樁基施工中的復雜地層實例分析及施工技術探討

包方壽，徐永章，鄭 超

（浙江煤炭地質局勘探一隊，浙江 湖州 313000）

中國地域遼闊、地質環境復雜，各類地層條件分區展布，譬如青藏高原高寒凍土，陜西山西一帶黃土高原，云貴川西南山川石林，東南沿海碳酸鹽溶蝕地層及軟土等。不同的工程地質與水文地質條件下，巖石與土的物理力學與化學性質有著很大的差別，而不利于施工的地層若不及時處理則會影響整個工程施工進度，導致造價的變更增加，甚至危害施工作業人員的生命安全。因此巖土工程勘查設計必然得針對相應的地層提出合理安全的優化施工方案，以保障項目施工的順利開展。

就長江三角洲杭州灣地區而言，該地區海拔較低，東靠東海，除去淺表第四系覆蓋層以外，往往以淤泥質軟土、碎屑巖夾中、酸性火山巖為主，局部還有深層硬質巖，地質構造較發育，處于多個斷層交匯處，地質情況比較復雜。本文以杭州某樁基項目為工程背景，對該項目復雜地層展開的不同時期地質勘查情況進行分析，然后針對東側局部區域鉆進困難問題結合鉆探、巖礦鑒定及強度檢測驗證其泥質粉砂巖上還存在硬質巖地層，最后簡要探討了整個工程過程施工技術的選擇，并提出相應的鉆進方法，以期為今后類似樁基工程的施工提供一定價值參考。

1 工程概況

浙江某文化產業發展有限公司擬新建大廈勘察與初步設計項目，工程位于浙江省杭州市拱墅區的鬧市區。擬建場地原地形為碎石停車場，勘察期間場地地勢較為平坦。本工程總用地面積7378m2，建筑面積約27428m2，其中地上建筑面積約15492m2，地下建筑面積約11936m2。擬建建筑物包括1 幢11 層大廈和3 層裙樓，擬建場地設地下三層地下室。建筑物概況詳見表1。

表1 建筑物概況表

查閱該地區區域地質資料后了解到，該區第四系覆蓋層以下地層為侏羅紀上統（J3l）勞村組地層，以紫紅色碎屑巖為主，夾中、酸性火山巖；本區地質構造較發育，處于多個斷層交匯處，地質情況比較復雜。

2 詳細勘察階段地層情況

本工程勘察項目共布置20 個勘察孔，均為機鉆孔（包括6個動探孔、1個動探+取土孔、8個取土孔和5個鉆探孔）。勘察孔主要沿建（構）筑物角點、邊線和柱列線布設。孔距為15～24m 左右，控制性孔的孔深為60.0m。地下室周邊線緊臨建筑物邊線，故地下室勘探點主要沿建筑物布置，孔距控制在24m 以內。本次勘察于2018年12月20日進場施工，于2018年12月29日完成野外作業。期間調進3 臺XY-1 型鉆機進場勘察。場地土層分布可劃分為7個工程地質大層，細分為10個地質亞層，自上而下依次見表2。

表2 詳細勘察階段地層情況表

3 施工鉆探驗證

本樁基項目場地設計布置276 根工程樁，設計持力層進入中風化泥質粉砂巖。在本場地東側部分區域（樁基施工圖8#軸線以東），樁基施工成孔過程中鉆進困難，進尺緩慢，發現鉆進地層與勘察報告中描述明顯不符，故對本工程東側區域地基巖土層進行鉆探驗證。

本次鉆探共布置勘探孔4 個機鉆孔，孔深57.5～58.0m，主要布置在本施工場地東側。鉆探野外作業于2020 年3 月29 日進場，并于2020 年4 月8 日完成東側場地的鉆探驗證施工。勘探點定位由業主、總承包單位和分包單位參考試樁情況商議確定。孔口高程用RTK 儀器測量而得，具體詳見勘探點平面位置圖，圖中坐標及高程與原勘察報告為同一系統。勘探點平面布置圖如圖1所示。

