杭州杭徽繞流側(cè)橋鉆孔嵌巖樁地質(zhì)特征及應(yīng)用

杭州杭徽繞流側(cè)橋鉆孔嵌巖樁地質(zhì)特征及應(yīng)用

1杭徽高速雙段式施工勘探工程設(shè)計(jì)杭州周邊道路留下了王家寶路段，距離杭州西部7.5.10公里。南部是荊棘山，西部是山坂。東部和北部是沖海積平原，海拔5.10米，地勢(shì)平坦。區(qū)內(nèi)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。杭徽高速公路留下至汪家埠工區(qū)勘察線路長(zhǎng)12997m,為雙向三車(chē)道高架橋結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為高速公路,基礎(chǔ)類型式為鉆機(jī)成孔嵌巖樁,單樁豎向荷載設(shè)計(jì)為5000KN,最大豎向荷載設(shè)計(jì)為6800KN,允許差異沉降量5mm。匝道設(shè)計(jì)行車(chē)速度為40～80km/h,高速路設(shè)計(jì)行車(chē)速度為80～120km/h。路基經(jīng)初勘和詳勘后發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地地層和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,巖溶洞穴發(fā)育,工程地質(zhì)條件欠佳,決定進(jìn)行施工勘察。巖溶發(fā)育區(qū)采用一樁一個(gè)勘探孔;巖溶較發(fā)育區(qū)采用一墩一個(gè)勘探孔;巖溶不發(fā)育區(qū)為多墩一個(gè)勘探孔。2項(xiàng)目的地理?xiàng)l件2.1地質(zhì)條件。場(chǎng)地工程的地質(zhì)條件2.1.1更新后的基巖自上而下,由新到老地層巖性主要有:全新統(tǒng)素填土、粉質(zhì)粘土、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、上更新統(tǒng)含碎石粉質(zhì)粘土、上寒武統(tǒng)西陽(yáng)山組灰?guī)r(詳見(jiàn)表1)。2.1.2地球物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)勘察期間所取原狀土樣和巖樣室內(nèi)物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù),用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)(表2),并作為設(shè)計(jì)依據(jù)。2.1.3軸系抗壓強(qiáng)度依據(jù)初勘、詳勘和施工勘察資料,弱風(fēng)化灰?guī)r單軸極限抗壓強(qiáng)度最大的為97.0mPa,最小的為41.5mPa,平均為66.5mPa,推薦值58.75mPa作為設(shè)計(jì)依據(jù)。2.1.4土壤底板的承受和極限摩擦的限制根據(jù)勘察結(jié)果,經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)算,區(qū)內(nèi)場(chǎng)地地基土容許承載力[δ0]及樁周土極限摩阻力τi見(jiàn)表2。2.2勘察區(qū)地質(zhì)構(gòu)造勘察區(qū)在大地構(gòu)造位置上隸屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)錢(qián)塘江褶皺帶的余杭—嘉興沉降區(qū)。該區(qū)經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng),塑造了今日地質(zhì)地貌景觀?？辈靺^(qū)區(qū)域性隱伏斷裂構(gòu)造較發(fā)育,斷層走向以NWW-SEE為主。