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淺談強(qiáng)風(fēng)化基巖的工程地質(zhì)條件與預(yù)制樁基礎(chǔ)

時(shí)間日期：2002-10-31 已被閱讀次：[16549]

廣東佛山地質(zhì)工程勘察院　黃芝惠　　劉暉

當(dāng)前，預(yù)制樁以其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，施工快捷的特點(diǎn)而廣泛用于碼頭，橋閘和廠房、樓房建筑等樁基礎(chǔ)施工中。預(yù)制樁基礎(chǔ)往往選用強(qiáng)風(fēng)化基巖的下部至中風(fēng)化基巖的頂界作為樁端持力層，施工中常見有樁體變形、樁端滑移或斷樁事故發(fā)生。引發(fā)事故的因素很多，除了樁體的質(zhì)量之外，尚有施工設(shè)備、施工工藝、設(shè)計(jì)樁型的可行性和場(chǎng)地工程地質(zhì)條件的好壞等因素都直接影響到預(yù)制樁基礎(chǔ)的工程質(zhì)量。國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94－94)和廣東省標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》(DBJ/T15－22－98)對(duì)預(yù)制樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工做了詳細(xì)的技術(shù)規(guī)定，但是，實(shí)際工作中某些因素是規(guī)范中未能涉及到的地方，這就需要我們?cè)趯?shí)踐中去探索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
　　多年來，筆者在巖土工程勘察工作中深感強(qiáng)風(fēng)化基巖的工程地質(zhì)條件與預(yù)制樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量關(guān)系最為密切，本文就佛山市某場(chǎng)地為例做出點(diǎn)滴淺析，以供同行參考。
　　佛山市某場(chǎng)地正在興建六層住宅樓，場(chǎng)地之地基由人工填土層(Qml)、第四系三角洲海陸交互相沖淤積層(Qmc)和下第三系　心組下段(E1－2bxa)灰色、紫紅色薄～中層狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖、長(zhǎng)石砂巖等組成。場(chǎng)地之基巖巖層走向北東，巖層面向北西傾斜，巖
層傾角約15～25°，形成一單斜構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造或破碎帶，地基穩(wěn)定性良好。
　　場(chǎng)地內(nèi)擬建六層樓房采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)，樁徑為ф400mm，以5.0錘打樁機(jī)施工。貫入度以30mm/10擊收錘。一般情況下，大部分管樁都能順利施工。但在某些部位或地段則配樁難，甚至容易引發(fā)樁體變形或斷樁事故。究其原因，配樁難、樁體變形、斷樁等現(xiàn)象統(tǒng)統(tǒng)與強(qiáng)風(fēng)化基巖的工程地質(zhì)條件密切相關(guān)。
　　場(chǎng)地內(nèi)的強(qiáng)風(fēng)化基巖具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
　　1.強(qiáng)風(fēng)化帶基巖與中風(fēng)化帶基巖的分界線具有兩種類型：
　　第1種類型：如圖3ZK4、ZK10、ZK19相同巖性(泥巖)垂向風(fēng)化成殘積土層、強(qiáng)風(fēng)化泥巖及中風(fēng)化或微風(fēng)化泥巖。各相帶為垂向漸變過渡關(guān)系，這種類型的強(qiáng)風(fēng)化基巖對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁施工比較有利，一般都能順利施工。
　　第2種類型：如圖3ZK26和ZK33強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖與中(微)風(fēng)化泥巖的相帶界線正好是兩種不同巖性的巖層面，兩者軟硬突變，加上巖層傾角約20～25°，樁端到達(dá)該層面時(shí)，樁端順層面滑移，從而引發(fā)樁體彎形，甚至斷樁。
