公路挖方邊坡勘察土石比例劃分研究

張金平

（廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司,廣東廣州510507）

隨著我國公路建設的蓬勃發展，尤其是山區公路（高速、國省道）建設的發展，公路不斷向山區延伸，在山區公路的建設過程中不可避免要對邊坡進行開挖。在邊坡的開挖過程中，常常涉及邊坡土石比例的變更，主要包括兩個方面，即土石比例變化導致開挖方量變更，另外導致支護參數的變更[1-2]。導致變更的原因主要有以下幾點：①交通部《公路工程地質勘察規范》附錄J土、石工程分級采用的是鉆1m所需的凈鉆時間、爆破1m3所需炮眼長度、開挖方法等進行判別，判別方法較為定性，且受鑿巖鉆探、炮眼大小、開挖機具等影響較大，缺乏定量指標。②列舉土、石名稱過于籠統，無法參照，因為不同巖石由于礦物成分、風化差異、形成環境等不同導致強度差別較大。③沒有具體劃分方法，各個單位或者個人根據自己的習慣或者經驗進行劃分，導致差異過大。④主要考慮因素均為施工開挖難度，而土石比例是要在勘察階段做出劃分，指導概預算及設計，缺乏根據勘察資料進行判別的因素[3]。

針對交通部《公路工程地質勘察規范》附錄J土、石工程分級的不足，當前《鐵路工程地質勘察規范》（TB10012-2007）在考慮鉆1m所需的凈鉆時間、開挖方法、巖土名稱及特征的基礎上尚考慮了巖石單軸飽和抗壓強度[4]。在歐洲土木工程界土石比例劃分時考慮施工難易的同時，還考慮了勘察階段地震波波速的大小[5]。對于邊坡土石比例劃分而言，涉及土石方總量和土石方比例。土石方總量的計算目前有成熟的計算方法，如DTM法、方格網法、等高線法、斷面法等，而對于土石比例的確定，卻沒有公認的計算方法。目前主要采用的是地質鉆孔法，該方法對土地平整效果較好，因其僅需相對粗糙地劃分出土類和石類，但是涉及Ⅰ-Ⅵ時，對具體鉆孔各分層如何利用不夠具體[6-7]。本次研究主要針對公路挖方邊坡勘察階段土石比例劃分存在的問題提出解決思路，總結可操作的方法。

1 土石比例劃分方法

1.1 土石分級標準

根據《公路工程地質勘察規范》（JTG C20-2011）附錄J表J-1土、石工程分級表可將土石分為Ⅰ-Ⅵ六個等級。其劃分標準是根據鉆炮眼1m所需時間、爆破1m3所需炮眼長度(m)及開挖方法來進行。鑿巖鉆探、炮眼大小、開挖機具等均直接影響著判斷結果。且主要根據施工開挖難度劃分，而未采用勘察階段成果劃分，操作性不強。根據多年的經驗，參考《鐵路工程地質勘察規范》（TB10012-2007），直接根據巖土名稱及特征、施工可能需要的開挖方法、結合巖石單軸飽和抗壓強度，提出如表1新的土、石分級標準。

表1 土、石分級標準表

1.2 巖土層土石分級確定

在確定土石比例之前，根據松土—堅石（Ⅰ-Ⅵ）的劃分標準，直接根據巖土名稱及特征將某類巖石劃分為某類土，過于定性，不同技術人員判別起來差異較大。目前通常的做法是把某種風化程度的巖石直接化為某類土石。而實際某種風化巖石可能處于臨界的情況，或者存在有夾層的情況，我們根據公路勘察多年經驗，提出將各種風化程度的土或石根據實際情況按一定百分比例先進行分類的細化，如將某中風化巖定義為軟石∶次堅石∶堅石=30%∶60%∶30%。并提出將存在夾層、難以界定的強—中風化巖根據實際情況定為中風化夾強風化或強風化夾中風化，土石比例也進行一定的細分，如中風化夾強風化定義為硬土∶軟石∶次堅石=30%∶60%∶30%。而不是簡單的將其定義為一種類別。