影響場(chǎng)地工程地質(zhì)條件的主要斷層有:馬金—烏鎮(zhèn)深斷裂、昌北—普陀大斷裂、孝豐—三門(mén)灣大斷裂。2.3溶解溶菌酶2.3.1蓋型火山巖巖芯區(qū)內(nèi)分布有大片上寒武統(tǒng)西陽(yáng)山組灰?guī)r,總厚度60～600m?？辈靺^(qū)覆蓋型灰?guī)r主要分布在杭徽高速路留下互通立交橋及其以北繞城地段,最大揭露厚度>45m。巖溶以溶洞為主,其次是溶孔和溶隙,未發(fā)現(xiàn)落水洞和暗河。鉆孔巖芯呈短柱—長(zhǎng)柱狀,局部呈塊狀。節(jié)理裂隙往往被方解石充填。2.3.2局部游離co勘察區(qū)在地質(zhì)歷史上氣候溫暖濕潤(rùn),降水豐富。地下水為HCO3-Ca型水,礦化度0.2～0.5g/L,含少量游離CO2,水位埋深0.3～2.5m,單泉流量0.5～3.4L/s?；?guī)r與地下水之間反應(yīng)式為:CaCO3+CO2+H2O→Ca2+↓+2HCO3-溶蝕沉淀物Ca被交替強(qiáng)烈、循環(huán)較快、補(bǔ)給充沛的地下水搬運(yùn)后形成溶隙、溶孔、溶洞和空洞。2.3.3區(qū)域地質(zhì)條件浙江杭州位于亞熱帶地區(qū),受東南季風(fēng)氣候影響,降水豐富。氣候濕潤(rùn),地下水補(bǔ)給充沛。但是勘察區(qū)地勢(shì)海拔5～10m,巖溶發(fā)育深度20～35m之間,低于海平面15～25m。區(qū)域性侵蝕基準(zhǔn)面較高。大氣降水雖然充沛,但滲入地下后不能形成暢通的地下徑流,現(xiàn)狀條件下巖溶形成極為困難。根據(jù)勘察區(qū)余杭東3km鳳凰山東坡溶洞考古資料:巖溶洞穴內(nèi)堆積物和大量化石推測(cè),區(qū)內(nèi)巖溶是在加里東上升運(yùn)動(dòng)之后,區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面下降條件下,喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)之前的漫長(zhǎng)地質(zhì)時(shí)期溶蝕形成的。區(qū)內(nèi)巖溶洞穴受后期侵蝕基準(zhǔn)面抬升影響,其發(fā)展現(xiàn)已基本停止。2.4溶解分布規(guī)律2.4.1區(qū)域地質(zhì)背景區(qū)內(nèi)寒武系灰?guī)r為硬質(zhì)巖,厚層狀,硬而脆。根據(jù)鉆孔揭露,在12997m長(zhǎng)度范圍內(nèi),有25條較大斷裂帶通過(guò)場(chǎng)地地區(qū)。斷層破碎帶糜棱巖寬一般為50～120m,最寬可達(dá)210m,傾角一般70°～80°,最大可達(dá)850左右,呈NWW-SEE方向延伸,與區(qū)域性構(gòu)造帶基本相一致。斷層以逆斷層為主,也有正斷層。斷層之上均有第四系堆積物,未發(fā)現(xiàn)錯(cuò)斷第四系。斷層屬非全新活斷層。斷裂帶一側(cè)(或兩側(cè))灰?guī)r,構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育,大氣降水和地下水在區(qū)域最低侵蝕基準(zhǔn)面制約下,長(zhǎng)期沿構(gòu)造節(jié)理裂隙徑流和溶蝕,久而久之,在斷層兩側(cè)形成巖溶集中分布區(qū)(圖1)。2.4.2巖溶洞穴分布巖溶發(fā)育受巖性、裂隙、斷層、侵蝕基準(zhǔn)面、巖溶地下水等條件影響,造成巖溶發(fā)育的帶狀性,使巖溶呈層狀和似層狀分布。根據(jù)勘察區(qū)鉆孔揭露巖溶洞穴埋藏深度不完全統(tǒng)計(jì):巖溶洞穴埋藏深度<15m的占0.3%,埋藏15～20m的占2.4%,埋藏20～25m的占20.9%,埋藏25～30m的占39.3%,埋藏30～35m的占34.0%,埋藏>35m的占2.4%,40m以下很少發(fā)現(xiàn)巖溶洞穴。