填石地層工程勘察及工程技術(shù)方案分析

馮金健

（福州市勘測院，福州 350108）

1 引言

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市用地范圍不斷向農(nóng)村、近郊和濱海擴(kuò)展。為滿足城市整體規(guī)劃要求，原本地勢較為低洼的魚塘、田地、灘涂等地方將需大面積整體回填。回填材料通常采用就近取材，回填土成分復(fù)雜，經(jīng)常存在填塊石、條石等。另外，隨著城市品質(zhì)不斷提高，舊城改造的加速推進(jìn)，很多項(xiàng)目在原有的市政道路基礎(chǔ)上進(jìn)行提升改造或者對現(xiàn)有建筑進(jìn)行改擴(kuò)建，該類工程場地也經(jīng)常存在不同厚度的填石層。大面積的填石層將給后期的基坑開挖、樁基成孔、頂管施工等帶來很多困難。

2 填石層的工程地質(zhì)特性

填石屬于人工填土層，通常將粒徑≥100mm，含量大于50%的塊石、漂石、混凝土塊、樁頭等稱為填石層。填石層具有以下特點(diǎn)：

1）隨機(jī)堆填而成的無規(guī)則的無序堆積體，填石粒徑大小不一，相差懸殊，且其填充物質(zhì)成分雜亂，均勻性很差。

2）主要成分為中～微風(fēng)化巖或混凝土塊，其抗壓強(qiáng)度高，巖土施工工程分級屬Ⅳ～Ⅵ級（軟質(zhì)石～堅(jiān)石），可開挖性較差。

3）由于填石層中填石的含量、粒徑，充填物的類型、含量存在較大的不確定性，導(dǎo)致填石層的水文地質(zhì)條件復(fù)雜，水文地質(zhì)參數(shù)難以準(zhǔn)確獲取。

3 填石地層的勘察

填石地層有著諸多不良的工程地質(zhì)特性，由于堆填物的成分、粒徑、充填物的情況等存在較大差異，即使在同一地貌單元且范圍較小的場地，其工程地質(zhì)特征都有可能存在很大的差別。鑒于填石層具有以上的特殊性質(zhì)，就需要進(jìn)行有針對的巖土工程詳細(xì)勘察，方可為后期的方案設(shè)計(jì)提供更為合理的科學(xué)依據(jù)【1】。

填石地層的勘察應(yīng)在資料收集、現(xiàn)場踏勘、詢問調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)鉆探、現(xiàn)場原位測試及室內(nèi)試驗(yàn)成果進(jìn)行分析評價(jià)，重點(diǎn)應(yīng)關(guān)注的內(nèi)容如下：

1）堆填年限與方法：應(yīng)調(diào)查分析堆填的年限與方法（無序堆填或有經(jīng)過分層碾壓），查明填石的密實(shí)程度、均勻性、壓縮性等。

2）物質(zhì)成分：應(yīng)查明填石層的石塊含量、粒徑、充填物類型（砂質(zhì)充填或黏性土）及充填情況（全部充填或無充填），以便合理地提出物理力學(xué)參數(shù)。

3）均勻性：應(yīng)在收集資料、調(diào)查、詢問的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆孔揭露的地層情況，分析評價(jià)填石層物質(zhì)組成的差異性、填石層分布范圍、分布厚度等的變化規(guī)律。

4）石塊強(qiáng)度：對于樁基工程、基坑工程，填石層中石塊的大小及強(qiáng)度是施工方案選擇的重要參考因素，應(yīng)取樣進(jìn)行巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)或點(diǎn)荷載試驗(yàn)，分析評價(jià)巖石的堅(jiān)硬程度等級及可挖性。

5）水文地質(zhì)特性：填石層中若存在地下水，一般為上層滯水或潛水，應(yīng)重點(diǎn)查明地下水的埋藏條件、類型、水位、水質(zhì)；下部地層、周邊水體（若有）的水力關(guān)系；地下水的分布特征、富水性等。如果涉及基坑工程，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行抽水或注水等水文試驗(yàn)，以獲取設(shè)計(jì)所需的水文地質(zhì)參數(shù)。

常規(guī)勘察由于勘探鉆孔的口徑相對較小，所取巖芯代表性較差，且鉆探過程中往往漏漿嚴(yán)重，取芯較困難，難以查明填石層的分布、含量、粒徑等工程特性。在填石層厚度大，對工程影響重大的情況下，當(dāng)采用常規(guī)工程地質(zhì)鉆孔勘察不能滿足要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)勘察，專項(xiàng)勘察可考慮采取井群降水、大口徑人工探井方案【2】。

4 常見工程的處理方法

填石層特殊的工程地質(zhì)特性給工程設(shè)計(jì)施工帶來了諸多困難。對于厚度較?。ǎ?m）的填石層，一般可采用施工前清障的辦法予以解決。下面討論對于厚度較大（≥2m）的填石層常見工程的處理方法。

4.1 基坑工程

1）對于場地周邊環(huán)境簡單，無重要建（構(gòu)）筑物時(shí)，填石層力學(xué)指標(biāo)中的內(nèi)摩擦角φ 又相對較大，可采用放坡開挖。但應(yīng)考慮場地地下水水位情況，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，坑外可采用管井降水或封水帷幕墻【3】。

