杭州杭徽繞流側橋鉆孔嵌巖樁地質特征及應用

1杭徽高速雙段式施工勘探工程設計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，地勢平坦。區內屬亞熱帶季風氣候區。杭徽高速公路留下至汪家埠工區勘察線路長12997m,為雙向三車道高架橋結構。設計荷載標準為高速公路,基礎類型式為鉆機成孔嵌巖樁,單樁豎向荷載設計為5000KN,最大豎向荷載設計為6800KN,允許差異沉降量5mm。匝道設計行車速度為40～80km/h,高速路設計行車速度為80～120km/h。路基經初勘和詳勘后發現場地地層和地質構造復雜,巖溶洞穴發育,工程地質條件欠佳,決定進行施工勘察。巖溶發育區采用一樁一個勘探孔;巖溶較發育區采用一墩一個勘探孔;巖溶不發育區為多墩一個勘探孔。2項目的地理條件2.1地質條件。場地工程的地質條件2.1.1更新后的基巖自上而下,由新到老地層巖性主要有:全新統素填土、粉質粘土、粉土、淤泥質粉質粘土、上更新統含碎石粉質粘土、上寒武統西陽山組灰巖(詳見表1)。2.1.2地球物理力學指標根據勘察期間所取原狀土樣和巖樣室內物理力學參數測試數據,用數理統計方法對各個參數進行數理統計(表2),并作為設計依據。2.1.3軸系抗壓強度依據初勘、詳勘和施工勘察資料,弱風化灰巖單軸極限抗壓強度最大的為97.0mPa,最小的為41.5mPa,平均為66.5mPa,推薦值58.75mPa作為設計依據。2.1.4土壤底板的承受和極限摩擦的限制根據勘察結果,經數理統計計算,區內場地地基土容許承載力[δ0]及樁周土極限摩阻力τi見表2。2.2勘察區地質構造勘察區在大地構造位置上隸屬于揚子準地臺錢塘江褶皺帶的余杭—嘉興沉降區。該區經歷了多次構造運動,塑造了今日地質地貌景觀。勘察區區域性隱伏斷裂構造較發育,斷層走向以NWW-SEE為主。影響場地工程地質條件的主要斷層有:馬金—烏鎮深斷裂、昌北—普陀大斷裂、孝豐—三門灣大斷裂。2.3溶解溶菌酶2.3.1蓋型火山巖巖芯區內分布有大片上寒武統西陽山組灰巖,總厚度60～600m。勘察區覆蓋型灰巖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,未發現落水洞和暗河。鉆孔巖芯呈短柱—長柱狀,局部呈塊狀。節理裂隙往往被方解石充填。2.3.2局部游離co勘察區在地質歷史上氣候溫暖濕潤,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。灰巖與地下水之間反應式為:CaCO3+CO2+H2O→Ca2+↓+2HCO3-溶蝕沉淀物Ca被交替強烈、循環較快、補給充沛的地下水搬運后形成溶隙、溶孔、溶洞和空洞。2.3.3區域地質條件浙江杭州位于亞熱帶地區,受東南季風氣候影響,降水豐富。氣候濕潤,地下水補給充沛。但是勘察區地勢海拔5～10m,巖溶發育深度20～35m之間,低于海平面15～25m。區域性侵蝕基準面較高。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,現狀條件下巖溶形成極為困難。根據勘察區余杭東3km鳳凰山東坡溶洞考古資料:巖溶洞穴內堆積物和大量化石推測,區內巖溶是在加里東上升運動之后,區域侵蝕基準面下降條件下,喜馬拉雅運動之前的漫長地質時期溶蝕形成的。區內巖溶洞穴受后期侵蝕基準面抬升影響,其發展現已基本停止。2.4溶解分布規律2.4.1區域地質背景區內寒武系灰巖為硬質巖,厚層狀,硬而脆。根據鉆孔揭露,在12997m長度范圍內,有25條較大斷裂帶通過場地地區。斷層破碎帶糜棱巖寬一般為50～120m,最寬可達210m,傾角一般70°～80°,最大可達850左右,呈NWW-SEE方向延伸,與區域性構造帶基本相一致。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,未發現錯斷第四系。斷層屬非全新活斷層。斷裂帶一側(或兩側)灰巖,構造節理裂隙發育,大氣降水和地下水在區域最低侵蝕基準面制約下,長期沿構造節理裂隙徑流和溶蝕,久而久之,在斷層兩側形成巖溶集中分布區(圖1)。2.4.2巖溶洞穴分布巖溶發育受巖性、裂隙、斷層、侵蝕基準面、巖溶地下水等條件影響,造成巖溶發育的帶狀性,使巖溶呈層狀和似層狀分布。根據勘察區鉆孔揭露巖溶洞穴埋藏深度不完全統計: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以下很少發現巖溶洞穴。從統計結果可知,勘察區巖溶發育埋藏深度主要為20～35m之間,占總量的94.9%,該深度海拔高程為-15～-25m,低于現在海平面15～25m。根據鉆孔揭露,50m以下未發現巖溶洞穴,說明該地區巖溶發育期只有一次。巖溶受最低侵蝕基準面影響呈層狀和似層狀分布。2.4.3巖溶直徑、直徑分布勘察區巖溶為淺埋藏型,地表很少有出露。其形態多為不規則狀,直徑大小差別較大,千姿百態,形態各異。