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,勘察區(qū)巖溶發(fā)育埋藏深度主要為20～35m之間,占總量的94.9%,該深度海拔高程為-15～-25m,低于現(xiàn)在海平面15～25m。根據(jù)鉆孔揭露,50m以下未發(fā)現(xiàn)巖溶洞穴,說(shuō)明該地區(qū)巖溶發(fā)育期只有一次。巖溶受最低侵蝕基準(zhǔn)面影響呈層狀和似層狀分布。2.4.3巖溶直徑、直徑分布勘察區(qū)巖溶為淺埋藏型,地表很少有出露。其形態(tài)多為不規(guī)則狀,直徑大小差別較大,千姿百態(tài),形態(tài)各異。據(jù)對(duì)留下互通立交橋一帶118個(gè)巖溶直徑統(tǒng)計(jì),直徑<0.5m的占23.8%,直徑0.5～1.0m的占26.2%,直徑1～2m的占25.4%,直徑2.0～5.0m的占15.3%,直徑>5m的占9.3%。巖溶直徑最小者為0.1m,最大者為15.6m。據(jù)鉆探資料,溶洞在垂直方向上差別較大,一般鉆孔可發(fā)現(xiàn)溶洞3～4個(gè),最多可達(dá)8個(gè)。如43-1號(hào)鉆孔,20.7～39.5m之間發(fā)育溶洞8個(gè),直徑最小為0.2m,最大為5.0m。溶洞累計(jì)厚度10.3m,占揭露灰?guī)r厚度的54.8%。巖溶率是比較高的?？梢?jiàn)巖溶洞穴呈極不規(guī)則狀分布(圖2)。2.4.4洞穴中第四系堆積物的數(shù)量勘察區(qū)巖溶形成時(shí)間較早。巖溶洞穴普遍被第四系粘土、碎石充填。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),洞穴中有第四系堆積物的占81.1%,洞穴中沒(méi)有或有少量第四系堆積物的僅占18.9%,有的溶洞某一地段被第四系充填,而另一地段則為空洞,這種現(xiàn)象極為普遍(圖3)。2.4.5下暗河的堆積物勘察區(qū)巖溶洞穴之間連通性普遍較差,無(wú)發(fā)現(xiàn)有地下暗河存在。根據(jù)鉆探資料,多數(shù)洞穴內(nèi)堆積物為紅色、棕紅色粘土、粉質(zhì)粘土或碎石、角礫。鉆進(jìn)時(shí)泥漿一般都能返出孔口,很少有漏漿現(xiàn)象發(fā)生。3巖樁固井技術(shù)的質(zhì)量3.1下伏上寒武統(tǒng)砂巖化學(xué)特征勘察區(qū)為淺藏型巖溶區(qū)。巖溶在上寒武統(tǒng)西陽(yáng)山組灰?guī)r中發(fā)育。蓋層為第四系軟土,具有強(qiáng)度低,完成固結(jié)時(shí)間短,具觸變性、流變性、高靈敏度和可振陷性,工程地質(zhì)條件較差,不能作持力層。下伏上寒武統(tǒng)灰?guī)r雖然巖溶發(fā)育,但灰?guī)r為硬質(zhì)巖,全風(fēng)化層厚2～7m,強(qiáng)風(fēng)化層厚2～10m,弱風(fēng)化層揭露厚大于37m。弱風(fēng)化灰?guī)r堅(jiān)硬,具硅化特征,錘擊聲脆且不碎,巖體完整,鉆進(jìn)困難;巖芯呈長(zhǎng)柱狀,容許承載力[δ0]一般為1300～1500kpa,極限摩阻力τi為160～180kpa。巖溶區(qū)高架橋基礎(chǔ)選用灌注樁是適宜的,灌注樁可采用嵌巖樁,樁端持力層為完整、穩(wěn)定的弱風(fēng)化灰?guī)r。3.2巖樁固定的穩(wěn)定性分析3.2.1嵌巖樁的單樁軸向壓力容許承載力嵌巖樁是靠樁端支撐在基巖上或樁端嵌入基巖內(nèi)承載構(gòu)筑物荷重的。按照《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ024-85),嵌巖樁單樁軸向受壓容許承載力按計(jì)算式計(jì)算(1):樁端嵌入弱風(fēng)化灰?guī)r1.5m可滿足設(shè)計(jì)要求(表3)。杭徽高速公路留下至汪家埠段高架橋樁基采用嵌巖樁,樁端之上第四系和灰?guī)r全風(fēng)化層及強(qiáng)風(fēng)化層厚度較大,樁周土摩阻力也較大。