碎裂岩区岩土工程施工方法与工程地质特征分析

2019-07-11黎苗

中国金属通报 2019年5期

黎苗

（湖南省勘查设计研究院，湖南长沙 410014）

工程场地位于长沙市开福区朝正垸片区，该区位于东南地洼区雪峰地穹系，湘江地洼列幕阜地穹西南端的乌山洼凸区，经历了槽、台、洼三大构造演化阶段。基底为中元古界冷家溪群浅变质岩。褶皱构造主要有岳麓山向斜和杨泗庙～观音港向斜；断裂构造以北东向极为发育，其次为北西向和东西向，再次为北北东向和南北向，近场地范围内有3条主要断裂，分别是张家咀—溁湾镇—新塘湾断裂（F85）、葫芦坡—金盆岭—炮台子断裂（F101）、东山镇—石桥断裂(F132)（详见下图1）。其中葫芦坡—金盆岭—炮台子断裂（F101）由呈北东-南西向斜贯整个场地，造成场地基岩岩体破碎，钻孔揭露呈岩粉、岩屑状，局部碎块状。

1 碎裂岩体地层特征

场地碎裂岩体主要在浅表构造层次断裂带中，属岩石脆性破裂发育形成的断层岩。碎裂岩按碎块破碎程度及碎基含量可划分为初碎裂岩、碎裂岩、超碎裂岩和碎裂岩化岩，如：断层角砾岩、碎裂岩以及断层泥等。场地的碎裂岩是一种初碎裂岩，块状结构，是由原岩遭受强裂破碎而形成，呈岩粉、砂状或碎块状，局部见石英脉。呈碎裂结构，为极软岩，极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类。

2 碎裂岩区钻探技术方法

2.1 钻探过程中的常见问题

该碎裂岩体表现为结构松散、成柱性差，岩体钻探取芯呈岩粉、砂状或碎块状，极易引起岩芯堆积形成堵水、堵芯现象。在取芯钻进过程中，钻具的摇晃也加速了卡芯，再者钻探过程中泥浆的循环，直接冲刷岩芯，导致岩芯扰动，有的甚至呈砂状。由于岩体结构破碎，还易造成涌水、钻液漏失、及钻孔偏斜、坍塌、钻具掉落等。

2.2 碎裂岩区钻探工艺及技术方法的选择

1）选择合理的钻具

前已述及，碎裂岩体结构破碎，若采用普通的单管钻具，很难取到较为完整的岩芯，选择普通双动双管钻具，同时配合使用适中的金刚石颗粒底喷钻头，避免对碎裂岩体的冲刷，同时在岩芯管内布置挡芯的构件，如拦簧和卡簧，或工人在施工过程中根据地层经验采取简易的挡芯措施，如：丢入铁线、钢珠等。

2）泥浆的合理配比

正、反循环钻机在碎裂岩体施工过程中，泥浆的配比尤为重要，泥浆由水、黏土（或聚丙烯胺）和添加剂组成。根据工程经验泥浆的性能指标项详见下表1。

根据工程地质条件，采用上表参数时，若遇地下水位高或流速大时，建议取高值，若遇地质情况较好，地下水位低、渗透系数小或隔水性能好时宜取低值。泥浆合理使用能保证钻具的顺利运转，保证碎裂岩体的完整性，同时也能有效的悬浮钻渣和护壁。

3）改进钻探工艺参数

在改进钻具和泥浆配比的同时，在钻探工艺参数上的选择也尤为重要，钻具在临界转速下，同一水平面上作用在颗粒上的重力、全反力和摩擦力处于动态平衡状态，通过对钻具进行试速，在破碎地层中，若采用500r/min，岩性的取芯率为25～30%，岩芯基本呈砂状、岩屑状，随着转速以50r/min的速度递减，在转速为150～180r/min时，碎裂岩岩体取芯率最高。详见下图1

图1 碎裂岩体现场岩芯照片

3 碎裂岩体工程物理力学性质

为查明碎裂岩体的工程力学性质，该工程通过现场原位测试和室内土工试验相结合的方法进行了综合分析。

1）原位测试成果：原位测试采用重型圆锥动力触探试验，采用自动落锤装置，连续锤击贯入，触探杆偏斜度控制在2%之内，锤击速率每分钟在15～30击之间，记录每贯入10cm的锤击数N63.5，通过对59次有效试验结果的统计分析，该处碎裂岩锤击数范围值介于22～38之间，统计平均值为31.2锤，标准值为29.6锤，其中部分钻孔出现有明显反弹，无法贯入，说明有该碎裂岩体整体的均匀性较差。

2）室内试验成果：室内岩石物理力学性能试验采用点荷载试验，由于试验可直接选用钻探岩芯及不规则岩块，因此它适用于野外，尤其是对室内试验制样困难的软弱或破碎岩体，该工程点荷载试验通过对45块/15组的有效试验数据结果统计分析，该处碎裂岩轴向点荷载强度指标（Rc）介于0.68～1.09mPa，平均值为0.88mPa，标准值为0.83mPa。

通过原位测试和室内岩体物理力学试验，说明该碎裂岩体整体结构较完整，岩体承载力较好，但岩体受构造挤压作用强烈，岩体的整体均匀性较差。

表1 泥浆的性能参数表

4 碎裂岩工程地质特征及对工程的影响

根据钻探揭露情况，区域内构造发育，拟建场地西部地处岳麓山向斜东南翼，有北东向F85、F101断层斜贯。场地内共有48孔揭露有碎裂岩体，该层受区域构造影响，不均匀夹有石英，岩体劈理、节理较发育，完整性较差，但总体来说，该层强度较高、变形较小。

场地岩体碎裂对工程的桩端承载力和桩基的施工造成了一定的不利影响。首先拟建工程上部荷载大，而碎裂岩体软弱夹层呈透镜状不均匀分布于中风化板岩之中，给桩端承载力和场地的稳定性造成不利影响；碎裂岩体破碎，桩底沉碴厚度较难控制，对成桩质量影响较大，同时该地层节理裂隙极发育，地层的透水性较好，施工时在高水头压力下，应注意桩壁稳定，施工时须采取有效措施，以防止涌水及坍塌。