公路建設挖方路段土石比的一種確定方法分析

梁志鵬 （廣州市交通設計研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

1 前言

高速公路深挖方路段較多，設計階段多根據(jù)地質勘察資料確定挖方段土石比，然而，實際開挖情況有較大差異，由此造成許多設計變更，導致花費額外的資金，往往引起較大的爭議。《公路工程地質勘察規(guī)范》（JTGC20-2011）附表J中土石工程分級采用的指標土、石名稱；鉆進1m所需時間；爆破1m所需炮眼長度；開挖方式。后三個指標是在施工過程中發(fā)生的，設計階段無法參考，土、石名稱這一指標采用的是例舉法，科學性不強。且附表J對自然界中大量存在的卵石土、第三系弱膠結泥、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。針對目前土石分級的不科學性，前人多根據(jù)鉆進速度和巖石強度探討巖土的變化規(guī)律。趙宇鵬認為，鉆進過程中，在確保采取率的前提下，沖擊鉆探在鉆進過程中可以通過鉆進速度反映巖體軟硬變化。

壓實程度是地層對鉆進速度影響的主要方式，如果地層成巖性越好，鉆進速度越低。關于巖石分級，國外普遍根據(jù)巖石硬度進行劃分，而劃分的關鍵點則是飽和單軸抗壓強度值（Rc）。而在工程施工中，我國如鐵道部、水利部等相關部門對于巖土分類有專門的規(guī)范，其中所采用的標準則是天然濕度下的單軸抗壓強度，相比之下國內在劃分巖石級別方面所添加的條件更加精準，而國外只是片面提出以單軸抗壓強度作為標準，并沒有強調飽和度等其他條件，容易受到開挖時天然條件的影響。因此，國內和國外在劃分巖石級別時所設置的界限值有較大的差異，國內以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

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

土、石工程分級表 表1

3 土石比例確定

首先，在確定土石比例時，根據(jù)表1松土～堅石的劃分標準，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驗，將各種風化程度的土或石根據(jù)實際情況按一定百分比例進行了分類的細化，如將中風化定義為軟石：次堅石：堅石=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)石質較多，才提出變更，所以要先進行現(xiàn)有地面的測量，確定已經開挖的方量，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設置1個布孔橫斷面，對于單個工點長度在100m以內的，應布置不少于1個橫斷面。地質條件變化大時，可加密橫斷面。每個橫向勘探斷面勘探點數(shù)量不少于3個，鉆孔不少于2個。

③根據(jù)補勘結果，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；

④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；

⑤累計各分塊土石方量，確定各類土石百分比例。

4 實例及分析

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°。

為確定該工點兩段邊坡的土石比例，基本按照斷面法的布孔原則進行邊坡路塹勘探工作，布置鉆孔zk1～zk6合計6個鉆孔數(shù)據(jù)（圖1）。

圖1 開挖邊坡鉆孔布置圖（zk為鉆孔）

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

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

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

③強風化夾中風化變質砂巖：黃褐、灰褐色，巖質極軟～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。重度及抗剪強度γ=22kN/m，凝聚力c=32kPa，內摩擦角φ=32°。

④強風化變質砂巖：紅褐、黃褐夾灰褐色，結構可辨，巖質極軟～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。重度及抗剪強度 γ=22kN/m，凝聚力 c=30kPa，內摩擦角φ=30°。

⑤強風化變質砂巖：黃褐、灰褐色，巖石風化強烈，巖質極軟，巖芯呈碎渣～半巖半土狀，遇水軟化，厚度3.05～14.00m。重度及抗剪強度γ=21kN/m，凝聚力c=28kPa，內摩擦角φ=28°。

⑥中風化變質砂巖：紅褐、黃褐色，巖質極軟～較硬，變晶結構，層狀構造，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)鉆探資料繪制相關工程地質斷面圖，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、調繪及巖土試驗成果，并依據(jù)斷面圖，進行邊坡巖土層的土石等級、類別及比例劃分；根據(jù)設計文件，按照各巖土層的賦存分布，將各類巖進行細類劃分，中風化變質砂巖定義為次堅石，強風化夾中風化變質砂巖定義為硬土：軟石：次堅石=3:6:1，強風化碎塊狀定義為硬土：軟石=3:7，強風化半巖半土狀定義為硬土，粉質黏土定義為普通土（表2），綜合確定該路段挖方土石比例為普通土：硬土：軟石：次堅石=11:50:35:4。

土石比例 表2

5 結論

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