鉆探結束后，邀請業主、監理見證取巖芯樣并選取7個巖芯樣，與總承包單位相關負責人送至國土資源部杭州礦產資源監督檢測中心進行巖性分析及強度鑒定。其中，SK1-1、SK3-2、SK4-2及119#樁共四件柱、塊狀樣品用于強度檢測，檢測溫度為17℃，檢測濕度為52%RH，并依據《工程巖體試驗方法標準》GB/T 50266-99標準，檢測設備采用YA-2000型壓力試驗機和AG-IC 100KN 島津電子萬能試驗機。SK3-1、SK4-1 及119#樁共三件塊狀樣品用于巖礦鑒定，鑒定溫度為24℃，鑒定濕度為51%RH，并依據《巖礦鑒定技術規范》DZ/T 0275.(1-4)-2015及《地質礦產實驗室測試質量管理規范巖石礦物樣品鑒定》DZ/T 0130.9-2006標準，鑒定設備采用BX41TF巖礦偏光顯微鏡。

由圖2強度檢測結果可以看出，該樁基工程取樣深度為37.3～37.4m 的SK1-1 樣品天然狀態單軸抗壓強度38.7MPa，取樣深度為42.8～42.9m的SK3-2樣品天然狀態單軸抗壓強度25.1MPa，取樣深度為47.2～47.3m 的SK4-2 樣品天然狀態單軸抗壓強度5.01MPa，取樣深度為40.1～40.3m 的119#樁樣品由于采用360旋挖鉆機鉆取，如現場圖所示，巖芯較破碎，無法制成完整圓柱樣用于單軸抗壓強度試驗，故改用天然狀態點荷載試驗，點荷載強度指數代表值為3.41MPa，抗壓強度為68.2MPa。縱觀37～47m深度的四個巖樣，抗壓強度均在5MPa 以上，局部甚至達到了68MPa，屬堅硬巖范疇，說明本次鉆探驗證的必要性，在今后的施工過程中，針對場地不同區域位置，應合理考慮不同的施工技術以保障正常進度施工。

圖2 強度檢測樣品空間位置分布及抗壓強度值

經巖礦鑒定結果顯示，該樁基工程取樣深度為42.3～42.4m的SK3-1巖石樣品具沉凝灰結構，由火山碎屑物質和正常沉積物質兩大部分組成，是一種過渡性巖石、其中以火山碎屑物質為主，可見弧面多角狀玻屑，及一些大小混雜、呈凝灰狀的晶屑、巖屑等。巖石中還可見有一些正常沉積的物質，多見粒徑0.01～0.1mm的石英等粉砂級碎屑，多呈次棱角狀，巖礦鑒定結果為灰白色塊狀沉凝灰巖。取樣深度為39.1～39.2m 的SK4-1 巖石樣品具細砂結構，由大量正常沉積的分散碎屑物質堆積壓實而成。其中以細砂級碎屑為主，主要見石英、長石等。碎屑粒徑約0.1～0.25mm，分選較好；多呈次棱角狀，磨圓差。碎屑之間呈顆粒支撐，孔隙式膠結，填隙物見一些云母質粘土，巖礦鑒定結果為淺棕色松散塊狀細粒長石石英砂巖。取樣深度為40.1～40.3m的119#樁巖石樣品具斑狀結構，斑晶約5%～10%，主要見斜長石，現多已粘土化。基質具玻晶交織結構，可見大量斜長石板條狀微晶時而雜亂排列，時而半定向排列，其間充填有一些玻璃隱晶質，及磁鐵礦小微粒等。巖石中還可見少量氣孔，多呈不規則狀，巖礦鑒定結果為灰色塊狀安山玢巖。

依據本次施工勘察鉆探驗證成果，結合區域地質資料和勘察報告，本場地雜填土、粉質粘土、淤泥質粉質粘土、淤泥質粉質粘土夾粉土、粉質粘土夾粉土、⑥3粉質粘土、⑦1粉質粘土7 層地層情況與原勘查報告基本一致，下部深層各巖土層特征自上而下見表3。

