填石地層工程勘察及工程技術(shù)方案

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【摘要】填石地層具有不均勻性、石塊強度高、水文地質(zhì)條件復(fù)雜等工程地質(zhì)特點。論文提出填石地層的勘察重點，分析其給各類工程帶來的技術(shù)難點，運用“沖孔換填法”等工程技術(shù)方案解決基坑工程、樁基工程、頂管工程在填石層中施工的困難。

【關(guān)鍵詞】填石地層；工程地質(zhì)特性；工程勘察；工程技術(shù)方案；沖孔換填法

1引言

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，城市用地范圍不斷向農(nóng)村、近郊和濱海擴展。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?；靥畈牧贤ǔ２捎镁徒〔?，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，很多項目在原有的市政道路基礎(chǔ)上進行提升改造或者對現(xiàn)有建筑進行改擴建，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：1）隨機堆填而成的無規(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，其抗壓強度高，巖土施工工程分級屬Ⅳ～Ⅵ級（軟質(zhì)石～堅石），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)試驗成果進行分析評價，重點應(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）石塊強度：對于樁基工程、基坑工程，填石層中石塊的大小及強度是施工方案選擇的重要參考因素，應(yīng)取樣進行巖石飽和單軸抗壓強度試驗或點荷載試驗，分析評價巖石的堅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，必要時應(yīng)進行抽水或注水等水文試驗，以獲取設(shè)計所需的水文地質(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，應(yīng)進行專項勘察，專項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，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，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高。可采用沖孔咬合樁（A/B樁，見圖1），但應(yīng)重點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。

4.2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)保證護筒埋設(shè)的垂直度，同時在作業(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，宜回填片石、卵石后再進行沖孔。通?！笆中汀睕_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，泥漿護壁效果差，容易引起塌孔?？刹上率龃胧┯枰越鉀Q：（1）適當(dāng)加大護筒長度；（2）控制開孔時的成孔進度，采用“密錘低擊”工藝，使孔壁土層受振動擠壓而密實，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，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）對無法頂進段落進行基坑支護，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)濟合理。采用基坑支護明挖鋪設(shè)管道的做法亦可以解決工程問題，但存在以下缺點：（1）頂管一般埋深較大，該類地層條件下，支護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)險較大。（2）支護結(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)濟合理且不節(jié)能環(huán)保。根據(jù)多個工程實踐，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”地層進行清除，然后換填砂質(zhì)黏土或砂性土，并進行振搗密實?！皳Q填”完成后，再采用常規(guī)頂進工藝進行施工。各類處理方法對比見表1。

5結(jié)論及建議

1）填石地層的勘察應(yīng)重點查明其堆填年限與方法、物質(zhì)成分、均勻性、石塊強度、水文地質(zhì)特性等，必要時可采用井群降水、大口徑人工探井方案進行專項勘察。2）基坑工程宜優(yōu)先采用放坡+降（止）水支護方案，放坡空間受限時，可采用沖孔咬合樁進行支護。3）樁基成孔時宜適當(dāng)加大護筒長度，采用“空心型”沖擊錘、重錘低擊、密錘低擊施工工藝；偏孔時可回填片石、卵石后再進行沖孔；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。

【參考文獻】

【1】GB50021—2001(2009年版)巖土工程勘察規(guī)范[S].

【2】桂金祥,李建強,王佳亮.成都地鐵4號線二期盾構(gòu)隧道漂卵石專項勘察分析[J].隧道建設(shè)，2017，37(4):476-485.

【3】李吉林,孫旭.厚填石層大型基坑支護設(shè)計[J].電力勘測設(shè)計,2015(4):8-12.

【4】楊建學(xué),侯偉生,鄭陳旻,等.沖孔咬合樁在某鄰海深基坑圍護中的工程應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報，2010(32):207-209.

作者：馮金健 單位：福州市勘測院