冲钻孔灌注桩成孔施工中基岩的判定

福建省东辰岩土基础工程公司 张雪连



冲钻孔灌注桩成孔施工中基岩的判定

福建省东辰岩土基础工程公司 张雪连

该文以冲钻孔灌注桩成孔施工为例，主要从成桩工艺、岩性特征等方面分析判定孔底基岩，保证桩基成桩质量。

冲钻孔灌注桩 成孔 孤石 风化基岩 岩脉侵入

冲钻孔灌注桩基础在城市建筑道路桥梁工程中应用比较广泛。它的施工工艺及技术发展也比较成熟，具有穿透能力强、嵌岩深度大、单桩承载力高、稳定性好、沉降量小、受施工水位或地下水位高低的影响较小，且施工方便、质量可靠等优点，不受土层、岩层条件的约束，施工工艺的限制条件也相对较少。此外，它能根据建筑物的荷载和场地工程地质条件的不同情况，采用不同口径、不同桩长来满足设计要求。随着现代城市建设的飞速发展，在高层、超高层建筑、原有交通设施、公路桥梁、港口码头的建设中就更能体现其优越性。

冲钻孔灌注桩作为地下工程，隐蔽性强，施工周期长，控制要点多，施工过程中质量不容易控制，为了防止出现不合格桩或者有严重缺陷的桩，人们可以利用多种物探方法，对冲钻孔桩成孔后的各项技术参数先进行检测，及早了解成桩前的质量状况。检测内容包括：孔深、孔径、垂直度、孔底沉渣等。有了成桩前和成桩后的两次检验，如今冲钻孔灌注桩的可信度越来越高，已经成为许多重要工程项目的首选桩型。

然而应当指出的是，冲钻孔桩在嵌岩过程中对孔底基岩的准确判定，至今仍存在一定的难度。凡岩石层结构简单的施工场地，因有勘察报告可以参考借鉴，故孔底岩石的判断一般比较准确。但若遇到沉淀基底形态复杂且后期地质作用较强烈的场地，冲钻孔桩施工中亦会出现些异常情况，此时勘察报告的“一孔之见”就以偏概全了。随着城市化建设的高速发展，高层建筑均要求以坚实稳定的基岩作为基础桩端持力层。施工单位应收集孔底岩渣样供设计部门参考，以便修改设计及时调整施工方案，避免给建筑留下重大的质量隐患。孔底基岩判定对于确定最终桩身长度，节约桩基造价，进而节约建设投资资金以及加快工程施工进度，有着较为现实的意义。本文着重就冲钻孔灌注桩成孔施工中出现的各种情况，从钻进工艺、岩性特征等方面来分析判定基底持力层的性质。

所谓的基岩（英文名称bedrock），指的是地球陆地表面疏松物质(土壤和底土)底下的坚硬岩层，即有根基的原岩。判定桩基持力层是否有根基，对整幢建筑物来说至关重要。桩基施工中，桩端如果落在体积很大，直径达数米，且深度较高的孤石上，从而判定为基岩，就好比建在空中的楼阁，将会带来桩基失稳的危险，其日后的使用安全是值得担忧的。所以判定基底是否为原岩具有非常重要的意义。根据多年的施工经验，笔者将它分为三种情况来一一论述：（1）孤石，指没有根基的岩石；（2）风化基岩；（3）岩脉侵入。

1 孤石

孤石指的是单一的，岩性一致且没有根基的岩石，其特点是矿物成分及岩石硬度与周围的岩土层明显不同。这种孤石的出现一般都比较突然。人们通过冲钻孔机械异常情况就能觉察出来。此时孔内若继续使用土层钻头则很难钻进，钻机跳动激烈，每进尺<1cm，且缺少循序渐进的感觉，钻进效率较低，易产生卡钻、斜孔、掉钻头、塌孔等事故，成孔速度也较慢，严重影响施工的正常进度，有的甚至因施工无法进展而不得不变更设计。

从岩石风化序列的角度分析，穿过很薄的残积土层甚至未见到残积土层就遇到（很新鲜的中、微风化）的岩石，地层缺失了残积土、强风化岩和中风化岩层面上的节理裂隙带，这种情况不符合风化逐渐过渡的规律，属异常现象，且孔内泥浆循环液带不上常见的花岗石中的石英颗粒及残留的矿物质等，此时应先查明孤石的可能性，再根据周围桩位揭露的土层情况做进一步判定。最简单的方式是进行地质钻探，在所遇孤石附近钻探至原探孔孔底标高附近，与原钻探资料比较，很容易就知道所遇岩石是否为孤石。但很多时候施工单位和业主单位不愿意重新钻探，这就需要根据钻孔资料分析判别。然后对比附近钻孔的入岩标高，如果相邻钻孔的入岩标高差异悬殊，明显不在同一平面或同一坡面上，对个别特别浅的孔应提出怀疑，这也是异常现象，应进一步探明。单桩设计荷载较大的桩应在原桩位钻探取芯验证，桩基施工时持力层一定要穿透孤石，到达下部基岩。

2 风化基岩

岩浆岩基底的风化程度取决于岩浆的物质成分、凝固时间及空间分布状态。基岩由浅入深，随着风化作用的越来越弱，岩石的强度越来越高。起初岩石的全风化阶段，岩石为土状，基本没有联结强度，只能看到岩石矿物的晶体。岩石的强风化阶段，岩石的结构构造都清晰地出现，但结构强度却很低。原岩风化程度低易形成隆起，风化程度高则形成凹陷。有时候在同一施工场地内，基底岩面内会出现高低起伏，差异甚剧。

