m 和120.0～140.0m 區(qū)段分布較多，所占比例分別接近1/3 和1/5。

3 孤石對(duì)橋梁樁基的影響

3.1 對(duì)成樁過(guò)程的影響

花崗巖孤石一般為中風(fēng)化和微風(fēng)化巖性，強(qiáng)度高，賦存于相對(duì)較軟的風(fēng)化層中，部分樁基礎(chǔ)在成樁過(guò)程中需要穿過(guò)孤石，進(jìn)入下覆持力層，如地層中孤石數(shù)量較多或粒徑較大，將增大成樁的耗材成本，并增加成樁的工時(shí)，影響較大［3、4］。

3.2 對(duì)持力層判定的影響

部分樁基礎(chǔ)采用嵌巖樁形式，以中風(fēng)化或微風(fēng)化基巖為樁端持力層，而孤石在成樁渣樣上與基巖類(lèi)似，都為中微風(fēng)化巖性，容易造成誤判孤石為樁端持力層，從而影響樁基質(zhì)量，造成返工等不良影響［5］。

4 應(yīng)對(duì)措施

4.1 成樁過(guò)程處理建議

針對(duì)孤石對(duì)成樁的影響，一般可采用沖擊成孔法或鉆孔爆破法。沖孔法適用地層較廣泛，成本低，成孔質(zhì)量好，穿透性強(qiáng)，但存在效率低、工期長(zhǎng)、損耗大、泥漿處理等問(wèn)題。鉆爆法工期短，適用范圍廣，可處理不同大小和埋深的孤石，但其工序繁瑣，費(fèi)用較高，須事先查明樁位處孤石的深度和大小，爆破效果難以控制，對(duì)周邊環(huán)境存在安全隱患［6］。

針對(duì)孤石區(qū)域的樁基工程，建議成樁工藝采用沖孔法。

4.2 持力層判定處理建議

鑒于孤石對(duì)樁端持力層判定的影響，采用施工勘察探查樁位孤石情況，是一種成本低、準(zhǔn)確性高的措施。首先認(rèn)真分析前期勘察資料，掌握?qǐng)龅貎?nèi)孤石的分布規(guī)律和尺寸大小，有針對(duì)性的對(duì)孤石密集分布區(qū)，進(jìn)行逐樁施工勘察，勘察鉆孔應(yīng)進(jìn)入預(yù)計(jì)樁端以下不少于3 倍樁徑且不小于5m［7］，以準(zhǔn)確判定各樁的持力層及其頂面深度，指導(dǎo)樁基施工。

5 結(jié)論

本文依托深圳某立交工程，統(tǒng)計(jì)分析孤石的空間分布特征，借鑒土的顆分曲線(xiàn)，提出描述鉆孔中孤石揭露粒徑的分布曲線(xiàn)，針對(duì)孤石對(duì)樁基工程的影響，建議樁基成樁采用沖孔法，采用施工勘察加強(qiáng)對(duì)樁端持力層的判定。