沖鉆孔灌注樁成孔施工中基巖的判定

福建省東辰巖土基礎工程公司 張雪連

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沖鉆孔灌注樁成孔施工中基巖的判定

福建省東辰巖土基礎工程公司 張雪連

該文以沖鉆孔灌注樁成孔施工為例，主要從成樁工藝、巖性特征等方面分析判定孔底基巖，保證樁基成樁質量。

沖鉆孔灌注樁 成孔 孤石 風化基巖 巖脈侵入

沖鉆孔灌注樁基礎在城市建筑道路橋梁工程中應用比較廣泛。它的施工工藝及技術發展也比較成熟，具有穿透能力強、嵌巖深度大、單樁承載力高、穩定性好、沉降量小、受施工水位或地下水位高低的影響較小，且施工方便、質量可靠等優點，不受土層、巖層條件的約束，施工工藝的限制條件也相對較少。此外，它能根據建筑物的荷載和場地工程地質條件的不同情況，采用不同口徑、不同樁長來滿足設計要求。隨著現代城市建設的飛速發展，在高層、超高層建筑、原有交通設施、公路橋梁、港口碼頭的建設中就更能體現其優越性。

沖鉆孔灌注樁作為地下工程，隱蔽性強，施工周期長，控制要點多，施工過程中質量不容易控制，為了防止出現不合格樁或者有嚴重缺陷的樁，人們可以利用多種物探方法，對沖鉆孔樁成孔后的各項技術參數先進行檢測，及早了解成樁前的質量狀況。檢測內容包括：孔深、孔徑、垂直度、孔底沉渣等。有了成樁前和成樁后的兩次檢驗，如今沖鉆孔灌注樁的可信度越來越高，已經成為許多重要工程項目的首選樁型。

然而應當指出的是，沖鉆孔樁在嵌巖過程中對孔底基巖的準確判定，至今仍存在一定的難度。凡巖石層結構簡單的施工場地，因有勘察報告可以參考借鑒，故孔底巖石的判斷一般比較準確。但若遇到沉淀基底形態復雜且后期地質作用較強烈的場地，沖鉆孔樁施工中亦會出現些異常情況，此時勘察報告的“一孔之見”就以偏概全了。隨著城市化建設的高速發展，高層建筑均要求以堅實穩定的基巖作為基礎樁端持力層。施工單位應收集孔底巖渣樣供設計部門參考，以便修改設計及時調整施工方案，避免給建筑留下重大的質量隱患。孔底基巖判定對于確定最終樁身長度，節約樁基造價，進而節約建設投資資金以及加快工程施工進度，有著較為現實的意義。本文著重就沖鉆孔灌注樁成孔施工中出現的各種情況，從鉆進工藝、巖性特征等方面來分析判定基底持力層的性質。

所謂的基巖（英文名稱bedrock），指的是地球陸地表面疏松物質(土壤和底土)底下的堅硬巖層，即有根基的原巖。判定樁基持力層是否有根基，對整幢建筑物來說至關重要。樁基施工中，樁端如果落在體積很大，直徑達數米，且深度較高的孤石上，從而判定為基巖，就好比建在空中的樓閣，將會帶來樁基失穩的危險，其日后的使用安全是值得擔憂的。所以判定基底是否為原巖具有非常重要的意義。根據多年的施工經驗，筆者將它分為三種情況來一一論述：（1）孤石，指沒有根基的巖石；（2）風化基巖；（3）巖脈侵入。

1 孤石

孤石指的是單一的，巖性一致且沒有根基的巖石，其特點是礦物成分及巖石硬度與周圍的巖土層明顯不同。這種孤石的出現一般都比較突然。人們通過沖鉆孔機械異常情況就能覺察出來。此時孔內若繼續使用土層鉆頭則很難鉆進，鉆機跳動激烈，每進尺<1cm，且缺少循序漸進的感覺，鉆進效率較低，易產生卡鉆、斜孔、掉鉆頭、塌孔等事故，成孔速度也較慢，嚴重影響施工的正常進度，有的甚至因施工無法進展而不得不變更設計。