據對留下互通立交橋一帶118個巖溶直徑統計,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。據鉆探資料,溶洞在垂直方向上差別較大,一般鉆孔可發現溶洞3～4個,最多可達8個。如43-1號鉆孔,20.7～39.5m之間發育溶洞8個,直徑最小為0.2m,最大為5.0m。溶洞累計厚度10.3m,占揭露灰巖厚度的54.8%。巖溶率是比較高的。可見巖溶洞穴呈極不規則狀分布(圖2)。2.4.4洞穴中第四系堆積物的數量勘察區巖溶形成時間較早。巖溶洞穴普遍被第四系粘土、碎石充填。據不完全統計,洞穴中有第四系堆積物的占81.1%,洞穴中沒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,這種現象極為普遍(圖3)。2.4.5下暗河的堆積物勘察區巖溶洞穴之間連通性普遍較差,無發現有地下暗河存在。根據鉆探資料,多數洞穴內堆積物為紅色、棕紅色粘土、粉質粘土或碎石、角礫。鉆進時泥漿一般都能返出孔口,很少有漏漿現象發生。3巖樁固井技術的質量3.1下伏上寒武統砂巖化學特征勘察區為淺藏型巖溶區。巖溶在上寒武統西陽山組灰巖中發育。蓋層為第四系軟土,具有強度低,完成固結時間短,具觸變性、流變性、高靈敏度和可振陷性,工程地質條件較差,不能作持力層。下伏上寒武統灰巖雖然巖溶發育,但灰巖為硬質巖,全風化層厚2～7m,強風化層厚2～10m,弱風化層揭露厚大于37m。弱風化灰巖堅硬,具硅化特征,錘擊聲脆且不碎,巖體完整,鉆進困難;巖芯呈長柱狀,容許承載力[δ0]一般為1300～1500kpa,極限摩阻力τi為160～180kpa。巖溶區高架橋基礎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、穩定的弱風化灰巖。3.2巖樁固定的穩定性分析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承載構筑物荷重的。按照《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTJ024-85),嵌巖樁單樁軸向受壓容許承載力按計算式計算(1):樁端嵌入弱風化灰巖1.5m可滿足設計要求(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巖全風化層及強風化層厚度較大,樁周土摩阻力也較大。因此,灌注樁安全系數較大,安全程度是較高的。3.2.2巖石穩定性綜合評價嵌巖樁樁端巖石穩定性評價可分為定性評價和定量評價。這里根據地質構造、巖層產狀、巖性特征、地層厚度、巖溶形態、埋藏條件、溶洞頂板、溶洞充填物、巖溶地下水、地震基本烈度、構筑物荷載等,對樁端巖石穩定性僅進行定性評價(表4)。從綜合評價結果可以看出,勘察區嵌巖樁樁端巖石是穩定的。公路建成長時間通車運行也證明該結論是正確的。4基巖巖溶分布及施工方法(1)根據勘察區工程地質條件和場地土工程地質特征,高架橋基礎采用大口徑鉆機成孔嵌巖樁。樁端宜置于上寒武統西陽山組弱風化完整灰巖中1.5m。如弱風化完整灰巖埋藏較淺時可采用人工挖孔樁,埋藏較深時必須采用鉆機成孔灌注樁。(2)據統計,場地巖溶發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%。據此,巖溶最發育區灌注樁深度以35m為最佳。為保證樁端設置于安全位置,樁基施工時,應逐墩查明巖溶發育狀況。勘探孔深度必須揭穿巖溶洞穴進入弱風化完整灰巖8～10m。穿越雙層或多層溶洞時,樁基施工盡量采用鋼桶護壁,跟進至巖溶洞穴底部,以保證施工安全。(3)施工至溶洞發育深度時,采用輕錘沖擊,勤提鉆撈渣,加大泥漿比重,防治因漏漿發生卡鉆事故。(4)當弱風化灰巖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較大,撞擊護桶,或擊穿孔壁時,應回填片石,使孔底形成一個完整的臺面后再轉入正常鉆進。(5)施工巖溶發育地段時,要做好機具、泥漿、填料等各種材料和制定好應急方案,一旦發生技術事故,應進行應急處理。(6)加強施工組織管理,制定切實可行的施工方案及安全保護措施,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,蓋層為第四系軟土,總厚16～20m,工程地質條件較差。下部上寒武統弱風化灰巖為淺藏覆蓋型,厚度大,分布廣。灰巖堅硬,單軸極限抗壓強度為41.5～97.0mPa,容許承載力為1300～1500kPa,極限摩阻力為160～180kPa。勘察區巖溶發育,巖溶率一般為15.9%,最高28.2%,局部可達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15.6m。巖溶發育深度主要集中在20～35m之間,占94.9%。呈層狀和似層狀分布在斷層破碎兩側及巖石破碎地區。巖溶空洞普