表3 施工鉆探驗證階段深部地層情況表

通過本次勘探，結合區域地質資料，查明場地東側（施工圖8#軸線以東區域）各地基巖土層的分布情況如下：

（1）勘察報告揭露的第四系土層（深度31～35m以上部分）與本次鉆探揭露地質情況一致，實際樁端持力層巖性與原勘察報告基本一致。

（2）勘察報告中揭露的在深度一般在31～50m 之間的風化巖層巖性及強度與實際分布明顯不符。勘察報告中此處地層基巖巖性均為泥質粉砂巖，而通過本次鉆探驗證并做巖礦鑒定后，實際為硬質基巖地層：以火山碎屑巖為主（沉凝灰巖、安山玢巖等），局部為石英砂巖。說明原勘察報告所送檢的巖芯不具代表性，勘察報告未揭露的地層巖樣天然抗壓強度檢測結果以硬質巖為主，局部達到堅硬程度。勘察報告未揭露的硬質基巖層單個孔總厚度一般在2～11m之間，見表4。

表4 硬質基巖層分布表

4 施工技術探討

施工單位于2019年10月8日至11月1日進行試樁施工，共施工5根試樁，發現實際地質情況與勘察報告存在差異，特別是8號軸線以東區域，差異明顯，具體如下：

實際地質：8 號軸線以東區域在深度33.5～50m 之間普遍存在1～3 個硬質巖層，單孔總厚度在2～11m間；勘察報告地質：Z12、Z13、Z14 孔顯示31.0～42.8m為全風化泥質粉砂巖，41.2～54.3m為強風化泥質粉砂巖，52～54.3m為中風化泥質粉砂巖。

2020年春節后，樁基施工實質性展開，施工單位發現，在場地東部區域，用10型回旋鉆機需要5～6d成一個孔，20型回旋鉆機4～5d成一個孔，按此效率，由于場地空間所限，如采用10型回旋鉆機施工將無法按期完成樁基。為順利推進樁基施工，施工單位于2020年3月17日進場1臺360旋挖鉆機，通過對119#樁的施工，從挖上來的鉆渣可以發現此處32～43m地層夾有強—中風化硬質巖夾層（后經國土資源部杭州礦產資源檢測中心巖性鑒定為凝灰巖），施工困難，一天只能成一個孔。

為切實摸清場地東側地層，經建設方同意，施工單位進場1臺地質鉆機對東側區域進行鉆探取芯，并將巖芯送至國土資源部杭州礦產資源檢測中心進行巖性分析及強度鑒定，經檢測：所送巖芯以火山碎屑巖為主（沉凝灰巖、安山玢巖等），局部為石英砂巖；天然抗壓強度檢測為以硬質巖為主，局部達到堅硬程度。

綜上所述，針對本樁基工程項目，考慮到場地東側（施工圖8#軸線以東區域）硬質巖強度較高，且局部巖層存在強度不均勻情況，不宜采用磨盤式鉆機進行鉆進，建議采用旋挖鉆施工和沖擊鉆機等成孔機械施工相結合的方法進行，亦可更換更高扭矩樁機進行施工。

5 結束語

本文依托杭州某大廈樁基工程，先后分析了該項目復雜地層展開的不同時期地質勘查情況，然后針對東側局部區域鉆進困難的問題，結合鉆探、巖礦鑒定及強度檢測驗證其泥質粉砂巖上還存在硬質巖地層，最后簡要探討了整個工程過程施工技術的選擇，并提出相應的鉆進方法，主要結論如下：

（1）巖土工程勘查工作由于受自然地理環境、場地設備條件、工人技術水平等因素影響，存在一定的不確定性，可能導致不同時期的地質勘探情況不一致，因此實際勘查中有必要進行多次勘探，尤其是針對鉆進困難的區域，必須探明地質情況后開展施工工作。

（2）通過多次勘查及鉆探驗證，場地東側（施工圖8#軸線以東區域）實際地層基巖巖性為硬質基巖地層：以火山碎屑巖為主（沉凝灰巖、安山玢巖等），局部為石英砂巖。

（3）考慮到場地東側（施工圖8#軸線以東區域）硬質巖強度較高，不宜采用磨盤式鉆機進行鉆進，建議采用旋挖鉆施工和沖擊鉆機等成孔機械施工相結合的方法進行，亦可更換更高扭矩樁機進行施工。