金龙大街东线桥梁工程中州府大桥岩土工程施工勘察报告

周学耐

1 概述

1.1 工程概况

金龙大街东线桥梁工程中州府大桥项目由武汉市公路勘察设计院设计，岩土工程详细勘察工作已由我院完成，并提交了详勘报告。目前，桥梁设计图已通过专家会审。

拟建中州府大桥基础型式为钻（冲）孔灌注桩，桩径为1800mm，持力层为（5）层中风化砂砾岩及（6）层中风化粉砂质泥岩，桩底标高由设计院提供，见表1、表2。

表1 桥墩桩底设计标高参数表

墩号 桩号 桩底标高 墩号 桩号 桩底标高

1 K7+922.00 1.79 16 K8+372.00 -29.85

2 K7+952.00 0.79 17 K8+402.00 -13.12

3 K7+982.00 0.79 18 K8+432.00 -8.80

4 K8+012.00 0.78 19 K8+462.00 -23.41

5 K8+042.00 0.49 20 K8+492.00 -7.42

6 K8+072.00 0.45 21 K8+522.00 -17.83

7 K8+102.00 0.45 22 K8+552.00 -10.82

8 K8+132.00 0.44 23 K8+582.00 -14.20

9 K8+162.00 2.01 24 K8+612.00 -18.63

10 K8+192.00 -17.62 25 K8+652.00 -0.55

11 K8+222.00 0.87 26 K8+712.00 -1.99

12 K8+252.00 -15.31 27 K8+752.00 -14.38

13 K8+282.00 -15.38 28 K8+782.00 0.73

14 K8+312.00 -21.33 29 K8+812.00 2.25

15 K8+342.00 -18.37 30 K8+842.00 2.81

注：每个桥墩有4根（或8根）桩，各桩采用统一桩底标高。

表2 桥台桩底设计标高参数表

台号 桩号 钻孔编号 桩底标高 台号 桩号 钻孔编号 桩底标高

0 K7+

892.00 K0-1 -11.32 31 K8+

872.00 K31-1 -10.73

K0-2 -11.21 K31-2 -10.62

K0-3 -11.21 K31-3 -10.52

K0-4 -11.32 K31-4 -10.43

K0-5 -11.32 K31-5 -10.73

K0-6 -11.21 K31-6 -10.62

K0-7 -11.21 K31-7 -10.52

K0-8 -11.32 K31-8 -10.43

注：每个桥台有8根桩，勘探点采用一桩一孔布置，钻孔按桥台依次编号。

场地下伏基岩主要揭露白垩～第三系东湖群（K-E）dn地层，包括（5）层中风化砂砾岩、（6-a）层强风化粉砂质泥岩及（6）层中风化粉砂质泥岩。（5）层中风化砂砾岩属可溶性岩，局部发育岩溶；（6）层中风化粉砂质泥岩因砂泥质比例、胶结物性质及胶结程度不同，地基承载力差异较大。当以（5）、（6）层作为桩基础持力层时需进行一桩一孔勘察，确保桩端断面以下10.00米深度范围内为完整可靠基岩，并为设计提供桩基承载力。受江夏区金龙大街东线工程指挥部委托，我院承担本项目勘察工作，由武汉市政监理有限公司金龙大街东线桥梁监理部全程监理。该工程的质量目标为优良。勘察阶段为施工勘察。

1.2 勘察任务、目的及要求

根据现行国家及地方规范，按业主及设计院的要求，本工程施工勘察着重解决以下问题：

1.2.1 查明桩基持力层垂直分布及其岩溶发育情况，指导工程桩施工，为后续钻（冲）孔灌注桩施工确定桩长和持力层标准，确保桩端以下10.00米深度范围内为完整可靠基岩；

1.2.2 查明桩基范围内岩溶、土洞的位置、埋深、垂高、充填物及地下水特征，为确定处治方案提供所需地质资料；

1.2.3 各钻孔在桩底设计标高以下10.00m深度范围内采取不少于3组岩样，通过抗压试验，提供桩基承载力；

1.2.4 施工勘察布孔原则：勘探点采用一桩一孔布置；

1.2.5 勘探孔深度及终孔原则：钻孔需钻至设计桩底标高以下10.00米。若设计桩底标高以下10.00米深度范围内存在溶洞，钻孔需钻至溶洞底板下完整中风化砂砾岩不少于10.00米方可终孔。

1.3 勘察依据

1.3.1 设计单位提供的桩位平面图。

1.3.2 《岩土工程勘察规范》GB50021—200l（2009年版）。

1.3.3 《建筑地基基础设计规范》GB50007—2011。

1.3.4 《湖北省建筑地基基础技术规范》DB42/242-2003。

1.3.5 《湖北省岩土工程勘察工作规程》DB42/169-2003。

1.3.6 《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008。

1.4 勘察工作概况及完成工作量

根据设计单位提供的桩位平面图，本次施工勘察勘探点采用一桩一孔布置（详见勘探点平面布置图），孔号按桥墩（台）依次编号，共布置钻孔144个，其中陆地钻孔140个，水上钻孔4个。各勘探点是根据指挥部提供的现场已知控制点用全站仪进行测放，并由监理部复测，各勘探点孔深及孔口标高详见探点数据一览表。

