花崗巖殘積土分布區深基坑工程的孤石處理技術研究

王志剛

（廣東省冶金建筑設計研究院有限公司，廣州 510080）

1 引言

隨著城市建設的不斷發展，基坑施工作為重要的土木工程環節，對建筑物的穩定和安全起著至關重要的作用[1]。花崗巖在我國華南地區分布廣泛，具有差異風化的特點，其風化殘積土遇水崩解，特別是會出現局部球狀風化現象，形成沒有明顯發育的孤石[2]，這些孤石不僅會給深基坑的施工帶來困難，還可能對工程的安全性和穩定性產生不利影響[3]。針對這種特殊復雜土體基坑施工，不少工程師和學者進行了研究，但目前仍然是華南地區基坑施工的主要問題，本研究以花崗巖殘積土分布廣泛分布的廣東省東部汕尾市城區婦幼保健院一期深基坑工程為例，對該花崗巖殘積土分布區工程地質條件和孤石發育特征進行分析，進一步討論了基坑施工面臨的工程風險和針對性處理技術，研究將為類似工程項目的實施提供指導參考。

2 工程背景

汕尾市城區婦幼保健院一期建設項目位于汕尾市區東涌鎮汕可路東側，汕遮路以南，具體位置見圖1。項目規劃用地面積約6 000 m2，總建筑面積19 560.25 m2，主要建設獨棟高層建筑和一間門衛房，地下室高度9.50 m。基坑開挖深度約10.9 m，屬深大基坑。其中門診、醫技及住院樓為高層建筑，框架-剪力墻結構，地上11 層，地下2 層，安全等級為一級、地基基礎設計等級為乙級、抗震設防類別為乙類。門衛房采用框架結構。

圖1 基坑工程位置示意圖

2.1 水文氣象條件

工程位于汕尾市，其地處中國大陸東南部沿海，屬南亞熱帶季風氣候區，海洋性氣候明顯，其主要氣候特點是：氣候溫暖，雨量豐沛，干濕明顯，降水的空間分布不均，呈現明顯的“北多南少”分布特征。降水最多地區位于陸河縣南部和蓮花山一帶的“雨窩”地帶，最少地區位于紅海灣開發區。陸河縣河口鎮年雨量最大（2 668 mm），紅海灣田墘鎮年雨量最小（1 075 mm），汕尾、海豐、陸豐3 個國家觀測站年雨量分別為1 741.9 mm、2 481.3 mm、1 935.4 mm，根據全市區域自動站觀測記錄，各鄉鎮年總雨量介于1 075～2 668 mm。年降雨量變化也受臺風影響。根據該工程的勘探報告，測得穩定地下水位4.20～7.40 m，標高12.19～15.84 m，初見地下水位3.40～6.60 m，標高12.99～16.44 m，水位變化因季節而異，豐水雨季節地下水位上升，枯水旱季節地下水位下降，據相關區域水文地質資料，地下水水位變化幅度在3.0～5.0 m。

2.2 地質情況

汕尾市主要深、大斷裂有花山深斷裂帶和潮安—普寧深斷裂帶。蓮花山深斷裂帶沿蓮花山山脈向東經梅縣進入福建，向西至惠東，分別于大亞灣、深圳灣入南海，呈北東向延伸，省內長約500 km，是廣東主要斷裂帶之一，具有多旋回活動特征，第四紀以來有活動表現。潮安—普寧深斷裂帶見于饒平、潮安、普寧、陸豐一帶，呈北東向延伸，省內長達210 km。該斷裂形成于侏羅紀晚期，近期仍有活動。

地層相對較簡單，主要發育中生代和新生代地層，包括侏羅系（J）和三疊系（T）及燕山期侵入體。侏羅系（J）的侏羅系上統高基坪群上亞群主要見于深汕合作區、海豐赤石—內碗窯—黃山洞水庫一帶，海豐門、觀媽山、麒麟尾及陸豐市尖峰峒一帶，其他地方有小片出露。巖性為流紋質巖類、英安巖及其火山碎屑巖夾砂頁巖，厚約1 280～8 460 m。三疊系的三疊系上統-侏羅系（T3-J）主要見于海豐、陸豐局部及陸河北部小片出露，巖性為礫巖、沙礫巖、粉花崗巖。據廣東省地質局《海豐幅地質圖》，場地下伏基巖為燕山侵入期二長花崗巖。

擬建場區未見斷裂構造跡象。根據區域地質資料，場地距蓮花山深斷裂帶主斷裂約20km，距場區附近的次生小斷裂超過2 km，擬建場地及附近區域屬構造基本穩定區。場地沿線埋藏地層主要有：第四系坡積層（Q4dl）、第四系殘積層（Qel）、燕山期花崗巖（γ53）風化層等，具體分層和物理參數如表1 所示。

表1 土層物理參數

在工程勘察中，JZK1、JZK5 等10 處鉆孔內揭示有孤石發育并位于花崗巖殘積土、全風化，強風化花崗巖中，呈現灰白色，塊狀構造，中粗粒結構，巖芯呈中-微風化柱狀，處鉆孔其發育情況如表2 所示。

表2 孤石發育情況

3 工程風險評估

根據區域地質調繪和工程勘察成果，本研究提出可能存在如下風險。

1）殘積砂質黏性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖，遇水易軟化崩解，工程性能（地基承載力、土體抗剪強度、樁的側阻和端阻等）會下降明顯。若采用上述土層作為地基持力層時，應切實做好防水措施，防止基底土層受水浸泡。

