“填石層”對施工的影響分析及勘察要點

李新元

(深圳市工勘巖土集團有限公司，廣東深圳 518063)

0 “填石層”的概念

填土層在很多建筑場地中的普遍存在，厚度不一，從幾十公分到數(shù)米深度最為常見，一些特殊場地填土層深達十幾米甚至數(shù)十米?；靥钗锏某煞侄鄻?，有黏性土、砂土、風化巖等一種或幾種組合;也有建筑、生活垃圾、泥漿、淤泥、甚至工業(yè)廢渣、污染土等特殊性土類雜亂混填形成。因填土層帶來的工程問題不甚枚舉，其中的填石成分又屬于填土中的“特殊分子”，對工程的影響巨大。

顧名思義，填石就是人工后期回填的以“巖石”或“石頭”為主要成分的回填物。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)(2009年版)等現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，填土屬于特殊性土大類，分素填土、雜填土、沖填土及壓實填土四個亞類[1]，而沒有“填石”這一單獨的亞類。那么“填石”又屬于填土大類中的那一亞類呢?按四個亞類各自的定義，除回填石方路基及少數(shù)經(jīng)壓實的特殊場地外，其絕大多數(shù)應屬于“素填土”亞類(素填土定義為：由碎石土、砂土、粉土和黏性土等一種或幾種材料組成，不含雜物或含雜物很少)?？辈靾蟾嬷腥鐚⑻钍麨樗靥钔?，是符合現(xiàn)行的相關規(guī)范。但在很多的勘察中因此定名帶來居多麻煩。因為非巖土專業(yè)、不了解巖土定名亦或沒有仔細地分析勘察報告的招投標方、施工方、設計方多對填石成分的素填土常做如下理解：“素”有“純”“單一”地意思，且定名中含“土”這一關鍵字樣，就理解為回填物為質(zhì)地均勻、成分較單一的黏性土，和實際大相徑庭，結果可想而知。

1 填石層對工程施工的影響

填石層的厚度、成分、范圍、密實度對工程施工均會造成不同的影響。如深圳鹽田港碼頭大范圍回填10～35 m厚度不等的中、微風化花崗巖、凝灰?guī)r石方;又如福建寧德核電生活區(qū)場地，由海邊臺地挖方形成各級風化程度的渣土(石)回填，成分混雜，最大厚度達50多米。這些場地基礎施工困難大、耗時長、成本大、工藝要求高、質(zhì)量控制難。

1.1 對基礎施工的影響

因填石層多由中、微風化硬質(zhì)巖石回填，其具有質(zhì)地堅硬、難以破損或擠開的特性，對基礎施工會造成如下居多不良影響。

1)偏樁、斷樁或樁頭破損：深圳前海某項目10#地塊，平面范圍內(nèi)填石層分布無規(guī)律，厚度0.5～3.5 m不等，直徑0.2～2.5 m不等，個別直徑達5 m以上①深圳市工勘巖土集團有限公司.深圳地鐵前海上蓋物業(yè)10、11號地鐵巖土工程勘察報告[R].2008.;設計選用φ600預應力管樁基礎，結果是偏樁、斷樁及樁頭破損率共計達到10%以上，最后采取了較大范圍的引樁、補樁措施。根據(jù)深圳地區(qū)多個預應力管樁工地經(jīng)驗總結，如填石層厚度達0.8～1.0 m以上，最大直徑達1.0～1.2 D(D為樁徑)以上，則易造成沉樁困難，建議采用引樁措施或選用其它樁型。

2)無法穿越：鉆孔灌注樁、攪拌樁、長臂螺旋樁在填石地區(qū)適用均受限，類似樁型均靠鉆頭旋轉(zhuǎn)的磨損填石達到穿越成孔，當填石硬度達較硬巖以上級別，合金鉆頭根本無法磨損填石層，出現(xiàn)無法施工的事故。偶有鉆穿成孔，也極易出現(xiàn)垂直度不能滿足規(guī)范要求的質(zhì)量事故，故慎用。

