广州地区白垩纪沉积岩的工程地质特征和勘察要求

广东地质GUANGDONGGEOLOGY广州地区白垩纪沉积岩的工程地质

特征和勘察要求卓红来（广东省食品药品职业技术学校，广州510660）摘要在论述广州地区白垩纪沉积岩的工程地质特征，分析岩石承载力参数评价有关问题的基础上，提出相应的勘察要求。关键词风化程度完整程度软硬互层岩石承载力参数施工勘察大直径桩基础在桩基础设计中，桩端持力层的选择很重要。在白垩纪沉积岩分布区进行大直径灌注桩施工，桩孔终孔深度是否满足进入设计持力层，常让人感到困惑。如根据相邻两个勘探孔资料推测持力层埋深，则常与实际不符，有时甚至差别较大；根据桩孔内岩样或钻桩孔内返渣判断桩端已进入持力层，抽芯验桩时却发现桩端仍存在与设计持力层强度不相符的软岩石，或持力层下存在软夹层，或桩底持力层厚度不满足要求;再如，桩基设计时岩石承载力参数取值不合理等等，给桩基施工带来困难，或对桩基安全不利。这些问题涉及到对白垩纪沉积岩的工程地质特点的认识、勘察技术的局限性以及评价方法的合理性。本文就这些问题谈谈个人的认识，希望有助于问题的解决。1白垩纪沉积岩的工程地质特征1.1岩石组成及构造白垩纪沉积岩由正常沉积碎屑岩和粘土岩组成。碎屑岩由碎屑物和胶结物组成，碎屑物有岩屑，如砂岩、硅质砂岩、脉石英、石灰岩、花岗岩等，或矿物碎屑，如石英等；胶结物常见泥质胶结、含铁质泥质胶结、含钙质泥质胶结、含泥质钙质胶结及硅质胶结等。常见碎屑岩有砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩。粘土岩常见有泥岩、粉砂质泥岩。不同岩石常由不同胶结物组成。岩石的强度及风化程度与胶结物成分密切相关，如硅质胶结岩石抗压强度值高，抗风化能力强，而泥质胶结岩石抗压强度值低，抗风化能力低。岩石具层理构造。岩层在构造应力作用下，常发生变形，形成褶皱构造，如广州地区的天河向斜、海珠背斜、珠江向斜等大型褶皱，可产生断层、节理等构造，这样建筑场地的岩层常常是倾斜的，具有一定的倾向、倾角。1.2岩石的风化程度岩石的风化程度在竖向方向主要具有如下特征：（1）岩石成分（主要是胶结物）及单层厚度相近的岩层，由浅而深，风化程度呈现由强变弱的特征，由全风化、强风化至中风化、微风化、未风化；（2）不同胶结物的岩石组成的岩层交替产出，岩层的风化程度交替变化，使岩层呈现软硬互层或软岩层夹硬岩层、硬岩层夹软岩层现象；（3）同一风化程度、抗压强度值差别大的不同成分岩石交替出现，形成软硬互层、软岩层夹硬岩层或硬岩层夹软岩层现本文2008年1月收到，3月改回。象；（4）岩石风化程度具有成层性，一般按岩层的产状分布。岩石的风化程度在横向上主要具有如下特征：（1）岩石成分及单层厚度相近的岩层，同一风化程度的岩石呈带状分布；（2）胶结物成分差异大的倾斜岩层，风化程度沿倾向方向可呈现突变现象。此外，岩石风化程度受构造裂隙影响，裂隙带岩石较周围岩石风化程度深，其分布规律受构造裂隙控制。1.3岩石的完整程度岩石的完整程度主要具如下特征：（1）受风化裂隙控制时，岩石完整程度由浅而深，由极破碎、破碎至较完整或完整，横向上则呈带状分布；（2）受岩石成分（主要为胶结物）控制时，横向上可呈现突变现象，如硅质胶结岩石完整程度较好，而泥质胶结岩石完整程度则较差；（3）受构造裂隙控制时，构造带及其附近岩石完整程度较差，在横向方向一般无带状延伸特征；（4）受岩层层厚不同影响，在相同构造环境条件下，同一风化程度、不同层厚岩层的完整程度呈现差异性，薄层状岩层较破碎，而厚层状岩层则较完整，如果薄层与厚层状岩层交替出露，则同一风化程度的岩石可能出现完整程度交替变化的特点；（5）岩石风化程度由强至弱，完整程度一般呈现由破碎至较完整的特点，同时存在同一风化程度而完整性不同的特征。