1.3 土石比例劃分斷面法

在有了分類的標準及各巖土分層土石比例細分之后，便是具體的劃分方法。根據多年的經驗，我們引入了斷面法。利用斷面法進行土石比例劃分時一般按照以下步驟進行：

（1）首先根據地面測量資料及設計開挖線，確定整個邊坡的總方量；

（2）根據勘察結果，繪制工程地質橫斷面圖，需加載設計線，計算每個斷面的土石比例；

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

（4）累計各分塊土石方量，確定各類土石百分比例[8]。

2 工程實例

2.1 工程概況

廣東省某高速公路K32+471~K32+971路塹位于羅鏡鎮周山腳村。線路走向與山坡地形等高線呈近45°角。該段左側邊坡的最大開挖高度約為45.4m，長度500m。為查清邊坡土石比例本次勘察布置并完成鉆孔16個，鉆孔編號分別為SBLK1~SBLK16，具體位置如圖1所示。

圖1 工程地質平面示意圖

2.2 工程地質條件

邊坡路段屬于低山丘陵地貌，地形復雜，山坡地勢較陡，自然坡度20°~30°。海拔164.0~236.0m，相對高差約62.0m。山坡植被茂密，多發育喬木、灌木等。

根據勘探及地質調繪成果，本段邊坡受區域地質構造影響，早期主要受自南向北推覆構造作用，形成糜棱化、硅化的韌性剪切破碎帶，后期受熱液作用，沿斷層破碎帶貫入石英脈體。根據調繪成果，本段邊坡范圍內測得三組斷層，早期發育的為F1斷層，其為東西向韌性剪切帶，該斷層影響帶較大，大部分邊坡都受其影響，表現為石英砂巖硅化、糜棱化，巖體定向排列明顯，產狀為355°∠78°，為高角度的逆斷層；后期F2、F3斷層錯斷F1斷層，使得邊坡巖體更為破碎，F2、F3推測為同一期次的斷層，受其影響，形成了斷層破碎帶并伴有斷層泥,F2產狀為105°∠25°，F3產狀為102°∠61°。

根據場區內鉆探揭露和現場工程地質調查，場區內地層揭露上覆第四系全新統坡積層（Q4dl）粉質粘土層；基底巖層為泥盆系桂頭群（D2G）板巖、糜棱巖及后期貫入的石英脈。

2.3 邊坡巖土層土石分級

由于受復雜構造影響，本段邊坡巖性復雜多樣，風化程度差異較大，根據勘探及原位測試資料、調繪及巖土試驗成果，進行邊坡巖土層的土石等級、類別及比例細化，具體比例如表2所示。

表2 本段邊坡巖土層土石分級表

2.4 邊坡土石比例劃分

進行邊坡巖土層的土石等級、類別及比例細化之后，采用斷面法進行邊坡土石比例的劃分。首先根據地面測量資料及設計開挖線，確定整個邊坡的總方量為987871m3。根據勘察結果，繪制工程地質橫斷面圖，見圖2，根據橫斷面圖按表2計算每個斷面的土石比例，按斷面與斷面中間進行分塊，分塊土石比例按斷面確定，從而確定分塊的土石方量。最后累計各分塊土石方量，確定各類土石百分比例，普通土∶硬土∶軟石∶次堅石∶堅石=45522∶43628∶498530∶337407∶62784=5∶4∶51∶34∶6。

圖2 SBLK4~SBLK6工程地質斷面示意圖

3 結語

本文主要針對公路挖方邊坡勘察階段土石比例劃分存在的問題提出解決思路，總結了可操作的方法，并舉工程實例予以說明，得出以下結論及建議。

（1）在《公路工程地質勘察規范》（JTG C20-2011）附錄J表J-1的基礎上，根據多年的經驗，參考《鐵路工程地質勘察規范》（TB10012-2007），直接根據巖土名稱及特征、施工可能需要的開挖方法、結合巖石單軸飽和抗壓強度，提出新的土、石分級標準。

（2）針對某種風化巖石可能處于臨界的情況，或者存在有夾層的情況，根據公路勘察多年經驗，提出將各種風化程度的土或石根據實際情況按一定百分比例先進行分類的細化，并提出將存在夾層、難以界定的強—中風化巖根據實際情況定為中風化夾強風化或強風化夾中風化，土石比例也進行一定的細分，而不是簡單的將其定義為一種類別。

（3）根據多年的經驗，引入了斷面法，并提煉出其一般步驟。

（4）隨著計算機技術及三維地質建模的不斷發展，可以將巖土層土石標準及細化輸入后，直接計算得出邊坡的土石比例。