公路建設(shè)挖方路段土石比的一種確定方法分析

梁志鵬 （廣州市交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

1 前言

高速公路深挖方路段較多，設(shè)計(jì)階段多根據(jù)地質(zhì)勘察資料確定挖方段土石比，然而，實(shí)際開挖情況有較大差異，由此造成許多設(shè)計(jì)變更，導(dǎo)致花費(fèi)額外的資金，往往引起較大的爭議。《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTGC20-2011）附表J中土石工程分級(jí)采用的指標(biāo)土、石名稱；鉆進(jìn)1m所需時(shí)間；爆破1m所需炮眼長度；開挖方式。后三個(gè)指標(biāo)是在施工過程中發(fā)生的，設(shè)計(jì)階段無法參考，土、石名稱這一指標(biāo)采用的是例舉法，科學(xué)性不強(qiáng)。且附表J對(duì)自然界中大量存在的卵石土、第三系弱膠結(jié)泥、砂巖沒有明確的歸類，也不可能在表中說出自然界中所有類型土、石種類。針對(duì)目前土石分級(jí)的不科學(xué)性，前人多根據(jù)鉆進(jìn)速度和巖石強(qiáng)度探討巖土的變化規(guī)律。趙宇鵬認(rèn)為，鉆進(jìn)過程中，在確保采取率的前提下，沖擊鉆探在鉆進(jìn)過程中可以通過鉆進(jìn)速度反映巖體軟硬變化。

壓實(shí)程度是地層對(duì)鉆進(jìn)速度影響的主要方式，如果地層成巖性越好，鉆進(jìn)速度越低。關(guān)于巖石分級(jí)，國外普遍根據(jù)巖石硬度進(jìn)行劃分，而劃分的關(guān)鍵點(diǎn)則是飽和單軸抗壓強(qiáng)度值（Rc）。而在工程施工中，我國如鐵道部、水利部等相關(guān)部門對(duì)于巖土分類有專門的規(guī)范，其中所采用的標(biāo)準(zhǔn)則是天然濕度下的單軸抗壓強(qiáng)度，相比之下國內(nèi)在劃分巖石級(jí)別方面所添加的條件更加精準(zhǔn)，而國外只是片面提出以單軸抗壓強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)，并沒有強(qiáng)調(diào)飽和度等其他條件，容易受到開挖時(shí)天然條件的影響。因此，國內(nèi)和國外在劃分巖石級(jí)別時(shí)所設(shè)置的界限值有較大的差異，國內(nèi)以30MPa為軟、硬巖的劃分界限值，而國外則多以25MPa為界限值。

2 土石分級(jí)

基于以上問題，本文參考《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（TB10012-2019）采用了巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度，提出如下新的土石分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

土、石工程分級(jí)表 表1

3 土石比例確定

首先，在確定土石比例時(shí)，根據(jù)表1松土～堅(jiān)石的劃分標(biāo)準(zhǔn)，某種土或者巖石可能存在處于臨界的情況，或者存在有夾層的情況，我們根據(jù)廣東公路多年勘察經(jīng)驗(yàn)，將各種風(fēng)化程度的土或石根據(jù)實(shí)際情況按一定百分比例進(jìn)行了分類的細(xì)化，如將中風(fēng)化定義為軟石：次堅(jiān)石：堅(jiān)石=30%：40%：30%，而不是簡單地將其定義為一種類別。

其次利用斷面法進(jìn)行土石比例劃分：

①施工單位往往在開挖了部分邊坡后發(fā)現(xiàn)石質(zhì)較多，才提出變更，所以要先進(jìn)行現(xiàn)有地面的測量，確定已經(jīng)開挖的方量，根據(jù)施工單位和監(jiān)理的記錄，確定已開挖的土石量；

②布置工作量按照路線里程長度每50m設(shè)置1個(gè)布孔橫斷面，對(duì)于單個(gè)工點(diǎn)長度在100m以內(nèi)的，應(yīng)布置不少于1個(gè)橫斷面。地質(zhì)條件變化大時(shí)，可加密橫斷面。每個(gè)橫向勘探斷面勘探點(diǎn)數(shù)量不少于3個(gè)，鉆孔不少于2個(gè)。

③根據(jù)補(bǔ)勘結(jié)果，繪制工程地質(zhì)橫斷面圖，需加載設(shè)計(jì)線，計(jì)算每個(gè)斷面的土石比例；

④按斷面與斷面中間進(jìn)行分塊，分塊土石比例按斷面確定，從而確定分塊的土石方量；

⑤累計(jì)各分塊土石方量，確定各類土石百分比例。

4 實(shí)例及分析

某高速擬建邊坡，最大坡高45m，該路段屬于低緩丘陵地區(qū)，地形起伏較大，坡體自然坡角最大40°。

為確定該工點(diǎn)兩段邊坡的土石比例，基本按照斷面法的布孔原則進(jìn)行邊坡路塹勘探工作，布置鉆孔zk1～zk6合計(jì)6個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)（圖1）。