　　2.強(qiáng)風(fēng)化帶基巖太薄或缺失：如圖2ZK5第四系淤泥質(zhì)土層直接覆蓋于中風(fēng)化帶基巖之上，兩者之間缺失殘積土層和強(qiáng)風(fēng)化基巖，樁端輕易穿過淤泥質(zhì)土層便與中風(fēng)化村巖猛烈撞擊，容易引發(fā)斷樁。
　　3.強(qiáng)風(fēng)化帶基巖厚度過大，風(fēng)化程度不均勻：在這種情況下，配樁難度大。如圖2ZK6附近有一個(gè)雙樁承臺(tái)，由于ZK6孔深18.5～18.6m處標(biāo)貫試驗(yàn)反彈，該承臺(tái)有一根樁樁端到達(dá)標(biāo)貫試驗(yàn)點(diǎn)深度時(shí)按貫入度完工；由于基巖風(fēng)化不均勻，而同一承臺(tái)另一根樁則到達(dá)24.2m處才收錘，兩樁樁長(zhǎng)相差將近6m。圖3ZK33附近的承臺(tái)，也發(fā)生類似情況。
　　4.強(qiáng)風(fēng)化帶基巖厚度過大，又有楔狀尖滅的中風(fēng)化巖夾層：這些地段配樁更難。圖1是場(chǎng)地內(nèi)中風(fēng)化基巖頂界起伏示意圖，在ZK6—ZK11—ZK20—ZK26—ZK29—ZK32一線的北西側(cè)中風(fēng)化泥巖頂界埋藏淺，頂界標(biāo)高約－7～－9m左右，而且中風(fēng)化泥巖向東南方向迅速呈楔狀尖滅；而該線的南東側(cè)為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖和強(qiáng)風(fēng)化長(zhǎng)石砂巖，其下伏的中風(fēng)化基巖頂界埋藏深，頂界標(biāo)高約－25m左右。這種深淺的突變是難以用等深線給予準(zhǔn)確的表示的，只能通過圖2和圖3工程地質(zhì)剖面圖給予輔助反映�？上攵�，在ZK6—ZK11—ZK20—ZK26—ZK29—ZK32一線東南旁側(cè)的承臺(tái)預(yù)應(yīng)力管樁自然是配樁難，而且難以確保施工質(zhì)量。如ZK26在孔深9.5～10.9m處夾有1.4m厚中風(fēng)化泥巖，由于巖層面向北西向傾斜，使該中風(fēng)化泥巖夾層在ZK26的東南側(cè)呈楔狀迅速尖滅。ZK26附近有一雙樁承臺(tái)，其中的一根樁樁端落在9.0m處，加一根樁長(zhǎng)達(dá)16.2m，而且樁體變形，技術(shù)處理十分麻煩。ZK29附近的承臺(tái)也有類似事故發(fā)生，甚至引發(fā)管樁的下部因?yàn)槭┐蜻^渡疲勞受損造成斷樁。
　　綜觀上述各種情況，預(yù)制樁基礎(chǔ)既有質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，施工快捷的一面，又有受制于錯(cuò)綜復(fù)雜的各種地質(zhì)情況，配樁難，施工事故多的一面。
　　對(duì)于巖土工程勘察和巖土工程勘察報(bào)告的編寫，筆者提出如下幾點(diǎn)建議：
　　1.巖土工程勘察工作中，巖土工程師應(yīng)注意觀察記錄基巖巖層傾角，對(duì)于巖層傾角普遍過大(35～40°以上)的場(chǎng)地，不宜采用預(yù)制樁基礎(chǔ)。
　　2.對(duì)于基巖中軟硬巖層交互頻繁出現(xiàn)的場(chǎng)地(如寶月組強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、長(zhǎng)石砂巖與或微風(fēng)化泥巖互層)，不宜采用預(yù)制基礎(chǔ)。
　　3.對(duì)于預(yù)制樁基礎(chǔ)可行性能夠確定的場(chǎng)地，建議在巖土工程勘察報(bào)告中盡量詳細(xì)做出中風(fēng)化基巖頂界等深線圖。結(jié)合工程地質(zhì)剖面圖可以判斷基巖巖層的走向和傾向，有利于反映巖層的構(gòu)造特征，有利于預(yù)制樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工。
　　4.對(duì)于預(yù)制樁基礎(chǔ)可行性能夠確定的場(chǎng)地，不管是否技術(shù)孔，殘積土層和強(qiáng)風(fēng)化帶基巖建議每隔2～3m應(yīng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)一次，直至標(biāo)貫實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N`≥100擊為止，強(qiáng)風(fēng)化基巖中若有中(微)風(fēng)化基巖夾層，應(yīng)注明夾層位置，這樣比較有利于預(yù)計(jì)樁長(zhǎng)和配樁。
