沖孔灌注樁施工中遇孤石的處理方法

馮 偉

（中交三航局興安基建筑工程有限公司， 上海 201315）

0 引言

在沿海一帶，特別是廣東珠海地區，花崗巖孤石作為常見的地質災害，由于其分布的隱蔽性，與周邊土體力學特性強烈的差異性，給工程設計、施工都帶來了風險和不確定性。孤石的存在，又多見于串狀和群體分布，給沖孔施工帶來卡鉆、偏孔等技術難題，又由于進尺慢等原因影響工期和造價。

1 工程及地質概況

1.1 工程簡介

恒天國際大廈項目擬建場地位于珠海市九洲大道南側，東鄰新昌安酒店，西、南面緊接蓮花山商住小區；擬建為一棟35層的建筑物(地面以上高度180m)，設置4層裙樓(±0.00以上高度20.4m)，4層地下室(±0.00以下深度16.5m)；建筑物類別丙類，建筑物安全等級二級，塔樓結構體系為框筒結構，裙樓為框架結構。

1.2 地質概況及勘察情況

擬建場地原始地貌為山間凹地，場地內地層按地質年代、成因類型及巖土特征自上而下分布有第四系全新統人工填土、第四系全新統坡洪積層、第四系殘積層及中生代燕山期風化花崗巖。

本工程第一次詳細勘察共布置17個鉆孔，共鉆探593.81 m，其中巖石143.46 m，土層437.75 m，建筑垃圾12.6 m，在5孔8處有中風化或微風化花崗巖孤石，其中兩個鉆孔中的花崗巖孤石呈串珠狀分布。

1.3 樁基類型選擇

由于孤石是原巖受風化程度較輕，大部分仍保留原花崗巖巖性的性質，特別是在本工程中遇孤石較多時，一般應避免選擇預制樁、沉管樁。考慮到強風化花崗巖頂面埋深較小，結合本工程超高層結構對建筑物沉降變形要求高且設計塔樓結構為“一樁一柱”，要求柱底最大軸力設計值18000KN，因此采用大直徑端承樁基礎。按照質量可靠、造價經濟、施工快捷的基礎選型原則綜合考慮，擬建工程選用沖孔樁基礎，以中風化花崗巖④-3或微風化花崗巖④-4為樁基礎持力層。

根據第一次勘察情況，發現擬建場地地基土軟硬不均，地層層面起伏較大，花崗巖孤石普遍發育，采用灌注樁基礎，為準確查明基巖界面，確保樁端進入設計持力層，故又進行第二次施工勘察，即在每根樁位上進行超前鉆探。本次鉆探129個鉆孔，共4469.02 m，其中巖石1584.60 m，土層2580.52 m，建筑垃圾303.90 m。根據超前鉆報告，經統計有15根樁孔徑范圍內有超過5層或者厚度達到10m以上的孤石存在，如62#樁有3層孤石12.6m厚，16#樁有6層孤石9.2m厚，48#樁有3層孤石11.3m，64#樁有9層孤石22.1m厚。

2 沖孔樁遇孤石處理主要方法

2.1 沖孔遇孤石判定

雖然每一個樁位都進行了超前鉆勘探，但僅代表鉆孔深度內的地質情況，地下地質復雜多變，且大部分樁基直徑達2m，故也無法教條的將超前鉆報告作為處理孤石的依據。因此，在實際施工過程中，還應對每根樁的沖擊進尺做好詳細的記錄，如發現進尺突然減慢，在樁位附近能夠感受到沖孔時的震動，則立即撈取渣樣進行判斷遇到孤石。現場在每鉆進2m撈取渣樣的基礎上，加密至每0.5m撈取渣樣與超前鉆資料進行對照分析，在進入中、微風化巖層可每2小時取樣一次。現場可根據鉆孔記錄表、進尺記錄、渣樣記錄等繪制出實際地質柱狀圖，所有渣樣均用塑料袋封存，作為驗收資料保留。