3)垮孔：填石層多屬無規(guī)律的堆架結構，空隙大，充填不完全，密實度不一，穿越填石層后，受施工震動、擾動影響，垮塌下掉的巖塊堆積于旋轉(zhuǎn)鉆頭上或鉆頭與孔壁間，卡死鉆頭，導致無法旋轉(zhuǎn)和鉆進。

4)破壞鉆頭：旋挖鉆機目前在市場上應用較廣，功率較大的旋挖鉆機(型號一般選擇360以上)可以克服厚度約2 m以內(nèi)的填石層，但無論是采用筒鉆或錐鉆，遇填石層則易導致鑲嵌于鉆頭上的“合金牙”損耗過大或掉落，導致成本過大;根據(jù)類似場地經(jīng)驗比較，旋挖填石比旋挖穩(wěn)定中、微風化巖石成本還要高，是旋挖普通黏性土層的10倍以上的成本。

總之，填石母巖成分達中硬以上、厚度大于1 m、最大塊徑大于0.8 m以上的填石層，應慎用預應力管樁、沉管灌注樁，不宜采用鉆孔灌注樁、長臂螺旋樁等，可選用沖孔灌注樁;當采用旋挖樁時，不可野蠻施工，避免經(jīng)濟成本過大，可合理調(diào)配設備和安排場地，選用沖孔設備或潛孔鉆設備引穿填石層再旋挖，以達到經(jīng)、濟高效的目的。

1.2 對土方開挖影響

土方和石方的開挖難度、方法不盡相同，故價格差異較大。根據(jù)實際經(jīng)驗，按《土壤及巖石(普氏)分類表》土方一般多劃分為Ⅱ類土壤，少數(shù)為Ⅲ類土壤;而填石層一般分為Ⅳ土壤或Ⅴ類松石、Ⅵ類次堅石[2];價格差異一倍到數(shù)倍不等。同時在挖方設備配置、人員安排、工期計劃、棄土場地選擇等方面均應不同，否則將導致設計變更、現(xiàn)場停工、工期延誤、造價異常增加等不利于工程順利開展的情況發(fā)生。

1.3 對基坑支護設計影響

填石層對很多基坑支護除涉及前面所述樁基施工、土方開挖等影響外，還可能涉及截水帷幕的類型、穩(wěn)定性計算等問題。一般填石層的空隙均較大，為地下水徑流的良好通道，多屬強透水地層;雨季地表水通過填石層可以快速、大量地滲透進入基坑內(nèi)，同時攜帶黏性土、砂土等細顆粒的流失，嚴重者可導致基坑側(cè)壁局部坍塌的風險。如深圳某房地產(chǎn)沙井項目，設置兩層地下室，基坑側(cè)壁局部地段含填石層②深圳市工勘巖土集團有限公司.深圳沙井翡逸郡巖土工程勘察報告[R].2009.，設計采用適度放坡加復合土釘墻的支護措施，未采取截水措施。支護方案較經(jīng)濟，并經(jīng)專家評審和第三方審圖機構通過。6月份基坑挖至坑底并及時澆筑底板，時值雨季，大雨當天就發(fā)現(xiàn)基坑側(cè)壁滲水嚴重，并伴有流泥、流砂，第二天在南側(cè)基坑局部發(fā)生長20米余、寬約4.5 m、高約5 m垮塌范圍，方量約500余，同時導致紅線外道路開裂。經(jīng)專家分析，其垮塌原因正是由于局部存在填石層，短時間地表水下滲、沖刷、攜帶泥砂和浸潤等多重作用導致事故發(fā)生。此事故造成工期延誤35天、經(jīng)濟損失近100萬元。

填石層中截水帷幕的方式選擇也是設計考慮的重點因素，很多基坑設計采用攪拌樁帷幕進行截水，施工過程中遇填石層導致無法施工，導致方案變更、工期和造價均增加;在填石分布區(qū)采取高壓雙管或三管旋噴帷幕截水效果較好，后期開挖過程中即使發(fā)現(xiàn)局部效果不達預期可進行補噴工作;當然采用咬合樁或地下連續(xù)墻效果更好，但造價高昂，不經(jīng)濟，當考慮雙墻合一時亦是可以考慮。

