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(qiáng)度高、水文地質(zhì)條件復(fù)雜等工程地質(zhì)特點(diǎn)。論文提出填石地層的勘察重點(diǎn)，分析其給各類(lèi)工程帶來(lái)的技術(shù)難點(diǎn)，運(yùn)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(kuò)大，城市用地范圍不斷向農(nóng)村、近郊和濱海擴(kuò)展。為滿(mǎn)足城市整體規(guī)劃要求，原本地勢(shì)較為低洼的魚(yú)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(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(duì)現(xiàn)有建筑進(jìn)行改擴(kuò)建，該類(lèi)工程場(chǎng)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(kāi)挖、樁基成孔、頂管施工等帶來(lái)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(chēng)為填石層。填石層具有以下特點(diǎn)：1）隨機(jī)堆填而成的無(wú)規(guī)則的無(wú)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(jí)屬Ⅳ～Ⅵ級(jí)（軟質(zhì)石～堅(jiān)石），可開(kāi)挖性較差。3）由于填石層中填石的含量、粒徑，充填物的類(lèi)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(chǎng)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(duì)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(chǎng)踏勘、詢(xún)問(wèn)調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)鉆探、現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)成果進(jìn)行分析評(píng)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(wú)序堆填或有經(jīng)過(guò)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(lèi)型（砂質(zhì)充填或黏性土）及充填情況（全部充填或無(wú)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(xún)問(wèn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆孔揭露的地層情況，分析評(píng)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(duì)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(píng)價(jià)巖石的堅(jiān)硬程度等級(jí)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(lèi)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(duì)較小，所取巖芯代表性較差，且鉆探過(guò)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(duì)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(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)勘察，專(zhuān)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(jiàn)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(lái)了諸多困難。對(duì)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(duì)于厚度較大（≥2m）的填石層常見(jiàn)工程的處理方法。

4.1基坑工程

1）對(duì)于場(chǎng)地周邊環(huán)境簡(jiǎn)單，無(wú)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(duì)較大，可采用放坡開(kāi)挖。但應(yīng)考慮場(chǎng)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(duì)于放坡空間受限的場(chǎng)地，基坑支護(hù)宜采用沖孔樁，因高壓旋噴樁在填石層中無(wú)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?？刹捎脹_孔咬合樁（A/B樁，見(jiàn)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。

4.2樁基工程

對(duì)于大面積厚度較大的填石地層，預(yù)制樁將無(wú)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(wú)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(guò)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(guò)程中增加垂直度檢測(cè)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?！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(hù)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(hù)筒長(zhǎng)度；（2）控制開(kāi)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(guò)程中廣泛使用。但在設(shè)計(jì)過(guò)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(wú)法施工，目前通常的做法主要為：（1）改變管道走向，避開(kāi)不良地質(zhì)；（2）對(duì)無(wú)法頂進(jìn)段落進(jìn)行基坑支護(hù)，采用明挖施工。對(duì)于場(chǎng)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(wèn)題，但存在以下缺點(diǎn)：（1）頂管一般埋深較大，該類(lèi)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(jiàn)圖1)，排樁施工周期長(zhǎng)，且地下水較難控制，基坑開(kāi)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(jiàn)圖2）解決特殊地質(zhì)條件下的頂管施工難題。即在管道無(wú)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)。“換填”完成后，再采用常規(guī)頂進(jìn)工藝進(jìn)行施工。各類(lèi)處理方法對(duì)比見(jiàn)表1。

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(zhuān)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(zhǎng)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(wèn)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。

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作者：馮金健 單位：福州市勘測(cè)院