因此,灌注樁安全系數(shù)較大,安全程度是較高的。3.2.2巖石穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)嵌巖樁樁端巖石穩(wěn)定性評(píng)價(jià)可分為定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)。這里根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、巖層產(chǎn)狀、巖性特征、地層厚度、巖溶形態(tài)、埋藏條件、溶洞頂板、溶洞充填物、巖溶地下水、地震基本烈度、構(gòu)筑物荷載等,對(duì)樁端巖石穩(wěn)定性僅進(jìn)行定性評(píng)價(jià)(表4)。從綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出,勘察區(qū)嵌巖樁樁端巖石是穩(wěn)定的。公路建成長(zhǎng)時(shí)間通車(chē)運(yùn)行也證明該結(jié)論是正確的。4基巖巖溶分布及施工方法(1)根據(jù)勘察區(qū)工程地質(zhì)條件和場(chǎng)地土工程地質(zhì)特征,高架橋基礎(chǔ)采用大口徑鉆機(jī)成孔嵌巖樁。樁端宜置于上寒武統(tǒng)西陽(yáng)山組弱風(fēng)化完整灰?guī)r中1.5m。如弱風(fēng)化完整灰?guī)r埋藏較淺時(shí)可采用人工挖孔樁,埋藏較深時(shí)必須采用鉆機(jī)成孔灌注樁。(2)據(jù)統(tǒng)計(jì),場(chǎng)地巖溶發(fā)育深度主要集中在埋深20～35m之間,占巖溶洞穴總量的94.9%。巖溶埋深10～20m和>35m地段巖溶洞穴極少,僅占5.1%。據(jù)此,巖溶最發(fā)育區(qū)灌注樁深度以35m為最佳。為保證樁端設(shè)置于安全位置,樁基施工時(shí),應(yīng)逐墩查明巖溶發(fā)育狀況。勘探孔深度必須揭穿巖溶洞穴進(jìn)入弱風(fēng)化完整灰?guī)r8～10m。穿越雙層或多層溶洞時(shí),樁基施工盡量采用鋼桶護(hù)壁,跟進(jìn)至巖溶洞穴底部,以保證施工安全。(3)施工至溶洞發(fā)育深度時(shí),采用輕錘沖擊,勤提鉆撈渣,加大泥漿比重,防治因漏漿發(fā)生卡鉆事故。(4)當(dāng)弱風(fēng)化灰?guī)r底層傾角較大或巖溶洞穴壁不完整,巖溶洞穴基底面起伏較大,石芽林立,施工中沖擊鉆頭擺動(dòng)較大,撞擊護(hù)桶,或擊穿孔壁時(shí),應(yīng)回填片石,使孔底形成一個(gè)完整的臺(tái)面后再轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。(5)施工巖溶發(fā)育地段時(shí),要做好機(jī)具、泥漿、填料等各種材料和制定好應(yīng)急方案,一旦發(fā)生技術(shù)事故,應(yīng)進(jìn)行應(yīng)急處理。(6)加強(qiáng)施工組織管理,制定切實(shí)可行的施工方案及安全保護(hù)措施,做到防范于未然。5限摩阻力及限摩孔終孔原則杭徽高速公路留下至汪家埠高架橋巖溶區(qū),蓋層為第四系軟土,總厚16～20m,工程地質(zhì)條件較差。下部上寒武統(tǒng)弱風(fēng)化灰?guī)r為淺藏覆蓋型,厚度大,分布廣?；?guī)r堅(jiān)硬,單軸極限抗壓強(qiáng)度為41.5～97.0mPa,容許承載力為1300～1500kPa,極限摩阻力為160～180kPa?？辈靺^(qū)巖溶發(fā)育,巖溶率一般為15.9%,最高28.2%,局部可達(dá)54.8%。巖溶以溶洞、溶孔、溶隙和洞穴為主,最小直徑0.1m,最大可達(dá)15.6m。巖溶發(fā)育深度主要集中在20～35m之間,占94.9%。呈層狀和似層狀分布在斷層破碎兩側(cè)及巖石破碎地區(qū)。巖溶空洞普