某水運碼頭工程樁端持力層為軟質(zhì)巖石且存在風化不均勻的巖土工程勘察分析與探討

李炳權

摘 要：以東莞市某碼頭改擴建工程巖土工程勘察為例，總結樁端持力層為軟質(zhì)巖石且存在風化不均勻的巖土工程勘察工作，為相鄰或類似地質(zhì)碼頭樁基的巖土工程勘察提供參考。

關鍵詞：巖土工程勘察 軟質(zhì)巖石 風化不均勻

1.前言

近年來隨著水運工程不斷發(fā)展，內(nèi)河碼頭也得到迅速發(fā)展，一般的內(nèi)河碼頭基礎采用灌注樁。廣東省內(nèi)白堊系地層占相當一部分，其巖性以泥質(zhì)粉砂巖、頁巖、粉砂巖等為主，屬于軟質(zhì)巖石；具有軟硬互層且?guī)r性交錯出現(xiàn)的特點，本文以東莞市某內(nèi)河碼頭改擴建工程巖土工程勘察為例，對樁端持力層為軟質(zhì)巖石且存在風化不均勻的巖土工程勘察進行分析與探討。

2.工程概況

本工程位于廣東省中南部、東江下游珠江三角洲的東莞市石龍鎮(zhèn)東江北干流右岸；地處東徑 113°51′02″；北緯 23°07′06″。建設 1000 噸級多用途泊位8個，并根據(jù)年吞吐量件雜貨180萬噸、集裝箱 15萬TEU 配置裝卸設備和陸域輔助設施，陸域縱深約120m，陸域面積約11.5萬㎡。碼頭岸線長500m，碼頭面寬13.8m，碼頭前沿頂高程6.6m，前沿水域底高程-4.55m。碼頭前沿線考慮在水利陸域后退線和現(xiàn)有護岸邊線的基礎上外伸12m擬合而成，與水流流向基本平行。

3.地質(zhì)構造

本勘察區(qū)在大地構造單元上屬珠江三角洲的一部分，珠江三角洲的基底地貌受構造格局的控制。燕山運動、喜山運動締造珠江三角洲的地貌輪廓，北東向、北北東向及北西向三組斷裂的交截，使平行嶺谷進一步形成棋盤狀的地形格局。斷裂帶和基底地形控制著主要河道的流向。珠江三角洲基底地貌的形成階段則是晚第三系至晚更新世早期以來喜山運動大面積繼承性抬升及斷陷運動的結果。勘察場地位于東莞盆地東北邊緣，受東莞斷裂和東江斷裂的構造力作用和影響，形成該區(qū)的地貌特征。本次勘察未發(fā)現(xiàn)淺埋的全新活動斷層和新構造運動的痕跡，無不良的地質(zhì)構造現(xiàn)象。

4.地質(zhì)條件與存在問題

4.1地質(zhì)條件

勘察區(qū)域中上覆土層為人工填土、第四系全新統(tǒng)河流相沖積層及晚更新統(tǒng)殘積土，主要為砂類土和黏性土，部分鉆孔揭示薄層淤泥類土；下伏基巖以白堊系軟質(zhì)巖石。基巖為頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖；局部為中、粗砂巖、含礫粉砂巖等，基巖種類較多，軟硬互層，交錯出現(xiàn)，但規(guī)律性不大。

4.2地質(zhì)問題

（1）抗壓強度試驗值差異較大（軟硬互層）問題

泥質(zhì)粉砂巖與粉砂巖的主要區(qū)別在于其含泥量，粉砂巖含泥量比泥質(zhì)粉砂巖含量較少，其抗壓強度較泥質(zhì)粉砂巖高，且局部為鈣質(zhì)膠結，力學性質(zhì)相對較好，故與泥質(zhì)粉砂巖區(qū)分，單獨劃分成層。針對場地內(nèi)巖性種類較多，交錯出現(xiàn)，現(xiàn)場對每層巖體采取了足夠數(shù)量的巖樣進行天然狀態(tài)單軸抗壓強度試驗為主，適量進行飽和與干燥狀態(tài)下的單軸極限抗壓強度試驗，并計算軟化系數(shù)。通過現(xiàn)場地質(zhì)編錄與取巖樣進行抗壓強度試驗值對比判斷，場地中砂巖、粗砂巖、含礫粉砂巖其力學指標、性質(zhì)與粉砂巖相近，而且為零星分布，故不單獨劃分成層，合并至粉砂巖中；頁巖呈透鏡體出現(xiàn)。對場地揭示的基巖取樣進行天然狀態(tài)下單軸抗壓強度試驗統(tǒng)計，基巖抗壓其力學性質(zhì)差異較大，具體見表1。

（2）基巖持力層風化不均勻問題

基巖強風化巖（強風化頁巖、強風化泥質(zhì)粉砂巖、強風化粉砂巖）（層號⑥2、⑦2、⑧2）、中風化巖（中風化頁巖、中風化泥質(zhì)粉砂巖、中風化粉砂巖）（層號⑥3、⑦3、⑧3）為良好的樁基持力層；基巖中存在風化不均勻的問題。典型剖面如圖1。

