花岗岩残积土分布区深基坑工程的孤石处理技术研究

王志刚

（广东省冶金建筑设计研究院有限公司，广州 510080）

1 引言

随着城市建设的不断发展，基坑施工作为重要的土木工程环节，对建筑物的稳定和安全起着至关重要的作用[1]。花岗岩在我国华南地区分布广泛，具有差异风化的特点，其风化残积土遇水崩解，特别是会出现局部球状风化现象，形成没有明显发育的孤石[2]，这些孤石不仅会给深基坑的施工带来困难，还可能对工程的安全性和稳定性产生不利影响[3]。针对这种特殊复杂土体基坑施工，不少工程师和学者进行了研究，但目前仍然是华南地区基坑施工的主要问题，本研究以花岗岩残积土分布广泛分布的广东省东部汕尾市城区妇幼保健院一期深基坑工程为例，对该花岗岩残积土分布区工程地质条件和孤石发育特征进行分析，进一步讨论了基坑施工面临的工程风险和针对性处理技术，研究将为类似工程项目的实施提供指导参考。

2 工程背景

汕尾市城区妇幼保健院一期建设项目位于汕尾市区东涌镇汕可路东侧，汕遮路以南，具体位置见图1。项目规划用地面积约6 000 m2，总建筑面积19 560.25 m2，主要建设独栋高层建筑和一间门卫房，地下室高度9.50 m。基坑开挖深度约10.9 m，属深大基坑。其中门诊、医技及住院楼为高层建筑，框架-剪力墙结构，地上11 层，地下2 层，安全等级为一级、地基基础设计等级为乙级、抗震设防类别为乙类。门卫房采用框架结构。

图1 基坑工程位置示意图

2.1 水文气象条件

工程位于汕尾市，其地处中国大陆东南部沿海，属南亚热带季风气候区，海洋性气候明显，其主要气候特点是：气候温暖，雨量丰沛，干湿明显，降水的空间分布不均，呈现明显的“北多南少”分布特征。降水最多地区位于陆河县南部和莲花山一带的“雨窝”地带，最少地区位于红海湾开发区。陆河县河口镇年雨量最大（2 668 mm），红海湾田墘镇年雨量最小（1 075 mm），汕尾、海丰、陆丰3 个国家观测站年雨量分别为1 741.9 mm、2 481.3 mm、1 935.4 mm，根据全市区域自动站观测记录，各乡镇年总雨量介于1 075～2 668 mm。年降雨量变化也受台风影响。根据该工程的勘探报告，测得稳定地下水位4.20～7.40 m，标高12.19～15.84 m，初见地下水位3.40～6.60 m，标高12.99～16.44 m，水位变化因季节而异，丰水雨季节地下水位上升，枯水旱季节地下水位下降，据相关区域水文地质资料，地下水水位变化幅度在3.0～5.0 m。

2.2 地质情况

汕尾市主要深、大断裂有花山深断裂带和潮安—普宁深断裂带。莲花山深断裂带沿莲花山山脉向东经梅县进入福建，向西至惠东，分别于大亚湾、深圳湾入南海，呈北东向延伸，省内长约500 km，是广东主要断裂带之一，具有多旋回活动特征，第四纪以来有活动表现。潮安—普宁深断裂带见于饶平、潮安、普宁、陆丰一带，呈北东向延伸，省内长达210 km。该断裂形成于侏罗纪晚期，近期仍有活动。

地层相对较简单，主要发育中生代和新生代地层，包括侏罗系（J）和三叠系（T）及燕山期侵入体。侏罗系（J）的侏罗系上统高基坪群上亚群主要见于深汕合作区、海丰赤石—内碗窑—黄山洞水库一带，海丰门、观妈山、麒麟尾及陆丰市尖峰峒一带，其他地方有小片出露。岩性为流纹质岩类、英安岩及其火山碎屑岩夹砂页岩，厚约1 280～8 460 m。三叠系的三叠系上统-侏罗系（T3-J）主要见于海丰、陆丰局部及陆河北部小片出露，岩性为砾岩、沙砾岩、粉花岗岩。据广东省地质局《海丰幅地质图》，场地下伏基岩为燕山侵入期二长花岗岩。

拟建场区未见断裂构造迹象。根据区域地质资料，场地距莲花山深断裂带主断裂约20km，距场区附近的次生小断裂超过2 km，拟建场地及附近区域属构造基本稳定区。场地沿线埋藏地层主要有：第四系坡积层（Q4dl）、第四系残积层（Qel）、燕山期花岗岩（γ53）风化层等，具体分层和物理参数如表1 所示。

表1 土层物理参数

在工程勘察中，JZK1、JZK5 等10 处钻孔内揭示有孤石发育并位于花岗岩残积土、全风化，强风化花岗岩中，呈现灰白色，块状构造，中粗粒结构，岩芯呈中-微风化柱状，处钻孔其发育情况如表2 所示。

表2 孤石发育情况

3 工程风险评估

根据区域地质调绘和工程勘察成果，本研究提出可能存在如下风险。

1）残积砂质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩，遇水易软化崩解，工程性能（地基承载力、土体抗剪强度、桩的侧阻和端阻等）会下降明显。若采用上述土层作为地基持力层时，应切实做好防水措施，防止基底土层受水浸泡。