本次勘察属施工勘察阶段，勘察的目的及任务是查明桩基持力层垂直分布及其岩溶发育情况，确保桩基置于稳定持力层之上，并采取岩石试样，通过抗压试验，提供地基及桩端承载力，不再对基岩上部覆盖土层进行分析与评价，所采用的勘探手段以钻探为主。我院于2013年10月10日进入现场施工，11月10日完成全部外业施工，工作中共使用GXY-100型钻机20台套。共完成钻孔144个，钻探工作量5670.30米，采取岩样426组，并进行饱和（天然）单轴抗压试验。

2 岩土工程条件

2.1 场地位置及地形地貌

拟建中州府大桥位于武汉市江夏区中州府西侧，横跨梁子湖大道，属金龙大街东线桥梁，里程位置为K7+892.00～K8+872.00，中心桩号为K8+382.00，大桥全长约980.00m，两侧分布若干小鱼塘。场区地势整体较为平坦略有起伏，北部因新近堆填地势稍高。陆地钻孔孔口标高在18.95～26.91米之间，最大高差达8.36m；水域钻孔为9#桥墩4个钻孔，塘底标高在17.89～18.19米之间，最大高差约0.30m，水深在0.60～0.90米之间。场区地貌单元属长江三级阶地。

2.2 场地地层结构及特征

在勘探深度范围内，通过野外钻探并结合详勘资料，将场地土层分为三大类，第一大类为（1）层素填土（Qml）；第二大类为第四系全新统冲积成因（Q4al）的淤泥质粘土及中更新统冲积成因（Q2al）的粉质粘土、含角砾粉质粘土～含粉质粘土角砾等（（2）层-（4）层）；第三大类为白垩～第三系东湖群（（K-E）dn）基岩，根据其岩性及风化程度可分为（5）层中风化砂砾岩、（6-a）层强风化粉砂质泥岩及（6）层中风化粉砂质泥岩。

（5）层中风化砂砾岩基质具浅褐色泥及砂屑结构的砂—砾状结构，块状构造，基底式胶结。碎屑含量约60～85%，其组分主要为生屑泥晶灰岩砾石（棱角状，粒径3-15mm，约占33%）、微晶灰岩砾石（次圆状，粒径1-5mm，约占30%）、石英细砂岩砾石（次圆状，粒径4-8mm，约占15%）、褐铁泥岩砾石（次圆状，粒径3mm，约占3%）、蜓化石（粒径1mm，约占2%）等；基质组份主要为零散均匀分布的细晶方解石、和零散分布的石英细砂。属较硬岩，岩体完整程度属较完整，岩体基本质量等级分类属Ⅲ级。大部分场区分布。

（6）层中风化粉砂质泥岩以褐红色为主，局部夹青灰色薄层条带。泥质结构，厚层状构造，泥质胶结，局部含大量钙质。主要成分为石英、长石及粘土矿物，各孔段砂泥质比例差异较大。属软岩，岩体完整程度分类属较完整，岩体基本质量等级分类属Ⅳ类。局部场区分布。

3 岩溶稳定性分析与评价

3.1 场地岩溶地质特征

场地大部分孔段揭露中风化砂砾岩，属可溶性岩，根据钻探资料分析，岩溶为本次勘察中的一个较为突出的工程地质问题。从钻孔岩芯观察存在有不同程度的溶蚀现象，主要表现基岩顶面可见溶蚀小裂隙、裂隙面有铁质浸染或方解石结晶，可见蜂窝状溶蚀小孔，或顶部岩性较破碎。拟建场地共施工钻孔144个，其中138个钻孔揭露可溶性岩（中风化砂砾岩），44个孔位揭露到溶洞，钻孔遇洞率为31.88%，溶洞发育规模大（最大洞高11.60m），溶洞为无充填或软～可塑状粘性土及少量灰岩碎块半-全充填，详见溶洞发育情况统计表（附表）。

拟建场地144个钻孔共揭露中风化砂砾岩总厚度为2949.80米，砂砾岩中溶洞总高为284.20米，钻孔线岩溶率为9.63%，钻孔见洞隙率为31.88%，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）表6.6.2岩溶发育程度分级表，拟建场地属岩溶强发育场地。