　　5.工程地質(zhì)剖面圖上鉆孔之間基層各相帶連線，應(yīng)綜合考慮巖性、巖石強(qiáng)度、巖層產(chǎn)狀及剖面方向等因素連圖，因?yàn)橛行┎课幌嗤鄮У幕鶐r界線不能盲目直線連接。
　　6.關(guān)于預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)強(qiáng)風(fēng)化基巖的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk的取值問題，人們往往習(xí)慣于套用qsik=200kPa和qpk=8000kPa，建議應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地強(qiáng)化風(fēng)基巖的工程地質(zhì)條件適當(dāng)做些增減。對(duì)于巖土層物理力學(xué)指標(biāo)的選取，應(yīng)結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)為宜。
　　以上是筆者在實(shí)際工作中對(duì)強(qiáng)風(fēng)化基巖的工程地質(zhì)條件和預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)的一些粗淺認(rèn)識(shí)，由于水平有限，錯(cuò)誤難免，不妥之處敬請(qǐng)指正。

南海市松崗地區(qū)溶洞、土洞工程地質(zhì)特征
廣東佛山地質(zhì)工程勘察院黃賢克　易國雄
　　摘要：本文闡述了松崗石灰?guī)r地區(qū)溶洞、土洞的不良地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)溶洞、土洞的形成機(jī)理及空間分布規(guī)律進(jìn)行分析，并對(duì)石灰?guī)r地區(qū)的巖土工程勘察及地基處理提出一些建議。
關(guān)鍵詞：溶洞　土洞　地基　地表場(chǎng)陷南海市松崗

巖溶洞隙及其伴生的土洞是石灰?guī)r地區(qū)的常見不良地質(zhì)現(xiàn)象，它對(duì)建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定性危害極大。在被第四系覆蓋的石灰?guī)r分布區(qū)興建橋梁、樓房及水利設(shè)施時(shí)，地基巖土工程勘察的技術(shù)要求高，施工難度大，探明溶洞、土洞的巖土層工程地質(zhì)特征，采取合理的有效措施對(duì)溶洞、土洞進(jìn)行處理尤為重要，這就需要我們?cè)趯?shí)際工作中努力探索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
　　南海市松崗鎮(zhèn)地區(qū)正是溶洞、土洞十分發(fā)育地區(qū)，本文就該地區(qū)某建筑場(chǎng)地為實(shí)例，試對(duì)溶洞、土洞的巖土層工程地質(zhì)特征及溶洞、土洞的生成地質(zhì)條件進(jìn)行剖析，以供同行參考。
　　一、場(chǎng)地巖土層工程地質(zhì)特征
　　該建筑場(chǎng)地面積約100×100m2，建筑物占地面積約50×40m2。場(chǎng)地內(nèi)擬建一座13層綜合大樓。第一期初勘布設(shè)鉆孔42個(gè)，第二期詳勘又加密鉆孔48個(gè)，先后共90個(gè)鉆孔均以方格網(wǎng)狀布孔。
　　該場(chǎng)地地處珠江三角洲平原中部三水盆地北東部邊緣的里水隆起區(qū)與佛山沉降區(qū)邊界北側(cè)，場(chǎng)地之地基由人工填土層(Qml)、第四系三角洲相松散沖淤積層(Qmc)、殘坡積層(Qedl)及石炭系中、上統(tǒng)壺天群(C2＋3ht)石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r組成。巖土層之工程地質(zhì)特征自上而下簡(jiǎn)述如下：
　　1、素填土：層厚0.8～2.2m。紫紅色、黃褐色，主要由砂巖、泥巖風(fēng)化土堆填而成，含塊石，稍壓實(shí)。濕～很濕。
　　(1)粉質(zhì)粘土：層厚0.5～3.3m，底界埋深1.5～4.3m�；疑�、灰黃色，含腐植質(zhì)，頂部0.3～0.5m呈硬可塑狀而構(gòu)成硬殼層(為耕土層)，中下部呈軟塑狀，經(jīng)53處標(biāo)貫試驗(yàn)，N=1～10擊，平均5.5擊。
