碎裂巖區巖土工程施工方法與工程地質特征分析

黎 苗

（湖南省勘查設計研究院，湖南 長沙 410014）

工程場地位于長沙市開福區朝正垸片區，該區位于東南地洼區雪峰地穹系，湘江地洼列幕阜地穹西南端的烏山洼凸區，經歷了槽、臺、洼三大構造演化階段。基底為中元古界冷家溪群淺變質巖。褶皺構造主要有岳麓山向斜和楊泗廟～觀音港向斜；斷裂構造以北東向極為發育，其次為北西向和東西向，再次為北北東向和南北向，近場地范圍內有3條主要斷裂，分別是張家咀—溁灣鎮—新塘灣斷裂（F85）、葫蘆坡—金盆嶺—炮臺子斷裂（F101）、東山鎮—石橋斷裂(F132)（詳見下圖1）。其中葫蘆坡—金盆嶺—炮臺子斷裂（F101）由呈北東-南西向斜貫整個場地，造成場地基巖巖體破碎，鉆孔揭露呈巖粉、巖屑狀，局部碎塊狀。

1 碎裂巖體地層特征

場地碎裂巖體主要在淺表構造層次斷裂帶中，屬巖石脆性破裂發育形成的斷層巖。碎裂巖按碎塊破碎程度及碎基含量可劃分為初碎裂巖、碎裂巖、超碎裂巖和碎裂巖化巖，如：斷層角礫巖、碎裂巖以及斷層泥等。場地的碎裂巖是一種初碎裂巖，塊狀結構，是由原巖遭受強裂破碎而形成，呈巖粉、砂狀或碎塊狀，局部見石英脈。呈碎裂結構，為極軟巖，極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ類。

2 碎裂巖區鉆探技術方法

2.1 鉆探過程中的常見問題

該碎裂巖體表現為結構松散、成柱性差，巖體鉆探取芯呈巖粉、砂狀或碎塊狀，極易引起巖芯堆積形成堵水、堵芯現象。在取芯鉆進過程中，鉆具的搖晃也加速了卡芯，再者鉆探過程中泥漿的循環，直接沖刷巖芯，導致巖芯擾動，有的甚至呈砂狀。由于巖體結構破碎，還易造成涌水、鉆液漏失、及鉆孔偏斜、坍塌、鉆具掉落等。

2.2 碎裂巖區鉆探工藝及技術方法的選擇

1）選擇合理的鉆具

前已述及，碎裂巖體結構破碎，若采用普通的單管鉆具，很難取到較為完整的巖芯，選擇普通雙動雙管鉆具，同時配合使用適中的金剛石顆粒底噴鉆頭，避免對碎裂巖體的沖刷，同時在巖芯管內布置擋芯的構件，如攔簧和卡簧，或工人在施工過程中根據地層經驗采取簡易的擋芯措施，如：丟入鐵線、鋼珠等。

2）泥漿的合理配比

正、反循環鉆機在碎裂巖體施工過程中，泥漿的配比尤為重要，泥漿由水、黏土（或聚丙烯胺）和添加劑組成。根據工程經驗泥漿的性能指標項詳見下表1。

根據工程地質條件，采用上表參數時，若遇地下水位高或流速大時，建議取高值，若遇地質情況較好，地下水位低、滲透系數小或隔水性能好時宜取低值。泥漿合理使用能保證鉆具的順利運轉，保證碎裂巖體的完整性，同時也能有效的懸浮鉆渣和護壁。

3）改進鉆探工藝參數

在改進鉆具和泥漿配比的同時，在鉆探工藝參數上的選擇也尤為重要，鉆具在臨界轉速下，同一水平面上作用在顆粒上的重力、全反力和摩擦力處于動態平衡狀態，通過對鉆具進行試速，在破碎地層中，若采用500r/min，巖性的取芯率為25～30%，巖芯基本呈砂狀、巖屑狀，隨著轉速以50r/min的速度遞減，在轉速為150～180r/min時，碎裂巖巖體取芯率最高。詳見下圖1

圖1 碎裂巖體現場巖芯照片

3 碎裂巖體工程物理力學性質

為查明碎裂巖體的工程力學性質，該工程通過現場原位測試和室內土工試驗相結合的方法進行了綜合分析。

1）原位測試成果：原位測試采用重型圓錐動力觸探試驗，采用自動落錘裝置，連續錘擊貫入，觸探桿偏斜度控制在2%之內，錘擊速率每分鐘在15～30擊之間，記錄每貫入10cm的錘擊數N63.5，通過對59次有效試驗結果的統計分析，該處碎裂巖錘擊數范圍值介于22～38之間，統計平均值為31.2錘，標準值為29.6錘，其中部分鉆孔出現有明顯反彈，無法貫入，說明有該碎裂巖體整體的均勻性較差。

2）室內試驗成果：室內巖石物理力學性能試驗采用點荷載試驗，由于試驗可直接選用鉆探巖芯及不規則巖塊，因此它適用于野外，尤其是對室內試驗制樣困難的軟弱或破碎巖體，該工程點荷載試驗通過對45塊/15組的有效試驗數據結果統計分析，該處碎裂巖軸向點荷載強度指標（Rc）介于0.68～1.09mPa，平均值為0.88mPa，標準值為0.83mPa。

通過原位測試和室內巖體物理力學試驗，說明該碎裂巖體整體結構較完整，巖體承載力較好，但巖體受構造擠壓作用強烈，巖體的整體均勻性較差。

表1 泥漿的性能參數表

4 碎裂巖工程地質特征及對工程的影響

根據鉆探揭露情況，區域內構造發育，擬建場地西部地處岳麓山向斜東南翼，有北東向F85、F101斷層斜貫。場地內共有48孔揭露有碎裂巖體，該層受區域構造影響，不均勻夾有石英，巖體劈理、節理較發育，完整性較差，但總體來說，該層強度較高、變形較小。

場地巖體碎裂對工程的樁端承載力和樁基的施工造成了一定的不利影響。首先擬建工程上部荷載大，而碎裂巖體軟弱夾層呈透鏡狀不均勻分布于中風化板巖之中，給樁端承載力和場地的穩定性造成不利影響；碎裂巖體破碎，樁底沉碴厚度較難控制，對成樁質量影響較大，同時該地層節理裂隙極發育，地層的透水性較好，施工時在高水頭壓力下，應注意樁壁穩定，施工時須采取有效措施，以防止涌水及坍塌。

5 結語

綜上所述，該工程場地碎裂巖體主要是受構造運動的影響所導致的，在實際鉆探作業過程中，根據場地碎裂巖體的特征，在合理選擇鉆具、泥漿的配比以及優化施工工藝等途徑，提高巖性的采取率和完整度。

通過的現場的把控，從而對該碎裂巖體的物理力學性質進行客觀、合理的分析判斷，從而為工程項目基礎的設計和施工提供一個科學有效的參考依據，為項目的安全生產提供基本保障。