從巖石風化序列的角度分析，穿過很薄的殘積土層甚至未見到殘積土層就遇到（很新鮮的中、微風化）的巖石，地層缺失了殘積土、強風化巖和中風化巖層面上的節理裂隙帶，這種情況不符合風化逐漸過渡的規律，屬異常現象，且孔內泥漿循環液帶不上常見的花崗石中的石英顆粒及殘留的礦物質等，此時應先查明孤石的可能性，再根據周圍樁位揭露的土層情況做進一步判定。最簡單的方式是進行地質鉆探，在所遇孤石附近鉆探至原探孔孔底標高附近，與原鉆探資料比較，很容易就知道所遇巖石是否為孤石。但很多時候施工單位和業主單位不愿意重新鉆探，這就需要根據鉆孔資料分析判別。然后對比附近鉆孔的入巖標高，如果相鄰鉆孔的入巖標高差異懸殊，明顯不在同一平面或同一坡面上，對個別特別淺的孔應提出懷疑，這也是異常現象，應進一步探明。單樁設計荷載較大的樁應在原樁位鉆探取芯驗證，樁基施工時持力層一定要穿透孤石，到達下部基巖。

2 風化基巖

巖漿巖基底的風化程度取決于巖漿的物質成分、凝固時間及空間分布狀態。基巖由淺入深，隨著風化作用的越來越弱，巖石的強度越來越高。起初巖石的全風化階段，巖石為土狀，基本沒有聯結強度，只能看到巖石礦物的晶體。巖石的強風化階段，巖石的結構構造都清晰地出現，但結構強度卻很低。原巖風化程度低易形成隆起，風化程度高則形成凹陷。有時候在同一施工場地內，基底巖面內會出現高低起伏，差異甚劇。

下面以實例來具體分析。龍巖國資大廈沖鉆孔灌注樁工地位于龍巖商務板塊K#地塊，地處新羅區龍巖大道東側。由于該地區已歷經多次滄海桑田的多輪回地質變遷，沉積層中埋藏有大量的孤石。這樣辨別基巖還是孤石，對于樁基施工顯得尤其重要。地層基巖面呈南西向低，北東向高。其中場地北邊的56#樁見中風化花崗巖孔深僅為2.60m（北東處）。施工中我們發現類似56#樁的情況不是很多，說明東部地下有一狹長的基巖隆起帶。勘察單位堅持認為不是隆起帶，而是孤石。倘若如此，設計院就必須對該樓基礎方案進行重新設計，加密鉆孔樁的數量。后來設計院采納了施工單位技術人員的建議，凡基巖異常的樁位都要取芯驗證。取出的巖芯結果均為中等風化花崗巖，說明該場地的勘察報告嚴重失實。殘積土、強風化花崗巖，顏色均為肉紅色，原巖結構清晰，見風化正長石，含有石英顆粒及粘土礦物等，呈似斑狀結構，而取芯的中風化巖石石英顆粒大小基本相同，基質為淺綠色細粒，含有暗色礦物呈斑狀結構，兩種巖石差別在于所含的礦物成分不同。眾所周知，巖漿巖形成的階段不同，其后所出現的造巖礦物是不同的。組成巖石或者礦石中的礦物，它們在空間、時間上的集合有一定的規律，這取決于礦物的成分與結構，也與形成時的地質條件密切相關。由此可見，該工地所見的巖石應該屬于同期不同階段的兩種巖性。花崗石中的正長石易風化，風化后形成粘土礦物，下伏的中等風化花崗巖，所含的暗色礦物及其它礦物不易風化。雖然凹陷部同期巖漿分布較厚，凸部同期巖漿分布較薄，但巖石中的礦物成分不同，風化程度不同，造成了先有的基底落差。龍巖國資大廈施工現場的情況正是如此，所以可完全排除孤石的說法。設計院贊同這種判斷，認為樁基底施工已到基底面，這樣工程樁只需把淺鉆孔樁改為人工挖孔樁，適當加大短樁的面積即可。此項設計修改因而節約了大量的資金。