圖1 開挖邊坡鉆孔布置圖（zk為鉆孔）

根據(jù)鉆探以及野外地質(zhì)調(diào)繪成果，邊坡主要由第四系坡殘積粉質(zhì)黏土和寒武系變質(zhì)砂巖及其風(fēng)化層組成。各地層的特點(diǎn)描述如下。

①粉質(zhì)黏土：黃褐～灰褐色，稍濕，可塑，土質(zhì)不均勻，局部含礫石，厚度0.5～0.8m，土層重度及抗剪強(qiáng)度 γ=18kN/m，凝聚力c=16kPa，內(nèi)摩擦角φ=18°。

②粉質(zhì)黏土：黃褐兼紅褐色，稍濕，硬塑，殘積成因，厚度1.05m，土層重度及抗剪強(qiáng)度γ=19kN/m，凝聚力c=20kPa，內(nèi)摩擦角φ=22°。

③強(qiáng)風(fēng)化夾中風(fēng)化變質(zhì)砂巖：黃褐、灰褐色，巖質(zhì)極軟～較硬，巖芯破碎多呈碎塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，厚度8.35～30.70m。重度及抗剪強(qiáng)度γ=22kN/m，凝聚力c=32kPa，內(nèi)摩擦角φ=32°。

④強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖：紅褐、黃褐夾灰褐色，結(jié)構(gòu)可辨，巖質(zhì)極軟～較硬，巖芯極破碎多呈碎石～碎塊狀，節(jié)理裂隙極發(fā)育，厚度 5.05～32.85m。重度及抗剪強(qiáng)度 γ=22kN/m，凝聚力 c=30kPa，內(nèi)摩擦角φ=30°。

⑤強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖：黃褐、灰褐色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖質(zhì)極軟，巖芯呈碎渣～半巖半土狀，遇水軟化，厚度3.05～14.00m。重度及抗剪強(qiáng)度γ=21kN/m，凝聚力c=28kPa，內(nèi)摩擦角φ=28°。

⑥中風(fēng)化變質(zhì)砂巖：紅褐、黃褐色，巖質(zhì)極軟～較硬，變晶結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖芯較完整多呈短柱～長柱狀，節(jié)長大于10cm約占80%，節(jié)理裂隙發(fā)育，最大揭示厚度11.20m。

根據(jù)鉆探資料繪制相關(guān)工程地質(zhì)斷面圖，以便確定分塊的土石方量（圖2～圖3）。

圖2 斷面圖（zk4～zk6）

圖3 斷面圖（zk1～zk3）

根據(jù)勘探及原位測試資料、調(diào)繪及巖土試驗(yàn)成果，并依據(jù)斷面圖，進(jìn)行邊坡巖土層的土石等級(jí)、類別及比例劃分；根據(jù)設(shè)計(jì)文件，按照各巖土層的賦存分布，將各類巖進(jìn)行細(xì)類劃分，中風(fēng)化變質(zhì)砂巖定義為次堅(jiān)石，強(qiáng)風(fēng)化夾中風(fēng)化變質(zhì)砂巖定義為硬土：軟石：次堅(jiān)石=3:6:1，強(qiáng)風(fēng)化碎塊狀定義為硬土：軟石=3:7，強(qiáng)風(fēng)化半巖半土狀定義為硬土，粉質(zhì)黏土定義為普通土（表2），綜合確定該路段挖方土石比例為普通土：硬土：軟石：次堅(jiān)石=11:50:35:4。

土石比例 表2

5 結(jié)論

邊坡開挖時(shí)，土石比例與原設(shè)計(jì)不一致，主要是由于地質(zhì)條件變化較大，兩階段勘察時(shí)工作量有限，或者是由于業(yè)主、監(jiān)理、施工人員對(duì)土石的界定與設(shè)計(jì)存在不一致。要解決此工程地質(zhì)問題，首先要搞清楚土石的劃分標(biāo)準(zhǔn)，其次要進(jìn)行補(bǔ)充查明土與石的量。本文參考《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（TB10012-2007）采用了巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度，結(jié)合工程實(shí)際提出的土石分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及根據(jù)實(shí)際情況把土或石按一定百分比例進(jìn)行了細(xì)化分類的方法，在計(jì)算開挖邊坡路塹土石方比中具有較高的準(zhǔn)確度。