花崗巖孤石分布特征及其對橋梁樁基的影響

李 凱

深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518029

0 引言

深圳地區廣泛分布花崗巖地層，其上覆風化層中常見球狀風化體（簡稱孤石），由于其個體性質與中、微風化基巖類似，且不均勻分布于中、微風化基巖的上覆風化層中，對樁基成孔和持力層判定產生較大影響［1］。

本文以深圳龍華區某立交橋梁工程為例，通過對勘察過程中發現的孤石特征進行統計，分析樁基在孤石地層中的施工風險，探討具體應對措施。

1 工程概況

該橋梁立交工程位于深圳龍華大浪街道，羊臺山公園東側，用地約150 萬m2，東西長1.3km，南北長1.6km，屬高臺地～低丘陵地貌，下伏基巖為白堊紀早期燕山四期花崗巖（γβ3K1），擬建道路等級為城市快速路，主線設計速度為80km/h，雙向6 車道，匝道40Km/h，單向2 車道。橋梁基礎均采用嵌巖樁基礎，選用沖孔灌注樁形式，樁徑均為1.5m，設計樁端持力層為中或微風化花崗巖。

2 孤石的分布特征

本工程勘察共完成269 個鉆孔，其中揭露孤石的鉆孔數為85 個，共揭露孤石130 塊，從風化程度、分布地層、揭露粒徑、深度4 個方面描述孤石分布和尺寸特征［2］。

2.1 孤石的風化程度

對鉆探揭露的孤石風化程度進行統計，如圖1 所示，有67個（占比51.5%）孤石為微風化，有63 個（占比48.5%）孤石為中風化，兩者在數量上相差不大。

圖1 孤石風化程度統計結果

2.2 孤石的分布地層

花崗巖風化層自下而上為微風化、中風化、強風化、全風化、殘積土，對本工程孤石分布的地層進行統計，如圖2 所示，有96 個孤石（占比73.8%）位于強風化地層，有14 個孤石（占比10.8%）位于全風化地層，有20 個孤石（占比15.4%）位于殘積土地層，可見，強風化地層是孤石發育的主要地層。

圖2 孤石分布地層統計結果

2.3 孤石的揭露粒徑

由于孤石形態類似球體，鉆探揭露的粒徑不一定是其最大粒徑，但可推定其最大粒徑一定大于等于鉆探揭露的粒徑，因此對孤石的揭露粒徑進行統計，具有一定的實際意義。

通過對孤石揭露粒徑進行統計，得出其范圍值為0.1～6.6m，平均1.5m，變異系數為0.807，數據離散性較大，為了更合理的描述孤石的揭露粒徑，筆者借鑒土的顆分曲線，提出孤石揭露粒徑的“顆分曲線”，如圖3 所示，揭露粒徑小于1.0m 的孤石數量占50%，揭露粒徑小于2.1m 的孤石數量占80%，揭露粒徑小于3.1m 的孤石數量占90%，揭露粒徑小于4.1m 的孤石數量占95%。

圖3 孤石揭露粒徑分布曲線

2.4 孤石深度

圖4 孤石層頂埋深統計表

圖5 孤石層頂高程統計表

孤石埋藏深度對建筑基礎有較大的影響，對本工程孤石數據進行統計，如圖4 和圖5 所示，孤石層頂深度分布接近正態分布，在10.0～15.0m 區段間分布較多，所占比例接近1/3；孤石層頂高程分布無明顯規律，在高程60.0～80.0m 和120.0～140.0m 區段分布較多，所占比例分別接近1/3 和1/5。

3 孤石對橋梁樁基的影響

3.1 對成樁過程的影響

花崗巖孤石一般為中風化和微風化巖性，強度高，賦存于相對較軟的風化層中，部分樁基礎在成樁過程中需要穿過孤石，進入下覆持力層，如地層中孤石數量較多或粒徑較大，將增大成樁的耗材成本，并增加成樁的工時，影響較大［3、4］。

3.2 對持力層判定的影響

部分樁基礎采用嵌巖樁形式，以中風化或微風化基巖為樁端持力層，而孤石在成樁渣樣上與基巖類似，都為中微風化巖性，容易造成誤判孤石為樁端持力層，從而影響樁基質量，造成返工等不良影響［5］。

4 應對措施

4.1 成樁過程處理建議

針對孤石對成樁的影響，一般可采用沖擊成孔法或鉆孔爆破法。沖孔法適用地層較廣泛，成本低，成孔質量好，穿透性強，但存在效率低、工期長、損耗大、泥漿處理等問題。鉆爆法工期短，適用范圍廣，可處理不同大小和埋深的孤石，但其工序繁瑣，費用較高，須事先查明樁位處孤石的深度和大小，爆破效果難以控制，對周邊環境存在安全隱患［6］。

針對孤石區域的樁基工程，建議成樁工藝采用沖孔法。

4.2 持力層判定處理建議

鑒于孤石對樁端持力層判定的影響，采用施工勘察探查樁位孤石情況，是一種成本低、準確性高的措施。首先認真分析前期勘察資料，掌握場地內孤石的分布規律和尺寸大小，有針對性的對孤石密集分布區，進行逐樁施工勘察，勘察鉆孔應進入預計樁端以下不少于3 倍樁徑且不小于5m［7］，以準確判定各樁的持力層及其頂面深度，指導樁基施工。

5 結論

本文依托深圳某立交工程，統計分析孤石的空間分布特征，借鑒土的顆分曲線，提出描述鉆孔中孤石揭露粒徑的分布曲線，針對孤石對樁基工程的影響，建議樁基成樁采用沖孔法，采用施工勘察加強對樁端持力層的判定。