某水运码头工程桩端持力层为软质岩石且存在风化不均匀的岩土工程勘察分析与探讨

李炳权

摘 要：以东莞市某码头改扩建工程岩土工程勘察为例，总结桩端持力层为软质岩石且存在风化不均匀的岩土工程勘察工作，为相邻或类似地质码头桩基的岩土工程勘察提供参考。

关键词：岩土工程勘察 软质岩石 风化不均匀

1.前言

近年来随着水运工程不断发展，内河码头也得到迅速发展，一般的内河码头基础采用灌注桩。广东省内白垩系地层占相当一部分，其岩性以泥质粉砂岩、页岩、粉砂岩等为主，属于软质岩石；具有软硬互层且岩性交错出现的特点，本文以东莞市某内河码头改扩建工程岩土工程勘察为例，对桩端持力层为软质岩石且存在风化不均匀的岩土工程勘察进行分析与探讨。

2.工程概况

本工程位于广东省中南部、东江下游珠江三角洲的东莞市石龙镇东江北干流右岸；地处东径 113°51′02″；北纬 23°07′06″。建设 1000 吨级多用途泊位8个，并根据年吞吐量件杂货180万吨、集装箱 15万TEU 配置装卸设备和陆域辅助设施，陆域纵深约120m，陆域面积约11.5万㎡。码头岸线长500m，码头面宽13.8m，码头前沿顶高程6.6m，前沿水域底高程-4.55m。码头前沿线考虑在水利陆域后退线和现有护岸边线的基础上外伸12m拟合而成，与水流流向基本平行。

3.地质构造

本勘察区在大地构造单元上属珠江三角洲的一部分，珠江三角洲的基底地貌受构造格局的控制。燕山运动、喜山运动缔造珠江三角洲的地貌轮廓，北东向、北北东向及北西向三组断裂的交截，使平行岭谷进一步形成棋盘状的地形格局。断裂带和基底地形控制着主要河道的流向。珠江三角洲基底地貌的形成阶段则是晚第三系至晚更新世早期以来喜山运动大面积继承性抬升及断陷运动的结果。勘察场地位于东莞盆地东北边缘，受东莞断裂和东江断裂的构造力作用和影响，形成该区的地貌特征。本次勘察未发现浅埋的全新活动断层和新构造运动的痕迹，无不良的地质构造现象。

4.地质条件与存在问题

4.1地质条件

勘察区域中上覆土层为人工填土、第四系全新统河流相冲积层及晚更新统残积土，主要为砂类土和黏性土，部分钻孔揭示薄层淤泥类土；下伏基岩以白垩系软质岩石。基岩为页岩、泥质粉砂岩、粉砂岩；局部为中、粗砂岩、含砾粉砂岩等，基岩种类较多，软硬互层，交错出现，但规律性不大。

4.2地质问题

（1）抗压强度试验值差异较大（软硬互层）问题

泥质粉砂岩与粉砂岩的主要区别在于其含泥量，粉砂岩含泥量比泥质粉砂岩含量较少，其抗压强度较泥质粉砂岩高，且局部为钙质胶结，力学性质相对较好，故与泥质粉砂岩区分，单独划分成层。针对场地内岩性种类较多，交错出现，现场对每层岩体采取了足够数量的岩样进行天然状态单轴抗压强度试验为主，适量进行饱和与干燥状态下的单轴极限抗压强度试验，并计算软化系数。通过现场地质编录与取岩样进行抗压强度试验值对比判断，场地中砂岩、粗砂岩、含砾粉砂岩其力学指标、性质与粉砂岩相近，而且为零星分布，故不单独划分成层，合并至粉砂岩中；页岩呈透镜体出现。对场地揭示的基岩取样进行天然状态下单轴抗压强度试验统计，基岩抗压其力学性质差异较大，具体见表1。

（2）基岩持力层风化不均匀问题

基岩强风化岩（强风化页岩、强风化泥质粉砂岩、强风化粉砂岩）（层号⑥2、⑦2、⑧2）、中风化岩（中风化页岩、中风化泥质粉砂岩、中风化粉砂岩）（层号⑥3、⑦3、⑧3）为良好的桩基持力层；基岩中存在风化不均匀的问题。典型剖面如图1。

5.码头桩基设计方案

码头结构采用砼灌注桩作为桩基基础，考虑采用桩基梁板框架式结构，即上部结构由桩帽、立柱、横梁、纵梁和面板构成；码头桩基采用钢筋混凝土灌注桩，其中轨道梁下灌注桩桩径为Φ1200mm，其余灌注桩桩径为Φ1000mm。码头总长为500m，宽13.8m，码头前沿顶标高 6.6m，前沿底标高-4.55m，共分13个结构段，标准排架间距为7.0m。桩基通过桩帽、立柱与上部结构相连。码头桩基持力层选择在力学特性较好的中风化岩层，码头桩基灌注桩入岩层深度均按进入中风化岩层 3d 控制，确保桩基有足够的入土长度。