3 巖脈侵入

巖脈侵入指的是后期的巖漿活動沿裂隙通道上升，在殘積土或強風化巖石中橫向分叉延伸，把殘積土或者強風化巖石一分為二。這樣的分叉有大有小，沿橫向面侵入較長范圍較大，地質勘察時易于發現。巖脈分叉太多時，地質勘察過程容易被忽視。因而此種狀況對樁基危害極大，對基巖的判斷也有一定的難度，這就要求樁基技術人員在施工中，能根據鉆孔所處位置，參照地質勘察資料，結合現場鉆孔沉渣的巖性，礦物質進行分析，然后再取芯驗證。綜合這幾種手段就不難確定基底巖石是巖脈還是基巖。

例如：龍巖裕福大廈施工現場，從地質剖面圖看僅有一層巖脈侵入。該層分叉厚度僅0.8~1.7m，下伏厚度達2.2~5.1m的強風化花崗巖。強風化花崗巖上部標貫N63.5<50，局部標貫數更小。強風化花崗巖下伏定為基巖，最大揭示厚度為7.0m。樁基施工中，我們分別取上層巖脈和下伏基巖兩個樣進行對比，發現兩個巖石顏色、顆粒、基質基本相同。石英顆粒較小，基質為微晶質或隱晶質，肉眼看不清楚，屬斑狀結構。這種巖性特征為典型的巖脈侵入相。由于巖脈的侵入從地下上升到地表或者接近地表，早期形成的斑晶和晚期來不及結晶的物質構成了微晶或玻璃質，結晶體與基質區別明顯。而第一層巖脈上方的殘積土和巖脈下伏的強風化花崗巖的巖性基本相似，石英顆粒較大、含量較多，見有正長石、云母等礦物，結晶體與基質區別不明顯，呈似斑狀結構。顯然這兩種巖性有區別，巖脈與剖面上的基巖為同一巖性，所謂基巖也應該是巖脈，是巖脈的另一個分叉。照這樣分析，在基巖的下伏還應有強風化花崗巖。從剖面圖臨近的鉆孔資料也證實了這一點。所以該地層應該有多次巖脈分叉，只是第二層額巖脈分叉巖層較厚，作為樁基的持力層能符合承載要求。這例子說明巖脈的侵入橫向面可以多處分叉，分叉沿橫向有長有短，有厚有薄，厚度大對樁基持力層無多大影響，厚度薄，對樁基的影響就可想而知了。試想一下要是樁尖落在很薄的巖脈上，當上部荷載加重時，整幢建筑物就會發生局部不均勻沉降，甚至傾斜倒塌。

綜上所述，沖鉆孔灌注樁的基巖判定，從樁基施工的角度，應該從鉆機的正常鉆進中發現某些異常處，然后從鉆進循環液所帶上來的沉渣著手，分析巖性的礦物特性、礦物成分、巖層風化序列是否存在差異，有否缺失巖土層，最后在原地原層面上用鉆孔取芯驗證，分析是否存在巖脈的侵入，最后確定樁基的持力層。應該說鉆孔取芯來判斷基巖的方法，基底風化程度不同（局部隆起）是最為理想的，它直觀、簡便，直接反映樁位底部真實的地層。當然在判斷基底時也會存在某些局限性，因為地質年代的久遠，一些礦物風化不易辨認。同期的巖漿侵入在不同的時期、不同的構造背景也會產生不同的礦物。這就要求我們對當地的區域構造、地質條件、巖性、巖相特征有一個全面的了解和認識，同時積累一些實際工作經驗，這樣才能更好、更準確地區別判定孔底基巖。

[1]巖土工程勘察規范（GB50021-2001）[S]. 北京:中國建筑工業出版社，2001.

[2]工程地質手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，2007.