5.碼頭樁基設計方案

碼頭結構采用砼灌注樁作為樁基基礎，考慮采用樁基梁板框架式結構，即上部結構由樁帽、立柱、橫梁、縱梁和面板構成；碼頭樁基采用鋼筋混凝土灌注樁，其中軌道梁下灌注樁樁徑為Φ1200mm，其余灌注樁樁徑為Φ1000mm。碼頭總長為500m，寬13.8m，碼頭前沿頂標高 6.6m，前沿底標高-4.55m，共分13個結構段，標準排架間距為7.0m。樁基通過樁帽、立柱與上部結構相連。碼頭樁基持力層選擇在力學特性較好的中風化巖層，碼頭樁基灌注樁入巖層深度均按進入中風化巖層 3d 控制，確保樁基有足夠的入土長度。

5.1樁基承載力要求

碼頭樁基采用Φ1 20 0 m m、Φ1000mm鋼筋混凝土灌注樁結構，其各項承載力設計值如表2。

5.2樁力與樁長計算

根據(jù)《碼頭結構設計規(guī)范》（JTS 167-2018）的有關公式，嵌巖樁單樁軸向抗壓承載力設計值可按下式計算：

因本項目基巖為軟質(zhì)巖石，為遇水易軟化巖層，樁的承載力按灌注樁計算，本項目碼頭樁端選擇中風化巖作為持力層，采用上海易工水運工程結構 CAD 集成軟件根據(jù)巖土參數(shù)計算得出樁力計算如表3。

通過選取地質(zhì)剖面計算，樁長16.25m～20.35m（樁端高程為-15.5m～-19.6m），碼頭結構斷面圖如圖2。

6.承載力分析

樁端持力層選擇中風化巖層，需要注意樁端下風化夾層問題，樁端落在全風化夾層上，可能導致滿足不了承載力或變形要求。

根據(jù)《碼頭結構設計規(guī)范》（JTS 167-2018）的有關規(guī)定，樁端以下4倍樁徑范圍內(nèi)存在軟弱土層時，應考慮沖剪破壞的可能性，必要時應驗算下臥層的承載力。

參考《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ 94-2008）的有關規(guī)定，對于樁距不超過6d的群樁基礎，樁端持力層下存在承載力低于樁端持力層承載力1/3的軟弱下臥層時，驗算軟弱下臥層的承載力的公式為：

本項目碼頭樁端選擇中風化巖作為持力層，中風化頁巖（層號⑥3）、中風化泥質(zhì)粉砂巖（層號⑦3）、中風化粉砂巖（層號⑧3）按灌注樁提出極限單位面積樁端阻力標準值分別為4000 kPa、4500 kPa、5000kPa，下臥層：強風化頁巖（層號⑥2）、強風化泥質(zhì)粉砂巖（層號⑦2）強風化粉砂巖（層號⑧2）承載力分別為1800 kPa、1800 kPa、2000kPa，全風化巖（全風化泥質(zhì)粉砂巖（層號⑦1）全風化粉砂巖（層號⑧1）承載力分別為1000 kPa、1100 kPa，因此，設計需進行驗算下臥層的承載力。

7.對存在地質(zhì)問題的勘察質(zhì)量控制措施

針對本勘測項目存在的地質(zhì)問題，勘察采取了以下主要質(zhì)量控制措施：

（1）采取南方靈銳RTKS82進行鉆孔定位，終孔后對實鉆位置進行復測，確保鉆孔位置與孔口程的準確性；確保地質(zhì)分層計算無誤差。

（2）巖、土樣的采取及送樣至實驗室頻率按規(guī)范進行。針對本項目為軟質(zhì)巖石，具有失水干裂，吸水易軟化，風化速率快的特點，所有巖樣在取得回次巖芯后馬上進行了采取，并在勘察報表上記錄清晰取樣深度。巖樣的包裝首先采用濕報紙對巖樣芯柱纏繞，然后用塑料袋包裝，最后采用透明膠布對芯樣密封。現(xiàn)場存放時對巖樣進行遮陽，同時避免雨淋，當天晚上對當天所采取巖土樣進行封臘處理，并存放于陰涼的地方直到送樣到試驗室。

（3）重視巖樣的采取數(shù)量，使之具有代表性，巖樣進行天然抗壓試驗為主，適量進行飽和與干燥狀態(tài)下抗壓試驗，通過計算獲得軟化系數(shù)。

（4）對抗壓試驗數(shù)據(jù)進行分析，注意其抗壓強度是否具有有效性；如對受壓時沿裂隙破壞的樣品數(shù)據(jù)（異常值）進行剔除。

（5）巖芯破碎時，采取有代表性巖塊進行點荷載試驗；同時，對強風化與中風化巖的過渡帶也進行了取樣，報告結合抗壓試驗的強度對巖層進行最終的風化程度定性劃分。

（6）對風化夾層的鉆進速度、返水情況要求機臺進行認真記錄，提高巖芯采取率，對樁端持力層下臥較軟的全、強風化夾層進行了原位測試試驗，試驗間距為1～1.5m，進一步查明其力學性能。

8.結語

本項目的勘察，在勘察外業(yè)施工前對場地的區(qū)域地質(zhì)進行了搜集，勘察過程中對出現(xiàn)的地質(zhì)問題采取了有效勘察措施，查明了巖土的分布情況與力學性質(zhì)，查明了對樁基穩(wěn)定性影響較大的中風化巖持力層下臥風化夾層的分布；設計人員應根據(jù)樁長、樁的中心距對可能存在沖剪破壞的樁位進行復核，進行驗算下臥層的承載力。可供相鄰或類似地質(zhì)碼頭樁基的巖土工程勘察提供參考。

參考文獻：

[1]碼頭結構設計規(guī)范.JTS 167-2018.

[2]建筑樁基技術規(guī)范.JGJ 94-2008.