2）由于场地花岗岩体在水平和纵深方向的风化程度差异大，不均匀，容易形成风化深槽，主要表现在风化岩及残积土的埋深、厚度变化大。残积土、全风化岩、强风化岩中孤石发育。当建筑物采用天然地基时，基础将埋置于不同风化岩带及残积土层中，基底岩土力学性质的较大差异将使基础产生不均匀沉降。

3）残积土及风化岩中发育有孤石，场地孤石发育，会造成以下影响：采用天然地基时，开挖困难，且使基底均匀性变差；预制桩时，沉桩困难，易造成桩长过短、桩身偏移甚至断桩；灌注桩时，易造成钻孔困难；当孤石较大时，易把孤石当成完整连续的中微风化岩而导致桩不稳定或承载力达不到设计要求。此外，场地JZK5 钻孔西侧用地红线位置处发现裸露和半裸露孤石，呈强风化-中风化状，裸露孤石大小0.5～2 m³，半裸露孤石推测其大小10～20 m³。基坑开挖产生临空面后其孤石可能形成危岩，发生不良地质现象，应予以注意，采取有关措施。

4）该工程勘察期间地下水位埋深4.2～11.2 m，基坑开挖深度较大，水位高于基坑底板深度，基坑开挖过程中，坑内坑外地下水产生压力差易使基底产生渗流，可能造成坑槽积水、坑底地基岩土承载力降低、坑壁土体软化、支护结构失稳等不利影响。采用降水措施时对周边环境可能产生不利影响，如地面沉降、土体变形等。开挖过程中应采取有效的基坑支护措施，项目基坑开挖深度为10.9 m，依据《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》，属于超过一定规模的危大分部分项工程，施工单位应在施工前编制专项方案，并组织专家对专项方案进行论证。

4 地基基础方案的分析

本研究工程拟建建筑为高层建筑，基础埋深较大。根据详勘结果，建筑物基底土层主要为砂质黏性土、全风化花岗岩和强风化花岗岩，局部为微风化花岗岩。地基承载力较高，地基稳定性较好，可采用天然地基。

由于花岗岩风化的不均匀性，建筑物基底下土层的力学性质差异较大，为不均匀地基，采用天然地基时，应采取结构措施加强基础的整体性，或对中、微风化岩出露部位进行超挖换填，协调地基的不均匀沉降。基础型式可采用筏板基础或箱形基础，由于基底下岩土种类较多，性质差异大，采用天然地基时易产生不均匀沉降。基坑开挖深度大，基底土层暴露时间长，极易受到场地雨水及地下水浸泡而致强度明显降低。基于以上两点考虑，建议采用桩基础。

基底下多为全风化岩和强风化岩，且场地孤石较发育，强度较高的中风化或微风化花岗岩埋深相对较浅，若采用预制桩，沉桩难度大，桩长短致使单桩承载力难以发挥，故建议采用嵌岩灌注桩，由于残积层和花岗岩风化层中有孤石发育，可作为嵌岩桩。桩端持力层的中风化岩层厚度变化大，应加强施工勘察，根据桩位下中、微风化岩的埋深和厚度情况进行动态设计。

当采用嵌岩桩时，冲孔桩易冲入本次揭露地层成桩较为容易，考虑到场地强风化花岗岩层中发育孤石，建议采用碎岩能力较强的冲击成孔工艺；在桩位确定后，进行超前钻，确保桩端置于连续完整的中微风化岩层中。

桩基施工时，花岗岩风化岩和残积土可能遇水软化崩解，土层崩解易影响桩身混凝土的浇筑质量，使用泥浆护壁时，桩周土的摩擦力将大幅度降低，可采用工后注浆提高桩的摩阻力。花岗岩孤石施工钻进困难，且易误作桩端持力层岩体，应进行施工勘察对其查清。

5 结论与建议

1）该工程场地花岗岩风化岩及残积土中发育有孤石，建议采用嵌岩桩基础，由于场区揭露有孤石，钻孔间岩面高差大，且可作为桩端持力层的中风化花岗岩厚度变化大，桩基施工前建议进行施工勘察，确保桩端进入连续稳定的桩端持力层。

2）如果工程采用天然地基，必须采取措施减小地基的不均匀沉降影响。并应采取切实有效措施防止地基土受水浸泡而强度降低。基坑开挖后应采用平板载荷试验对地基土的承载力进行检测，检测点的布置应重点选在承载力较低的砂质黏性土层中。对受水浸泡的地段，也应布设检测点。

3）基坑开挖深度较大，基坑开挖过程中，坑内坑外地下水产生压力差易使基底产生渗流，从而造成坑槽积水、坑底地基岩土承载力降低、坑壁土体软化、支护结构失稳等不利影响。基坑开挖时应采取措施进行地下水控制。基坑开挖后应及时封底，防止地下水或地下水浸泡坑底土层，必要时，可在基坑底设置碎石疏水层。

4）在基坑开挖范围内未揭露除墓穴外的其他洞穴、临空面、破碎岩体或软弱岩层。场地局部地段地表存在孤石，基坑开挖产生临空面后其孤石可能形成危岩，发生不良地质现象，应予以注意，采取有关措施。