另外，填石層的物理力學指標具備c小(甚至c=0)、φ大的特點，而土質(zhì)填料具備c小(少量c值偏大)、φ小的特點，恰好相反，設計往往統(tǒng)一選用相同的指標計算土壓力，如填土范圍、厚度均較小亦可為之，否則就不合理。

2 勘察重點及措施

填石層對施工的不利影響可見一斑，輕則造價增加，重則導致質(zhì)量安全事故。如何有效地解決此問題?重點是要對場地內(nèi)的填石層認識充分、調(diào)查準確、設計合理、措施可行;而勘察工作又是最重要的基礎性工作。

現(xiàn)行《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)(2009年版)中對填土層的勘察有明確的要求，總結分兩方面：其一是搜集資料，包括調(diào)查地形和地物的變遷、填土的來源、堆積年限和堆積方式等;其二為實物調(diào)查，包括填土層的分布、厚度、物質(zhì)成分、顆粒級配、均勻性、密實性、壓縮性和濕陷性以及對建筑材料的腐蝕性。

填石屬于填土層中的一部分，其分布范圍、厚度、來源、性狀、力學性能均同“包裹”其外圍的填土層有明顯的不同之處，按照規(guī)范對填土的要求開展工作，不足以滿足設計和施工的要求，還應加強如下重點工作。

2.1 收集資料與實物調(diào)查并重

受鉆孔間距的影響，孔間原地面起伏和準確的填土范圍難以通過鉆孔資料查明。尤其經(jīng)過多期回填的場地，填土性狀、成分可能都不相同。通過鉆探芯樣結合各個時間段的地形圖、調(diào)查其填土的來源可以準確地推斷填土成分、堆積方式等問題。深圳上水徑采石礦區(qū)回填后建筑場地就是典型的代表，礦區(qū)范圍地形復雜，預留的覆蓋層厚度差異大，無任何規(guī)律可循。其填土最大厚度達70多米，詳勘鉆孔間距介于20～30 m不等，通過收集回填前的地形圖查明了，礦區(qū)放坡開采預留的馬道和車道位置，同時準確查明了填土范圍;通過回填物質(zhì)來源，查明了上部填土層成分為黏性土，下部堆填了厚度1.5～5.4 m不等的松散狀中、微風化粗?；◢弾r渣石(為采礦棄渣)。有效地指導了設計樁長，準確地判定了樁基穩(wěn)定持力層，經(jīng)抽芯檢測樁基持力層完全合格。根據(jù)經(jīng)驗，原始地貌由沖溝、斜坡、坡前洪積扇、陡坎等多種微地貌單元組合的回填場地，資料收集工作往往比鉆探更重要。

2.2 了解場地規(guī)劃和回填歷史

此方面貌似“社會因素”，看似和填石的調(diào)查無關，實則不然;尤其位于城區(qū)規(guī)劃范圍內(nèi)的堆填建筑場地，在堆填伊始一般均有堆填限量要求、堆填年限、最大堆填厚度、堆填物質(zhì)成分的要求、不同堆填物片區(qū)的劃分、堆填物是否有分層碾壓要求等設計或規(guī)劃。如深圳前海片區(qū)，基本由填海造陸而成，現(xiàn)規(guī)劃為舉世矚目的“特區(qū)中的特區(qū)”既深圳前海自貿(mào)區(qū);約2009年以前，多屬二線關沿線場地，規(guī)劃不甚明確。此時，城市建設余泥渣土在此范圍內(nèi)無序堆填，成分復雜，建筑垃圾、淤泥、泥漿、填石、黏性土、砂土等均存在，也不存在按成分分區(qū)的堆填、分層處理的要求。但2009年以后，該區(qū)域有了明確的填海規(guī)劃，對堆填成分、堆填方式、堆填厚度、堆填速度等均有了明確的要求，做到有序堆填。故在該區(qū)域進行勘察工作，如不了解場地的規(guī)劃和堆填歷史，僅憑有限的鉆孔揭露，不足以查明無序堆填區(qū)域填石、建筑垃圾等硬物的實際情況，經(jīng)常導致后期設計變更。