下面以实例来具体分析。龙岩国资大厦冲钻孔灌注桩工地位于龙岩商务板块K#地块，地处新罗区龙岩大道东侧。由于该地区已历经多次沧海桑田的多轮回地质变迁，沉积层中埋藏有大量的孤石。这样辨别基岩还是孤石，对于桩基施工显得尤其重要。地层基岩面呈南西向低，北东向高。其中场地北边的56#桩见中风化花岗岩孔深仅为2.60m（北东处）。施工中我们发现类似56#桩的情况不是很多，说明东部地下有一狭长的基岩隆起带。勘察单位坚持认为不是隆起带，而是孤石。倘若如此，设计院就必须对该楼基础方案进行重新设计，加密钻孔桩的数量。后来设计院采纳了施工单位技术人员的建议，凡基岩异常的桩位都要取芯验证。取出的岩芯结果均为中等风化花岗岩，说明该场地的勘察报告严重失实。残积土、强风化花岗岩，颜色均为肉红色，原岩结构清晰，见风化正长石，含有石英颗粒及粘土矿物等，呈似斑状结构，而取芯的中风化岩石石英颗粒大小基本相同，基质为浅绿色细粒，含有暗色矿物呈斑状结构，两种岩石差别在于所含的矿物成分不同。众所周知，岩浆岩形成的阶段不同，其后所出现的造岩矿物是不同的。组成岩石或者矿石中的矿物，它们在空间、时间上的集合有一定的规律，这取决于矿物的成分与结构，也与形成时的地质条件密切相关。由此可见，该工地所见的岩石应该属于同期不同阶段的两种岩性。花岗石中的正长石易风化，风化后形成粘土矿物，下伏的中等风化花岗岩，所含的暗色矿物及其它矿物不易风化。虽然凹陷部同期岩浆分布较厚，凸部同期岩浆分布较薄，但岩石中的矿物成分不同，风化程度不同，造成了先有的基底落差。龙岩国资大厦施工现场的情况正是如此，所以可完全排除孤石的说法。设计院赞同这种判断，认为桩基底施工已到基底面，这样工程桩只需把浅钻孔桩改为人工挖孔桩，适当加大短桩的面积即可。此项设计修改因而节约了大量的资金。

3 岩脉侵入

岩脉侵入指的是后期的岩浆活动沿裂隙通道上升，在残积土或强风化岩石中横向分叉延伸，把残积土或者强风化岩石一分为二。这样的分叉有大有小，沿横向面侵入较长范围较大，地质勘察时易于发现。岩脉分叉太多时，地质勘察过程容易被忽视。因而此种状况对桩基危害极大，对基岩的判断也有一定的难度，这就要求桩基技术人员在施工中，能根据钻孔所处位置，参照地质勘察资料，结合现场钻孔沉渣的岩性，矿物质进行分析，然后再取芯验证。综合这几种手段就不难确定基底岩石是岩脉还是基岩。

例如：龙岩裕福大厦施工现场，从地质剖面图看仅有一层岩脉侵入。该层分叉厚度仅0.8~1.7m，下伏厚度达2.2~5.1m的强风化花岗岩。强风化花岗岩上部标贯N63.5<50，局部标贯数更小。强风化花岗岩下伏定为基岩，最大揭示厚度为7.0m。桩基施工中，我们分别取上层岩脉和下伏基岩两个样进行对比，发现两个岩石颜色、颗粒、基质基本相同。石英颗粒较小，基质为微晶质或隐晶质，肉眼看不清楚，属斑状结构。这种岩性特征为典型的岩脉侵入相。由于岩脉的侵入从地下上升到地表或者接近地表，早期形成的斑晶和晚期来不及结晶的物质构成了微晶或玻璃质，结晶体与基质区别明显。而第一层岩脉上方的残积土和岩脉下伏的强风化花岗岩的岩性基本相似，石英颗粒较大、含量较多，见有正长石、云母等矿物，结晶体与基质区别不明显，呈似斑状结构。显然这两种岩性有区别，岩脉与剖面上的基岩为同一岩性，所谓基岩也应该是岩脉，是岩脉的另一个分叉。照这样分析，在基岩的下伏还应有强风化花岗岩。从剖面图临近的钻孔资料也证实了这一点。所以该地层应该有多次岩脉分叉，只是第二层额岩脉分叉岩层较厚，作为桩基的持力层能符合承载要求。这例子说明岩脉的侵入横向面可以多处分叉，分叉沿横向有长有短，有厚有薄，厚度大对桩基持力层无多大影响，厚度薄，对桩基的影响就可想而知了。试想一下要是桩尖落在很薄的岩脉上，当上部荷载加重时，整幢建筑物就会发生局部不均匀沉降，甚至倾斜倒塌。

综上所述，冲钻孔灌注桩的基岩判定，从桩基施工的角度，应该从钻机的正常钻进中发现某些异常处，然后从钻进循环液所带上来的沉渣着手，分析岩性的矿物特性、矿物成分、岩层风化序列是否存在差异，有否缺失岩土层，最后在原地原层面上用钻孔取芯验证，分析是否存在岩脉的侵入，最后确定桩基的持力层。应该说钻孔取芯来判断基岩的方法，基底风化程度不同（局部隆起）是最为理想的，它直观、简便，直接反映桩位底部真实的地层。当然在判断基底时也会存在某些局限性，因为地质年代的久远，一些矿物风化不易辨认。同期的岩浆侵入在不同的时期、不同的构造背景也会产生不同的矿物。这就要求我们对当地的区域构造、地质条件、岩性、岩相特征有一个全面的了解和认识，同时积累一些实际工作经验，这样才能更好、更准确地区别判定孔底基岩。

[1]岩土工程勘察规范（GB50021-2001）[S]. 北京:中国建筑工业出版社，2001.

[2]工程地质手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2007.