2.2 常規沖進方法

在沖擊成孔過程中遇到孤石，采用常規沖進方法的可按以下步驟處理：

1.停止施工并將鉆頭提起，注意保持孔內水位和泥漿循環，泥漿面始終不低于護筒底部50cm以上，防止塌孔；

2.測量實際鉆孔深度，檢查鉆機的穩固、位移和傾斜情況，校核樁位和鋼絲繩中心是否有偏離樁心的現象，若有則進行糾偏并可回填片石；

3.對錘牙磨損情況進行檢查，磨損嚴重的可更換合金錘牙，在沖進過程中關注錘牙的磨損及時修復；

4.不同的地層中采用不同的沖程：粘土層中采用中沖程（1.0～2.0m）沖擊；在砂層中可添加小片石和粘土采用小沖程（0.5～1.0m）反復沖擊，以加強護壁效果；在孤石層和進入持力層后可更換重錘小沖程（1.0～2.0m）沖擊，每臺樁機配備一個備用錘，及時修復錘牙；

5.記錄不同樁之間的進尺速度對比，進尺異常緩慢時及時測量泥漿比重、加強排渣，與已知的超前鉆資料對比分析巖層特性，并注意其礦物成分。

2.3 水下預爆破方法

對孤石的處置采用爆破方法有兩種方案：一種是在沖擊成孔過程中實施水下爆破，另外一種是在沖樁前對樁身范圍內的孤石和巖層進行預爆破。前一種方案爆破時夾制作用大、炸藥消耗量大，同時存在鉆孔施工困難、成孔需加裝導管等缺點；后一種方案采用采用超前鉆鉆孔，可確保設備移動方便，靈活選擇鉆孔孔徑，便于安裝導管，鉆孔同時即可探明巖層情況，實施定點爆破，效果更佳。

1.半井孤石爆破

當樁身范圍遇部分孤石（半井）時，視孤石大小布置1～2個炮孔進行爆破。

井內半孔孤石時爆破參數設計如下：

孔徑：Φ=91～115mm；

最小抵抗線：W＝0.4～0.6m；

孔距：a＝0.5～0.8m；

孔深：為探明孤石厚度，鉆孔應穿透孤石；

單孔裝藥量：K＝k*V=kSH，k為炸藥單耗，半井孤石按k=1.5~2.0 kg/m3選取，經試爆后優化調整，S為樁斷面積；

藥包布置位置：若為穿透孤石，藥包布置在孤石中部，若未穿透，按底部連續裝藥布置。

2.滿井巖石爆破

當樁身范圍全部為巖石時（滿井巖石），根據樁徑大小、巖層厚度及巖石可爆性等，經過藥量核算，可靈活布置1～3個炮孔進行爆破。當巖層較薄，根據計算裝藥量，單個孔可裝藥滿足破碎要求時，可在樁心位置布置單個炮孔裝藥進行爆破。若巖層較厚，單個炮孔裝藥無法滿足巖石破碎要求時，根據計算裝藥量，可布置2～3個炮孔。兩個炮孔采用直線布置，三個炮孔則采用三角形布孔，炮孔布置如下圖。

孔內孤石爆破參數設計如下：

孔徑：Φ= 91～115mm；

孔距：Φ800、Φ1000樁布置1～2孔，孔距50～60cm；Φ1200、Φ1400樁可布置2～3孔，孔距為70～80cm；Φ1600、Φ1800、Φ2000樁布置2～3孔，孔距為90～100cm；具體布置孔數視巖層厚度及預期破碎范圍，經藥量核算后確定。

孔深：為探明巖層厚度，鉆孔應盡量穿透巖層；

單孔裝藥量：K＝k*V=kSH，k為炸藥單耗，滿井巖石按k=3.5~4.0 kg/m3選取，經試爆后優化調整，S為樁斷面積；

藥包布置位置：若為穿透巖層，藥包布置在巖層中部，若未穿透，按底部連續裝藥布置。

3.多層孤石爆破

根據樁超前鉆揭露的孤石情形，不同樁樁身所遇的孤石層數及厚度均不同，存在多層孤石的情況，采用一次成孔鉆透所有待爆孤石層，各巖層分別裝藥，一次起爆的方式實施爆破。各巖層之間，若不超過50cm，按連續層裝藥爆破，超過50cm時分層裝藥爆破。各樁孔鉆孔數量及裝藥量的確定，按照以上半井和滿井的情形，鉆孔數按最厚巖層爆破所需鉆孔數確定。