　　(2)粉土：層位不穩(wěn)定，層厚2.0～5.6m，底界埋深4.9～7.9m。灰色，上部含淤泥質(zhì)，稍密～中密，濕～很濕。經(jīng)60處標(biāo)貫試驗(yàn)，N=1～15擊，平均4.6擊。(3)粉、細(xì)砂：層厚1.1～4.9m，底界埋深5.8～9.0m。為河口灣三角洲側(cè)向加積層，呈灰色、灰白色，成分以石英為主，頂部含泥質(zhì)，底部偶含細(xì)礫及中、粗砂，松散～稍密，局部中密，飽和。經(jīng)60處標(biāo)貫試驗(yàn)，N=6～25擊，平均12.6擊。
　　(4)粉質(zhì)粘土：層厚0.9～9.9m，底界埋深8.3～16.5m。淺灰白色，上部含砂質(zhì)較多，可塑為主，局部軟塑。經(jīng)134處標(biāo)貫試驗(yàn)，N=3～15擊，平均9.1擊。
　　3、殘坡積土：層厚0.9～11.2m，底界埋深13.4～21.7m。呈紫紅色、棕黃色、灰白色等，花斑狀，成分以粘性土為主，含砂及砂巖、硅質(zhì)巖角礫，成分復(fù)雜，粘性較差，軟可塑～硬可塑。經(jīng)171處標(biāo)貫試驗(yàn)，N=3～40擊，平均11.9擊。該層中、下部土洞發(fā)育。
　　4、微風(fēng)化石灰?guī)r：揭露厚度0.5～13.1m，頂界埋深12.7～25.4m。為石炭系中、上統(tǒng)壺天群石灰?guī)r。灰色、灰白色、肉紅色，厚層狀—巨厚層狀，巖層傾角大于60°，巖芯短柱狀，致密堅(jiān)硬。方解石脈及巖溶洞隙發(fā)育。取巖石抗壓樣61件，其單軸極限抗壓強(qiáng)度fr=36.4～170MPa。
　　二、溶洞、土洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象
　　場(chǎng)地內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖溶洞隙及與其伴生的土洞，場(chǎng)地內(nèi)先后共施工90個(gè)鉆孔，有66個(gè)鉆孔見溶洞和土洞，溶、土洞的出現(xiàn)率占鉆孔數(shù)的73.3％。其中發(fā)現(xiàn)土洞的鉆孔34個(gè)，發(fā)現(xiàn)溶洞的鉆孔46個(gè)，溶、土洞共存在的鉆孔14個(gè)。施工其間出現(xiàn)地表塌陷的鉆孔有18個(gè)，施工后半個(gè)月內(nèi)發(fā)現(xiàn)地表塌陷區(qū)增加到31處，地表塌陷區(qū)最小面積約1m2，大者可達(dá)數(shù)十平方米。
　　1、溶洞、土洞的發(fā)育部位
土洞發(fā)育于第3層殘坡積土的下部，在地表以下18m深處開始出現(xiàn)土洞，至深度20m左右土洞的出現(xiàn)率最高，20～24m深處溶、土洞最為發(fā)育，溶洞呈多層結(jié)構(gòu)，部分溶、土洞共存。
2、溶洞、土洞的形態(tài)、規(guī)模
　　溶、土洞的形態(tài)在剖面上整體為扁平狀，局部呈犬牙交錯(cuò)的不規(guī)則狀，既有單獨(dú)的土洞和溶洞，也有溶、土洞互相連接勾通。從工程地質(zhì)剖面圖上發(fā)現(xiàn)溶、土洞的最長(zhǎng)可達(dá)>30m，最大洞深可超過8m。部分溶洞頂板微風(fēng)化灰?guī)r的厚度不大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于洞跨，預(yù)測(cè)在未來的地史歲月中，這些洞頂也會(huì)有塌陷的危險(xiǎn)。
　　3、溶洞、土洞堆填物性狀
　　大多數(shù)溶、土洞底部均有從頂部坍塌的堆填物，既有粘性土，也有硅質(zhì)巖、灰?guī)r角礫或碎塊，由于受地下水浸泡，土質(zhì)極為松軟。大多數(shù)溶洞未充填或少數(shù)溶洞半充填有灰色淤泥質(zhì)土、礫質(zhì)粘性土及巖塊等。
　　三、地下水對(duì)地表塌陷的影響
　　鉆探施工中當(dāng)鉆至土洞或溶洞時(shí)，鉆孔中普遍都發(fā)生漏水現(xiàn)象，鉆孔終孔時(shí)都觀察不到孔內(nèi)地下水水位。但經(jīng)過一、二天之后，鉆孔內(nèi)水位普遍恢復(fù)到－1.0～－1.5m(假設(shè)地面標(biāo)高為0m)。說明巖溶洞隙內(nèi)的水具有一定的流動(dòng)性，但鉆孔內(nèi)的水位又能在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到地表水位上來，雙從一個(gè)側(cè)面反映出巖溶通道內(nèi)的水雖有流動(dòng)，但其排泄通道并不暢通。在未鉆探施工之前，第(2～4)層粉質(zhì)粘土和第(3)層殘坡積土阻隔著地表水與土洞、溶洞的通道，當(dāng)鉆探施工中鉆孔打開了地表水與土洞、溶洞的通道時(shí)，造成地下水位突然下降，使土洞頂板受到水力潛蝕，土洞空間擴(kuò)大，頂板漸薄，向上呈拱形擴(kuò)展，當(dāng)拱頂薄到不能支撐上部土層的承重時(shí)，便出現(xiàn)成片、成帶的地表塌陷。
