花岗岩孤石分布特征及其对桥梁桩基的影响

2020-02-27李凯

江西建材 2020年1期

关键词：孤石风化层成桩

李凯

深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳 518029

0 引言

深圳地区广泛分布花岗岩地层，其上覆风化层中常见球状风化体（简称孤石），由于其个体性质与中、微风化基岩类似，且不均匀分布于中、微风化基岩的上覆风化层中，对桩基成孔和持力层判定产生较大影响［1］。

本文以深圳龙华区某立交桥梁工程为例，通过对勘察过程中发现的孤石特征进行统计，分析桩基在孤石地层中的施工风险，探讨具体应对措施。

1 工程概况

该桥梁立交工程位于深圳龙华大浪街道，羊台山公园东侧，用地约150 万m2，东西长1.3km，南北长1.6km，属高台地～低丘陵地貌，下伏基岩为白垩纪早期燕山四期花岗岩（γβ3K1），拟建道路等级为城市快速路，主线设计速度为80km/h，双向6 车道，匝道40Km/h，单向2 车道。桥梁基础均采用嵌岩桩基础，选用冲孔灌注桩形式，桩径均为1.5m，设计桩端持力层为中或微风化花岗岩。

2 孤石的分布特征

本工程勘察共完成269 个钻孔，其中揭露孤石的钻孔数为85 个，共揭露孤石130 块，从风化程度、分布地层、揭露粒径、深度4 个方面描述孤石分布和尺寸特征［2］。

2.1 孤石的风化程度

对钻探揭露的孤石风化程度进行统计，如图1 所示，有67个（占比51.5%）孤石为微风化，有63 个（占比48.5%）孤石为中风化，两者在数量上相差不大。

图1 孤石风化程度统计结果

2.2 孤石的分布地层

花岗岩风化层自下而上为微风化、中风化、强风化、全风化、残积土，对本工程孤石分布的地层进行统计，如图2 所示，有96 个孤石（占比73.8%）位于强风化地层，有14 个孤石（占比10.8%）位于全风化地层，有20 个孤石（占比15.4%）位于残积土地层，可见，强风化地层是孤石发育的主要地层。

图2 孤石分布地层统计结果

2.3 孤石的揭露粒径

由于孤石形态类似球体，钻探揭露的粒径不一定是其最大粒径，但可推定其最大粒径一定大于等于钻探揭露的粒径，因此对孤石的揭露粒径进行统计，具有一定的实际意义。

通过对孤石揭露粒径进行统计，得出其范围值为0.1～6.6m，平均1.5m，变异系数为0.807，数据离散性较大，为了更合理的描述孤石的揭露粒径，笔者借鉴土的颗分曲线，提出孤石揭露粒径的“颗分曲线”，如图3 所示，揭露粒径小于1.0m 的孤石数量占50%，揭露粒径小于2.1m 的孤石数量占80%，揭露粒径小于3.1m 的孤石数量占90%，揭露粒径小于4.1m 的孤石数量占95%。

图3 孤石揭露粒径分布曲线

2.4 孤石深度

图4 孤石层顶埋深统计表

图5 孤石层顶高程统计表

孤石埋藏深度对建筑基础有较大的影响，对本工程孤石数据进行统计，如图4 和图5 所示，孤石层顶深度分布接近正态分布，在10.0～15.0m 区段间分布较多，所占比例接近1/3；孤石层顶高程分布无明显规律，在高程60.0～80.0m 和120.0～140.0m 区段分布较多，所占比例分别接近1/3 和1/5。

3 孤石对桥梁桩基的影响

3.1 对成桩过程的影响

花岗岩孤石一般为中风化和微风化岩性，强度高，赋存于相对较软的风化层中，部分桩基础在成桩过程中需要穿过孤石，进入下覆持力层，如地层中孤石数量较多或粒径较大，将增大成桩的耗材成本，并增加成桩的工时，影响较大［3、4］。

3.2 对持力层判定的影响

部分桩基础采用嵌岩桩形式，以中风化或微风化基岩为桩端持力层，而孤石在成桩渣样上与基岩类似，都为中微风化岩性，容易造成误判孤石为桩端持力层，从而影响桩基质量，造成返工等不良影响［5］。

4 应对措施

4.1 成桩过程处理建议

针对孤石对成桩的影响，一般可采用冲击成孔法或钻孔爆破法。冲孔法适用地层较广泛，成本低，成孔质量好，穿透性强，但存在效率低、工期长、损耗大、泥浆处理等问题。钻爆法工期短，适用范围广，可处理不同大小和埋深的孤石，但其工序繁琐，费用较高，须事先查明桩位处孤石的深度和大小，爆破效果难以控制，对周边环境存在安全隐患［6］。

针对孤石区域的桩基工程，建议成桩工艺采用冲孔法。

4.2 持力层判定处理建议

鉴于孤石对桩端持力层判定的影响，采用施工勘察探查桩位孤石情况，是一种成本低、准确性高的措施。首先认真分析前期勘察资料，掌握场地内孤石的分布规律和尺寸大小，有针对性的对孤石密集分布区，进行逐桩施工勘察，勘察钻孔应进入预计桩端以下不少于3 倍桩径且不小于5m［7］，以准确判定各桩的持力层及其顶面深度，指导桩基施工。