2）由于場地花崗巖體在水平和縱深方向的風化程度差異大，不均勻，容易形成風化深槽，主要表現在風化巖及殘積土的埋深、厚度變化大。殘積土、全風化巖、強風化巖中孤石發育。當建筑物采用天然地基時，基礎將埋置于不同風化巖帶及殘積土層中，基底巖土力學性質的較大差異將使基礎產生不均勻沉降。

3）殘積土及風化巖中發育有孤石，場地孤石發育，會造成以下影響：采用天然地基時，開挖困難，且使基底均勻性變差；預制樁時，沉樁困難，易造成樁長過短、樁身偏移甚至斷樁；灌注樁時，易造成鉆孔困難；當孤石較大時，易把孤石當成完整連續的中微風化巖而導致樁不穩定或承載力達不到設計要求。此外，場地JZK5 鉆孔西側用地紅線位置處發現裸露和半裸露孤石，呈強風化-中風化狀，裸露孤石大小0.5～2 m3，半裸露孤石推測其大小10～20 m3。基坑開挖產生臨空面后其孤石可能形成危巖，發生不良地質現象，應予以注意，采取有關措施。

4）該工程勘察期間地下水位埋深4.2～11.2 m，基坑開挖深度較大，水位高于基坑底板深度，基坑開挖過程中，坑內坑外地下水產生壓力差易使基底產生滲流，可能造成坑槽積水、坑底地基巖土承載力降低、坑壁土體軟化、支護結構失穩等不利影響。采用降水措施時對周邊環境可能產生不利影響，如地面沉降、土體變形等。開挖過程中應采取有效的基坑支護措施，項目基坑開挖深度為10.9 m，依據《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》，屬于超過一定規模的危大分部分項工程，施工單位應在施工前編制專項方案，并組織專家對專項方案進行論證。

4 地基基礎方案的分析

本研究工程擬建建筑為高層建筑，基礎埋深較大。根據詳勘結果，建筑物基底土層主要為砂質黏性土、全風化花崗巖和強風化花崗巖，局部為微風化花崗巖。地基承載力較高，地基穩定性較好，可采用天然地基。

由于花崗巖風化的不均勻性，建筑物基底下土層的力學性質差異較大，為不均勻地基，采用天然地基時，應采取結構措施加強基礎的整體性，或對中、微風化巖出露部位進行超挖換填，協調地基的不均勻沉降。基礎型式可采用筏板基礎或箱形基礎，由于基底下巖土種類較多，性質差異大，采用天然地基時易產生不均勻沉降。基坑開挖深度大，基底土層暴露時間長，極易受到場地雨水及地下水浸泡而致強度明顯降低。基于以上兩點考慮，建議采用樁基礎。

基底下多為全風化巖和強風化巖，且場地孤石較發育，強度較高的中風化或微風化花崗巖埋深相對較淺，若采用預制樁，沉樁難度大，樁長短致使單樁承載力難以發揮，故建議采用嵌巖灌注樁，由于殘積層和花崗巖風化層中有孤石發育，可作為嵌巖樁。樁端持力層的中風化巖層厚度變化大，應加強施工勘察，根據樁位下中、微風化巖的埋深和厚度情況進行動態設計。

當采用嵌巖樁時，沖孔樁易沖入本次揭露地層成樁較為容易，考慮到場地強風化花崗巖層中發育孤石，建議采用碎巖能力較強的沖擊成孔工藝；在樁位確定后，進行超前鉆，確保樁端置于連續完整的中微風化巖層中。

樁基施工時，花崗巖風化巖和殘積土可能遇水軟化崩解，土層崩解易影響樁身混凝土的澆筑質量，使用泥漿護壁時，樁周土的摩擦力將大幅度降低，可采用工后注漿提高樁的摩阻力。花崗巖孤石施工鉆進困難，且易誤作樁端持力層巖體，應進行施工勘察對其查清。

5 結論與建議

1）該工程場地花崗巖風化巖及殘積土中發育有孤石，建議采用嵌巖樁基礎，由于場區揭露有孤石，鉆孔間巖面高差大，且可作為樁端持力層的中風化花崗巖厚度變化大，樁基施工前建議進行施工勘察，確保樁端進入連續穩定的樁端持力層。

2）如果工程采用天然地基，必須采取措施減小地基的不均勻沉降影響。并應采取切實有效措施防止地基土受水浸泡而強度降低。基坑開挖后應采用平板載荷試驗對地基土的承載力進行檢測，檢測點的布置應重點選在承載力較低的砂質黏性土層中。對受水浸泡的地段，也應布設檢測點。

3）基坑開挖深度較大，基坑開挖過程中，坑內坑外地下水產生壓力差易使基底產生滲流，從而造成坑槽積水、坑底地基巖土承載力降低、坑壁土體軟化、支護結構失穩等不利影響。基坑開挖時應采取措施進行地下水控制。基坑開挖后應及時封底，防止地下水或地下水浸泡坑底土層，必要時，可在基坑底設置碎石疏水層。

4）在基坑開挖范圍內未揭露除墓穴外的其他洞穴、臨空面、破碎巖體或軟弱巖層。場地局部地段地表存在孤石，基坑開挖產生臨空面后其孤石可能形成危巖，發生不良地質現象，應予以注意，采取有關措施。