　　四、溶洞、土洞成因分析
　　場(chǎng)地內(nèi)溶、土洞的生成具備以下三個(gè)條件：1、基巖為石炭系中、上統(tǒng)壺天群石灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r。據(jù)1：5萬《佛山市幅》區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料，松崗地區(qū)巖層由于在燕山期受東西向壓應(yīng)力場(chǎng)的擠壓作用，巖層走向近南北，巖層近于直立，巖層傾角普遍大于60～70°，裂隙發(fā)育。壺天群灰?guī)r的層面和裂隙為地下水活動(dòng)提供了通道，為溶洞的形成提供了空間。
　　2、第四系第(2～3)粉、細(xì)砂為河口灣三角洲側(cè)向加積層，厚度較大，分布范圍廣，孔隙度高，含水量十分豐富，為地下水向溶洞垂向滲流提供了豐富的水源。
　　3、第四系第(3)層殘坡積土厚度大，成分復(fù)雜，粘性差，為地下水的潛蝕作用和土洞的擴(kuò)展提供了層位。
　　第(2～4)層粉質(zhì)粘土是良好的隔水層，在松崗地區(qū)該層層位比較穩(wěn)定，維持著地表土層現(xiàn)狀的均衡靜態(tài)。這種平衡條件一旦受到破壞，地面將可能產(chǎn)生成片、成帶的塌陷，給地面的建筑物造成極大的危害。
　　五、巖土工程勘察及地基處理建議
　　根據(jù)松崗地區(qū)溶、土洞具有發(fā)育強(qiáng)烈、規(guī)模大、埋藏深、分布范圍廣的特點(diǎn)，筆者提出如下幾點(diǎn)建議。
　　1、第(2～4)層粉質(zhì)粘土是良好的隔水層，一般厚度3～7m，層位比較穩(wěn)定，它維護(hù)著地表土層現(xiàn)狀的均衡靜態(tài)，任何施工單位不要隨意破壞土層結(jié)構(gòu)，不得設(shè)置任何改變地下水水位的設(shè)施。
　　2、無論興建低層、多層、高層樓房或橋梁及重要的水利設(shè)施，都必須進(jìn)行可行性的巖土工程勘察，建議孔距15～20m，根據(jù)工程的需要孔深應(yīng)進(jìn)入連續(xù)中、微風(fēng)化基巖3～5m。
　　3、地基中若發(fā)現(xiàn)有溶、土洞存在，則必須進(jìn)一步做詳細(xì)勘察工作。應(yīng)查明溶、土洞的發(fā)育地質(zhì)條件，溶、土洞的分布規(guī)律，擬建工程范圍內(nèi)的溶、土洞的位置、規(guī)模、埋深及洞內(nèi)堆積物和地下水特征，并研究、分析其發(fā)展趨勢(shì)。
　　4、因?yàn)樗蓫彽貐^(qū)的溶、土洞發(fā)育十分強(qiáng)烈、規(guī)模大、埋藏深(約18～24m)，難以采用挖填夯實(shí)、洞底支撐及灌填法、排水防滲等措施，對(duì)溶、土洞加以治理。建議建筑物盡量避開溶、土洞興建，寧可建低層而不建高層，對(duì)于非建不可的建筑物建議采用物探測(cè)試場(chǎng)地內(nèi)容、土洞的分布情況，采用一柱一孔進(jìn)行詳勘。
　　5、采用樁基礎(chǔ)和鋼筋混凝土梁板跨越相結(jié)合的措施，在建筑物的底板用筏板將各樁連結(jié)起來，以防土洞擴(kuò)展而引發(fā)建筑物基礎(chǔ)失穩(wěn)。
　　以上為筆者多年來在松崗地區(qū)巖土工程勘察中的點(diǎn)滴體會(huì)，供建筑行業(yè)主管部門和同行參考。因筆者經(jīng)驗(yàn)不足，錯(cuò)誤在所難免，敬請(qǐng)行家指正。
　　參考文獻(xiàn)
　　1、廣東省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1988，廣東省區(qū)域地質(zhì)志。地質(zhì)出版社。
　　2、劉正峰等，2000，地基與基礎(chǔ)工程新技術(shù)實(shí)用手冊(cè)。海潮出版社。
　　3、中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，2002，巖土工程勘察規(guī)范。建筑工業(yè)出版社

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