2）對于放坡空間受限的場地，基坑支護(hù)宜采用沖孔樁，因高壓旋噴樁在填石層中無法施工，不能采用其進(jìn)行止水；若采用常規(guī)的密排沖孔灌注樁，其樁間止水效果也比較差且工程造價(jià)高。可采用沖孔咬合樁（A/B 樁，見圖1），但應(yīng)重點(diǎn)考慮咬合面的止水效果，選擇符合要求的灌注材料并保證施工質(zhì)量【4】。

圖1 沖孔咬合樁典型支護(hù)剖面

4.2 樁基工程

對于大面積厚度較大的填石地層，預(yù)制樁將無法施打，僅沖孔樁適用。沖孔樁在填石層中成樁的難點(diǎn)及處理方法主要有以下方面。

4.2.1 易偏孔、卡錘

填石層中石塊排列無序，經(jīng)常存在“探頭石”、傾斜塊石，若打樁機(jī)械安置的水平不夠，將容易出現(xiàn)偏孔、卡錘現(xiàn)象。

為了避免成孔過程中偏孔，首先應(yīng)保證護(hù)筒埋設(shè)的垂直度，同時(shí)在作業(yè)過程中增加垂直度檢測頻率；控制落錘高度，盡量采用重錘低擊；當(dāng)遇到“探頭石”、傾斜塊石時(shí)，宜回填片石、卵石后再進(jìn)行沖孔。

通常“十字型”沖擊錘較容易出現(xiàn)卡錘現(xiàn)象，可以采用“空心型”沖擊錘予以解決。

4.2.2 易漏漿、塌孔

部分填石地層孔隙大，漏漿嚴(yán)重，泥漿護(hù)壁效果差，容易引起塌孔。可采下述措施予以解決：（1）適當(dāng)加大護(hù)筒長度；（2）控制開孔時(shí)的成孔進(jìn)度，采用“密錘低擊”工藝，使孔壁土層受振動(dòng)擠壓而密實(shí)，增加孔壁穩(wěn)定性；（3）適當(dāng)增加泥漿密度，當(dāng)漏漿嚴(yán)重時(shí)，可向孔內(nèi)投入黏性土和小片石，并反復(fù)沖擊，使填石層中石塊間的間隙迅速讓黏稠的漿液填充，阻塞泥漿滲漏通道，以保證孔壁穩(wěn)定。

4.3 頂管工程

頂管技術(shù)在市政工程中的電力、給排水、污水等管道施工過程中廣泛使用。但在設(shè)計(jì)過程中，也經(jīng)常碰到管道埋深范圍內(nèi)存在填石、中～微風(fēng)化巖等地層，導(dǎo)致

頂管工程無法施工，目前通常的做法主要為：（1）改變管道走向，避開不良地質(zhì)；（2）對無法頂進(jìn)段落進(jìn)行基坑支護(hù)，采用明挖施工。

對于場地條件允許，工程地質(zhì)條件適合的情況下，采用改變管道走向的方法，可以解決工程難題，但不一定經(jīng)濟(jì)合理。采用基坑支護(hù)明挖鋪設(shè)管道的做法亦可以解決工程問題，但存在以下缺點(diǎn)：（1）頂管一般埋深較大，該類地層條件下，支護(hù)形式通常需要采用排樁+內(nèi)撐+止水帷幕(見圖1)，排樁施工周期長，且地下水較難控制，基坑開挖施工風(fēng)險(xiǎn)較大。（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)采用大量的鋼筋混凝土，且管道施工結(jié)束后難以拔除，不經(jīng)濟(jì)合理且不節(jié)能環(huán)保。

根據(jù)多個(gè)工程實(shí)踐，可以采用“沖孔換填法”（見圖2）解決特殊地質(zhì)條件下的頂管施工難題。即在管道無法頂進(jìn)的段落，事先在其位置及兩側(cè)0.5m 的范圍內(nèi)采用沖孔樁成樁設(shè)備將管道底標(biāo)高及其以下1m 的“不良”地層進(jìn)行清除，然后換填砂質(zhì)黏土或砂性土，并進(jìn)行振搗密實(shí)?！皳Q填”完成后，再采用常規(guī)頂進(jìn)工藝進(jìn)行施工。各類處理方法對比見表1。

表1 填石地層中頂管工程各類處理方法對比

圖2 “沖孔換填法”示意圖

5 結(jié)論及建議

1）填石地層的勘察應(yīng)重點(diǎn)查明其堆填年限與方法、物質(zhì)成分、均勻性、石塊強(qiáng)度、水文地質(zhì)特性等，必要時(shí)可采用井群降水、大口徑人工探井方案進(jìn)行專項(xiàng)勘察。

2）基坑工程宜優(yōu)先采用放坡+降（止）水支護(hù)方案，放坡空間受限時(shí)，可采用沖孔咬合樁進(jìn)行支護(hù)。

3）樁基成孔時(shí)宜適當(dāng)加大護(hù)筒長度，采用“空心型”沖擊錘、重錘低擊、密錘低擊施工工藝；偏孔時(shí)可回填片石、卵石后再進(jìn)行沖孔；適當(dāng)增加泥漿密度，可采用向孔內(nèi)投入黏性土和小片石的措施解決漏漿問題。

4）可采用“沖孔換填法”解決填石地層條件下頂管工程的施工難題。