2.3 開挖、工程物探等多種手段并用

填土層中填石的含量、塊徑范圍、厚度、分布范圍、密實程度、風化程度(硬度)、充填物是填石層最重要的幾個參數(shù)。目前常用的鉆探手段基本可以查明填石母巖的風化程度，對其它幾方面往往揭露失真，故應采用多種勘探手段綜合調(diào)查。利用挖機開挖5 m或人工開挖2 m深范圍內(nèi)的探坑，通過辨析開挖物成分組成和探坑側(cè)壁穩(wěn)定情況，可準確地反映其塊徑范圍、厚度、母巖風化程度和充填物等;通過工程物探手段(探地雷達、高密度電法)可較準確地查明填石層的分布范圍、厚度等重要參數(shù)，彌補鉆孔揭露不足的情況。

2.4 注重現(xiàn)場試驗

填石層屬碎石土類，且多屬散體材料，常規(guī)取樣困難甚至無法取樣，調(diào)查其物理性狀唯有進行現(xiàn)場試驗工作。可通過重型(或超重型)動力觸探試驗調(diào)查其密實性，如在試驗過程中遇塊徑較大的填石阻止下探，可中斷試驗，利用金剛石鉆頭鉆穿該石塊后繼續(xù)試驗，取得連續(xù)的試驗數(shù)據(jù)，其試驗數(shù)量應滿足現(xiàn)行規(guī)范對數(shù)據(jù)統(tǒng)計的要求，試驗數(shù)據(jù)的變異系數(shù)大于0.3，屬正常現(xiàn)象?？赏ㄟ^大直徑篩分試驗查明其組分百分比，大直徑篩分網(wǎng)一般在市場上無法統(tǒng)一購置，可自制。其密度試驗可采用灌砂發(fā)或灌水法在現(xiàn)場完成。

2.5 汲取地區(qū)經(jīng)驗

勘察最終是要為設計和施工服務，提供的成果資料除滿足現(xiàn)行規(guī)范要求外，還應滿足施工的可行性要求;填石層對基礎施工、土方開挖、地基處理等施工均存在不同程度地影響;故了解地區(qū)常用樁型、土方開挖方法、地基處理手段、施工設備、行業(yè)習慣、行業(yè)認知等因素就尤為重要。如深圳地區(qū)，早期很多單位將填石層或包含于填土中的填石亞層(實際上是非層狀分布)統(tǒng)一定名為“素填土”層，在報告文字“特殊性巖土”章節(jié)中有專門的內(nèi)容敘述，同時在鉆孔柱狀圖中有亦有專門描述，但很多工程在設計和施工過程中還是疏忽填石的存在，導致設計變更和費用增加;現(xiàn)在，區(qū)域勘察單位利用“填石”或“素填土(填石)”這種醒目的名字命名，在勘察成果資料中并加以特別強調(diào)，在設計伊始就起到了提醒各參建單位的作用，后期施工階段的“填石糾紛”明顯減少，起到了良好的效果。

3 結論

填石屬于特殊性巖土地層，對工程設計、施工、投資均存在不同程度地影響;為了確保項目的順利開展，不因填石的存在影響項目正常進行，充分、準確的認知是前提和關鍵?？辈靻挝徊捎煤侠淼目辈焓侄?、針對性的措施，準確地查明填石層的物理特性、力學特性，提出合理、可行的意見和建議能夠較大地幫助設計和施工;重視填石對工程建設不利影響的問題前置到勘察階段，有利于針對性的設計、施工準備和投資預算，對項目順利開展起到較大的推進作用。