第四纪以来，基岩表面逐渐被粘性土所覆盖，有的溶洞被粘性土充填，同时上部的粘性土还起到相对隔水作用，使得溶蚀作用相对迟滞，岩溶发育基本趋于稳定。

3.2 场区岩溶形态分析

通过对施工勘察钻探资料统计分析，场区岩溶形态主要有以下几种：

3.2.1 拟建场地岩溶发育主要集中在16#墩～28#墩。

3.2.2 砂砾岩岩层中岩溶形态表现为溶洞（大）、溶孔（小）及溶蚀裂隙。

本次施工勘察完成144个钻孔，其岩溶发育情况详见附表《金龙大街东线桥梁工程中州府大桥施工勘察岩溶发育情况统计表》。

3.3 不同岩溶形态对桩基危害及处理建议

3.3.1 溶洞：根据本次钻探资料揭露，场区中风化砂砾岩层中溶洞强发育，多为软塑状粘性土夹碎石全充填（或半充填），少量溶洞无充填。当桩端置于溶洞顶板上，容易造成溶洞顶板坍塌、桩基失稳；当桩端置于溶洞中时，桩端无端承力，加载后桩基极剧沉降。

处理建议：在桩基施工过程中，桩端应穿过溶洞底板全断面进入稳定的中风化砂砾岩中。

3.3.2 岩石破碎、基岩裂隙发育。在桩基施工过程中，易产生漏浆、漏砼现象，漏浆过程缓慢，严重影响桩身质量。

处理建议：对桩底破碎岩层进行处理，在桩底铺钢筋网，对小的孔洞裂隙、竖向线性小裂隙进行压力水泥砂浆封堵。

3.3.3 深层溶洞处理建议：对于有多层溶洞分布的桩，当溶洞规模大（洞高大于3.00米），埋深大导致桩长过大时，建议在该桩两侧加布两个钻孔，进行跨越或确定溶洞的横向规模后再进行处理。

4 持力层物理力学性质指标的统计及选用

拟建中州府大桥采用（5）层中风化砂砾岩及（6）层中风化粉砂质泥岩作为桩基持力层，通过钻探手段采取桩底设计标高以下10.00m深度范围内不少于3组岩样，对室内岩石饱和（天然）单轴抗压试验成果进行统计计算，并结合武汉地区勘察经验提出地基承载力特征值及钻孔桩桩侧阻力、端阻力综合建议值，见表3、表4。

表4 承载力特征值及钻孔桩桩侧阻力、端阻力综合成果表

地层

编号 岩土

名称 岩石试验 承载力建议值 柱阻力建议值

fak

（kPa） fak

（kPa） 钻孔桩桩侧阻力（KPa） 钻孔桩桩端阻力（KPa）

（5） 中风化砂砾岩 7540

（fa） 3000

（fa） 320 7000

（6） 中风化粉砂质泥岩 980

（fa） 1000

（fa） 190 4000

注：上表中岩石试验fa=ψr·frk，其中（5）层ψr取0.2，（6）层ψr取0.1。其他层侧阻力参考详堪报告。

5 对工程桩施工建议

拟建中州府大桥设计采用φ1800mm钻孔灌注桩，采用（5）层中风化砂砾岩作为桩基础持力层时建议桩基穿越溶洞并将桩端全端面置于稳定可靠基岩之上；采用（6）层作为桩基础持力层时建议桩端置于设计桩底标高以下稳定可靠基岩之上。

5.1 合理的施工方法

5.1.1 场区上部填土厚度较大，结构松散，桩基施工时应采取有效的护壁措施。

5.1.2 施工至设计桩底标高后应及时清除护壁上的泥土和孔底残渣，并及时灌注桩身混凝土，对于桩端局部存在溶蚀裂隙及破碎基岩或孔底沉渣无法确保在规范要求范围内时，应采用压力注浆等措施进行补强。

5.2 试桩

验证桩基设计承载力，试桩工艺参数指导工程桩施工。

6 结论与建议

6.1 场区下伏基岩为白垩～第三系东湖群（（K-E）dn）地层，包括（5）层中风化砂砾岩、（6-a）层强风化粉砂质泥岩及（6）层中风化粉砂质泥岩。其中（5）层中风化砂砾岩为可溶性岩，揭露区域岩面起伏较大，岩溶发育，属岩溶强发育场地，岩溶发育情况详见附表《金龙大街东线桥梁工程中州府大桥施工勘察岩溶发育情况统计表》。

6.2 采用（5）层中风化砂砾岩作为桩基础持力层时建议桩基穿越溶洞并将桩端全端面置于稳定可靠基岩之上；采用（6）层作为桩基础持力层时因砂泥质比例、胶结物性质及胶结程度不同，地基承载力差异较大，设计时应结合各钻孔岩石试验成果作适当调整，确保桩端置于稳定可靠基岩之上。

6.3 各钻孔地层分布情况详见钻孔柱状图及工程地质剖面图。

6.4 施工过程中加强验槽验桩工作。

6.5 本次勘察以钻孔超前钻形式进行，钻孔终孔孔径91mm（或75mm），钻孔揭露面有限，部分地段不能完全反映桩端下溶洞发育情况及岩石完整程度，且钻孔桩桩径达1800mm，建议在施工过程中进一步判断桩端下持力层垂向分布情况，并及时采取处理措施。