5.1桩基承载力要求

码头桩基采用Φ1 20 0 m m、Φ1000mm钢筋混凝土灌注桩结构，其各项承载力设计值如表2。

5.2桩力与桩长计算

根据《码头结构设计规范》（JTS 167-2018）的有关公式，嵌岩桩单桩轴向抗压承载力设计值可按下式计算：

因本项目基岩为软质岩石，为遇水易软化岩层，桩的承载力按灌注桩计算，本项目码头桩端选择中风化岩作为持力层，采用上海易工水运工程结构 CAD 集成软件根据岩土参数计算得出桩力计算如表3。

通过选取地质剖面计算，桩长16.25m～20.35m（桩端高程为-15.5m～-19.6m），码头结构断面图如图2。

6.承载力分析

樁端持力层选择中风化岩层，需要注意桩端下风化夹层问题，桩端落在全风化夹层上，可能导致满足不了承载力或变形要求。

根据《码头结构设计规范》（JTS 167-2018）的有关规定，桩端以下4倍桩径范围内存在软弱土层时，应考虑冲剪破坏的可能性，必要时应验算下卧层的承载力。

参考《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）的有关规定，对于桩距不超过6d的群桩基础，桩端持力层下存在承载力低于桩端持力层承载力1/3的软弱下卧层时，验算软弱下卧层的承载力的公式为：

本项目码头桩端选择中风化岩作为持力层，中风化页岩（层号⑥3）、中风化泥质粉砂岩（层号⑦3）、中风化粉砂岩（层号⑧3）按灌注桩提出极限单位面积桩端阻力标准值分别为4000 kPa、4500 kPa、5000kPa，下卧层：强风化页岩（层号⑥2）、强风化泥质粉砂岩（层号⑦2）强风化粉砂岩（层号⑧2）承载力分别为1800 kPa、1800 kPa、2000kPa，全风化岩（全风化泥质粉砂岩（层号⑦1）全风化粉砂岩（层号⑧1）承载力分别为1000 kPa、1100 kPa，因此，设计需进行验算下卧层的承载力。

7.对存在地质问题的勘察质量控制措施

针对本勘测项目存在的地质问题，勘察采取了以下主要质量控制措施：

（1）采取南方灵锐RTKS82进行钻孔定位，终孔后对实钻位置进行复测，确保钻孔位置与孔口程的准确性；确保地质分层计算无误差。

（2）岩、土样的采取及送样至实验室频率按规范进行。针对本项目为软质岩石，具有失水干裂，吸水易软化，风化速率快的特点，所有岩样在取得回次岩芯后马上进行了采取，并在勘察报表上记录清晰取样深度。岩样的包装首先采用湿报纸对岩样芯柱缠绕，然后用塑料袋包装，最后采用透明胶布对芯样密封。现场存放时对岩样进行遮阳，同时避免雨淋，当天晚上对当天所采取岩土样进行封腊处理，并存放于阴凉的地方直到送样到试验室。

（3）重视岩样的采取数量，使之具有代表性，岩样进行天然抗压试验为主，适量进行饱和与干燥状态下抗压试验，通过计算获得软化系数。

（4）对抗压试验数据进行分析，注意其抗压强度是否具有有效性；如对受压时沿裂隙破坏的样品数据（异常值）进行剔除。

（5）岩芯破碎时，采取有代表性岩块进行点荷载试验；同时，对强风化与中风化岩的过渡带也进行了取样，报告结合抗压试验的强度对岩层进行最终的风化程度定性划分。

（6）对风化夹层的钻进速度、返水情况要求机台进行认真记录，提高岩芯采取率，对桩端持力层下卧较软的全、強风化夹层进行了原位测试试验，试验间距为1～1.5m，进一步查明其力学性能。

8.结语

本项目的勘察，在勘察外业施工前对场地的区域地质进行了搜集，勘察过程中对出现的地质问题采取了有效勘察措施，查明了岩土的分布情况与力学性质，查明了对桩基稳定性影响较大的中风化岩持力层下卧风化夹层的分布；设计人员应根据桩长、桩的中心距对可能存在冲剪破坏的桩位进行复核，进行验算下卧层的承载力。可供相邻或类似地质码头桩基的岩土工程勘察提供参考。

参考文献：

[1]码头结构设计规范.JTS 167-2018.

[2]建筑桩基技术规范.JGJ 94-2008.