4.爆破器材及藥包制安

考慮在鉆孔內充滿泥水，炸藥選用防水性能好的乳化炸藥；考慮井內個別孤石較深，采用防水、防漏電處理后的電纜制作電起爆系統，以方便起爆導線連接。

當藥包深度大于30m時，應對雷管和炸藥進行耐水壓試驗，必要時對雷管和炸藥進行耐水壓保護。

裝藥時將各孔炸藥計算準確后，用竹片夾住，起爆線應選用質量較好的電線進行連接，接頭處應做充分的防水處理，沿竹片綁扎牢固后，將炸藥及起爆線從導管內裝入孔底（或設計深度），再拔出導管。起出導管時，應嚴防扯斷起爆導線和拔出藥包。導管拔出后，泥將會自動將孔內填滿，無需另行堵塞。當巖層厚度過大時，為了降低爆破振動，可采用分層裝藥，各藥包自上而下進行毫秒延時爆破，每個藥包一響。分層裝藥時，中間堵塞段為50cm。

5.爆破影響

根據當地爆破專業公司經驗，孤石爆破使用單響藥量小于3kg，爆炸時直接沖擊破碎巖石和擠壓土體的影響的范圍半徑約1~2m，超過此范圍爆破能量迅速轉化為介質的振動能量，不會對周邊土體及巖體產生直接破壞，不會影響后續的沖孔施工。

由于現場爆破與沖樁及混凝土澆筑并行或交叉，雖然不會直接破壞已施工成品，但由爆破引起的土體振動，可能造成爆破樁位附近已成孔但未澆灌混凝土的樁孔發生少量塌孔。因此爆破時應盡量避免周邊近距離樁孔（約5m范圍）處于空心狀態，若無法避免，則爆破后應加強已成樁孔的檢查，若已發生塌孔，應清孔后再澆灌混凝土。

爆破地點處于市內居民區附近，爆破振動對周邊影響尤其敏感，爆破振動的控制及監測就顯得極其重要，必須通過現場振動監測進行優化，確保施工安全。爆破振動采用爆破振動測試儀進行監測，通過采集爆破時建筑物附近地面的三維振動速度及頻率，來監測其大小，并根據國標來評估其對周邊的影響程度。

2.4 遇孤石處理效果

遇孤石采用常規沖進法施工，進尺極度緩慢，存在軟硬不均勻、“探頭石”等情況，造成不斷糾偏，且對錘牙磨損大，操作工人一度消極怠工，按成樁30m平均需要28天/根。

而采用水下預爆破處理孤石后，再進行常規沖孔施工，能夠定點定量破壞孤石，大大提高了成樁的速度，如64#樁有9層孤石22.1m厚按常規方法沖進預計需60天以上，而經過水下預爆破處理后僅用時18天。另外在爆破全部完成后，對周邊圍護結構、建筑物的監測以及部分已澆筑的樁基進行檢測，均符合要求。水下預爆破處理孤石的方法是成功的。

3 結束語

在巖層風化過程中自上而下呈漸變過程，各層的物理力學性質在水平方向上較為均勻，但由于風化球的發育，即孤石的存在，將極大的破壞其均勻性，從而給樁基施工帶來一系列的問題：孤石與中風化、微風化巖層巖質極相似，沖過孤石進尺極慢造成成本增加，而如果不加區分，以孤石為持力層，將嚴重威脅上部結構的安全。

結合工程實際選擇水下預爆破處理孤石，尤其是成串的孤石層，將常規鉆進方法、地質鉆機鉆孔方法進行靈活結合并綜合采用，能夠鉆孔揭露孤石實際情況，分層裝填炸藥，精準取得爆破處理孤石的效果，從而提高樁基成孔速度，為地下施工贏得時間，也節約施工成本。

[1]楊景春,李有利.地貌學原理[M].北京:北京大學出版社,2005.11；

[2]劉殿中.工程爆破實用手冊[M].北京:冶金工業出版社,1999；

[3]劉治軍,王賢能 ,莫莉.花崗巖孤石研究現狀及展望[J].廣東土木與建筑,2018(1):19～22;

[4]馮濤.武廣客運專線韶花段球狀風化花崗巖工程特性研究[D].成都:西南交通大學,2007.12;

[5]張曉,曾強,李勇,等.花崗巖孤石統計方法及其在樁基工程中的應用[J].勘測設計,2012，2(1):11～15。