2岩石承载力参数评价的有关问题基础设计中涉及到的岩石承载力参数有岩石承载力特征值、桩侧阻力特征值和桩端阻力特征值。在基岩上覆有较厚的第四系土层的场地，岩土勘察报告提供的承载力参数不能按岩基载荷试验结果提供，依《建筑地基基础设计规范》规定，可依岩石的完整程度分别确定。2.1破碎、极破碎岩石破碎、极破碎岩石（主要为强风化岩），因大多无法取岩样进行试验，又不能按土进行土工试验，其承载力参数确定方法是：勘察时进行标准贯入试验，将实测击数不小于50击的岩石定为强风化岩，然后按地区经验查规范给出。由于标贯试验工具的特点，其锤击贯穿能力有限，很难对不同强度的强风化岩的承载力作全面客观反映，且不适用于含卵石（碎石）的砾岩等岩屑粒径大的岩层，因此勘察中不能采用标贯试验来确定含卵石（碎石）砾岩的风化程度和承载力。在钻孔内进行旁压试验确定强风化岩的承载力是一种有效方法，但因各种原因，目前应用很少。这样勘察报告中的强风化承载力的取值只能根据规范给出的经验值表查出，而表中给出的承载力特征值范围大，又无原位测试数据与承载力特征值的对应关系，勘察报告中给出的岩层承载力值一般欠准确，粗颗粒岩层的承载力更不准确。2.2完整、较完整和较破碎的岩石按公式求得fa=W•f>q=Cf、q=Cf，它们由岩石抗压强度标准值（f）及折减rrkpa1rksa2rk rk系数（Wr、C「C2）两个参数确定。2.2.1岩石抗压强度标准值fk是根据岩石样品抗压强度值经统计而得。同一风化强度的某一岩石，其强度有所差别，这就要求野外取样必须具有很好的代表性，且样品中不能存在明显裂隙。参加统计样品的数量及统计计算方法应符合规范要求，否则影响岩石承载力的评价。2.2.2折减系数W根据岩体的完整程度，由地区经验确定；C「c2根据岩体的完整程度、成桩方法、桩端沉渣厚度及桩入岩深度等因素确定。这些折减系数取值的共同点均涉及到岩体完整程度，因此，岩体完整程度评价是岩土勘察工作中的一项重要内容。岩体完整程度可按定量指标和定性指标特征来划分，前者应用较少，目前岩土工程勘察中更多的是采用定性划分法，即依据岩体主要结构面特征，如裂隙及层面的发育程度和结合程度进行分类。然而，利用钻探取芯手段来准确评价岩体的完整程度仍存在一定的困难，主要是通过钻探岩芯特征来分析岩体主要结构面的特征受较多因素影响，主要有岩石成分、钻进回次进尺、钻机稳定性及工人的操作水平等。如砾岩，当碎屑物为质体较坚硬的硅质岩、脉石英或石灰岩等，而胶结物是泥质时，钻探取芯常呈散砾状，无法认清裂隙情况及岩层结构面特点；钻探回次进尺较大，则岩芯管旋转时间较长，岩芯管高速旋转，使原来胶结较好的岩芯因较长时间的旋转后发生开裂或裂面风化物被磨损、完整岩块被打碎。同样，如钻机稳定性能差，晃动严重，也都对岩芯产生破坏。这些都对岩体结构面的分析带来不利影响，从而影响岩体完整性评价，进而影响岩石承载力的客观评价。此外，钻孔岩芯乃一孔之见，容易受局部裂隙构造，如断层、节理带影响，并不能很好反映该孔段周围岩石的完整程度。同样，如详勘时布置的钻孔数量偏少，也不能很好地反映整个场地岩石的完整程度。3勘察工作要求鉴于沉积岩的岩性复杂、风化程度和完整程度变化大等特点，且岩层具成层性、风化程度也具成层性等特点，野外工作关键在于划清各钻孔岩层层序、风化程度分界深度、客观评价岩层完整程度及确定岩层倾角，取得有代表性岩石样品做试验。3.1取芯和取样要求提高岩芯采取率，控制钻进回次进尺，一般回次进尺宜控制在1m，可根据岩性及钻进特点作适当增减，但回次进尺一般不宜超过1.2m；严格按岩芯管中取出的顺序摆放岩芯，记录回次深度，及时按不同风化程度、不同岩性分别取样，并将样品密封。取样不能仅局限于技术孔，在鉴别孔中存在与技术孔不同岩性的岩石也应取样，并将岩石样品及时送去试验；在中风化岩或微风岩中出现强、全风化岩软夹层时，必须进行标贯试验或其他有效的原位测试。3.2钻探设备要求应选用稳定性好的钻机，如150型钻机、100型高速钻机及新的100型钻机。如果普通100型钻机已使用6〜7年以上时，一般稳定性能较差，钻进对岩芯破坏性大，复杂基岩一般不宜采用。有条件时采用①108mm岩芯管钻进，取芯效果较好。3.3钻探施工技术人员要求施工技术人员必须熟练掌握钻探技术及标贯试验等原位测试技术，熟悉各种岩层的钻进方法，施工时严格按钻探规程操作以及执行钻探技术要求，准确记录钻探过程中各种现象及发生变化的情况，如钻进的响声、钻杆跳动情况及发生变化的深度、钻杆加压情况、转速及钻进时间、软岩层的干钻钻进难易程度、一次干钻能钻进的尺寸、钻进中是否存在漏浆情况3.4野外记录要求技术人员的工作必须及时到位，认真记录各孔岩石的名称、组成成分、结构特点、风化程度、裂隙特征（裂面倾角、裂隙宽度、风化程度）、岩芯节长、回次采取率、岩层厚度、岩层的倾角及其分界深度；及时选取岩样，记录岩样的岩性及裂隙情况，并及时密封。技术人员除应具备较扎实的专业知识，同时必须具有相当丰富的野外实践经验，具备识别各种假象能力。例如，岩层完整程度划分，要求所有钻探回次进尺统一一个值，以便于完整程度比较；明白岩芯完整性与岩层完整性不等同，如岩芯完整，节长之和等于钻探进尺，岩芯未见裂隙，但单节节长0.5m,该岩层可能属较完整，而非完整；若岩芯完整，节长之和比钻探进尺少，岩芯未见裂隙，在确保无残余岩芯时，应考虑是否其间存在裂隙带或软质岩，带中风化较强部分被磨损，如属这种情况，岩层可能较破碎；钻进时经常出现局部较快的现象，如岩芯为同一岩性，且单节较完整，但取芯率较低，应考虑其间存在裂隙的可能性；岩芯质体较硬，但采取率低时应推断为裂隙发育;砾岩当岩芯呈散砾状时，应结合胶结物风化特征、砾石、卵石磨损特征等综合分析确定其完整性及风化程度；中风化岩或微风化岩中存在软夹层时，应依据标贯试验或其它有效方法确定其是全风化还是强风化岩。此外，金刚石钻头、合金钻头的钻探取芯状态有所不同，应注意区别。4结语（1） 白垩纪沉积岩岩性复杂，一般都存在软硬夹层现象，岩层常呈倾斜状，同时可能存在褶皱构造及断裂构造，利用钻孔岩芯无法了解被第四系土层覆盖的岩层倾向及岩层构造特征，故依相邻钻孔岩石特点推断其间桩孔终孔深度应慎重，使用这些资料的相关单位技术人员对此应有足够认识。（2） 桩基础施工前，布置施工钻探，设计单位利用施工钻探资料调整设计桩基尺寸等，有利于桩基工程安全，不仅不会因施工钻探的费用使工程造价提高，相反会使桩基工程造价更经济。（3） 随着对地下空间的开发，很多深基坑开挖已进入基岩面以下较大深度，岩石风化程度变化、岩层面岩石裂隙面的产状（倾向、倾角）及岩石的干裂、吸水软化等特征都直接影响基坑边坡的稳定性，在基坑开挖过程中应对这些特征作进一步观察鉴定评价，并根据这些相关特征，调整基坑支护结构设计参数，完善