填石地层工程勘察及工程技术方案

【摘要】填石地层具有不均匀性、石块强度高、水文地质条件复杂等工程地质特点。论文提出填石地层的勘察重点，分析其给各类工程带来的技术难点，运用“冲孔换填法”等工程技术方案解决基坑工程、桩基工程、顶管工程在填石层中施工的困难。

【关键词】填石地层；工程地质特性；工程勘察；工程技术方案；冲孔换填法

1引言

随着城市建设规模的不断扩大，城市用地范围不断向农村、近郊和滨海扩展。为满足城市整体规划要求，原本地势较为低洼的鱼塘、田地、滩涂等地方将需大面积整体回填。回填材料通常采用就近取材，回填土成分复杂，经常存在填块石、条石等。另外，随着城市品质不断提高，旧城改造的加速推进，很多项目在原有的市政道路基础上进行提升改造或者对现有建筑进行改扩建，该类工程场地也经常存在不同厚度的填石层。大面积的填石层将给后期的基坑开挖、桩基成孔、顶管施工等带来很多困难。

2填石层的工程地质特性

填石属于人工填土层，通常将粒径≥100mm，含量大于50%的块石、漂石、混凝土块、桩头等称为填石层。填石层具有以下特点：1）随机堆填而成的无规则的无序堆积体，填石粒径大小不一，相差悬殊，且其填充物质成分杂乱，均匀性很差。2）主要成分为中～微风化岩或混凝土块，其抗压强度高，岩土施工工程分级属Ⅳ～Ⅵ级（软质石～坚石），可开挖性较差。3）由于填石层中填石的含量、粒径，充填物的类型、含量存在较大的不确定性，导致填石层的水文地质条件复杂，水文地质参数难以准确获取。

3填石地层的勘察

填石地层有着诸多不良的工程地质特性，由于堆填物的成分、粒径、充填物的情况等存在较大差异，即使在同一地貌单元且范围较小的场地，其工程地质特征都有可能存在很大的差别。鉴于填石层具有以上的特殊性质，就需要进行有针对的岩土工程详细勘察，方可为后期的方案设计提供更为合理的科学依据【1】。填石地层的勘察应在资料收集、现场踏勘、询问调查的基础上，结合地质钻探、现场原位测试及室内试验成果进行分析评价，重点应关注的内容如下：1）堆填年限与方法：应调查分析堆填的年限与方法（无序堆填或有经过分层碾压），查明填石的密实程度、均匀性、压缩性等。2）物质成分：应查明填石层的石块含量、粒径、充填物类型（砂质充填或黏性土）及充填情况（全部充填或无充填），以便合理地提出物理力学参数。3）均匀性：应在收集资料、调查、询问的基础上，结合钻孔揭露的地层情况，分析评价填石层物质组成的差异性、填石层分布范围、分布厚度等的变化规律。4）石块强度：对于桩基工程、基坑工程，填石层中石块的大小及强度是施工方案选择的重要参考因素，应取样进行岩石饱和单轴抗压强度试验或点荷载试验，分析评价岩石的坚硬程度等级及可挖性。5）水文地质特性：填石层中若存在地下水，一般为上层滞水或潜水，应重点查明地下水的埋藏条件、类型、水位、水质；下部地层、周边水体（若有）的水力关系；地下水的分布特征、富水性等。如果涉及基坑工程，必要时应进行抽水或注水等水文试验，以获取设计所需的水文地质参数。常规勘察由于勘探钻孔的口径相对较小，所取岩芯代表性较差，且钻探过程中往往漏浆严重，取芯较困难，难以查明填石层的分布、含量、粒径等工程特性。在填石层厚度大，对工程影响重大的情况下，当采用常规工程地质钻孔勘察不能满足要求时，应进行专项勘察，专项勘察可考虑采取井群降水、大口径人工探井方案【2】。

4常见工程的处理方法

填石层特殊的工程地质特性给工程设计施工带来了诸多困难。对于厚度较小（＜2m）的填石层，一般可采用施工前清障的办法予以解决。下面讨论对于厚度较大（≥2m）的填石层常见工程的处理方法。

4.1基坑工程

1）对于场地周边环境简单，无重要建（构）筑物时，填石层力学指标中的内摩擦角φ又相对较大，可采用放坡开挖。但应考虑场地地下水水位情况，当地下水位较高时，坑外可采用管井降水或封水帷幕墙【3】。2）对于放坡空间受限的场地，基坑支护宜采用冲孔桩，因高压旋喷桩在填石层中无法施工，不能采用其进行止水；若采用常规的密排冲孔灌注桩，其桩间止水效果也比较差且工程造价高。可采用冲孔咬合桩（A/B桩，见图1），但应重点考虑咬合面的止水效果，选择符合要求的灌注材料并保证施工质量。

4.2桩基工程

对于大面积厚度较大的填石地层，预制桩将无法施打，仅冲孔桩适用。冲孔桩在填石层中成桩的难点及处理方法主要有以下方面。4.2.1易偏孔、卡锤填石层中石块排列无序，经常存在“探头石”、倾斜块石，若打桩机械安置的水平不够，将容易出现偏孔、卡锤现象。为了避免成孔过程中偏孔，首先应保证护筒埋设的垂直度，同时在作业过程中增加垂直度检测频率；控制落锤高度，尽量采用重锤低击；当遇到“探头石”、倾斜块石时，宜回填片石、卵石后再进行冲孔。通常“十字型”冲击锤较容易出现卡锤现象，可以采用“空心型”冲击锤予以解决。

4.2.2易漏浆、塌孔部分填石地层孔隙大，漏浆严重，泥浆护壁效果差，容易引起塌孔。可采下述措施予以解决：（1）适当加大护筒长度；（2）控制开孔时的成孔进度，采用“密锤低击”工艺，使孔壁土层受振动挤压而密实，增加孔壁稳定性；（3）适当增加泥浆密度，当漏浆严重时，可向孔内投入黏性土和小片石，并反复冲击，使填石层中石块间的间隙迅速让黏稠的浆液填充，阻塞泥浆渗漏通道，以保证孔壁稳定。

4.3顶管工程

顶管技术在市政工程中的电力、给排水、污水等管道施工过程中广泛使用。但在设计过程中，也经常碰到管道埋深范围内存在填石、中～微风化岩等地层，导致顶管工程无法施工，目前通常的做法主要为：（1）改变管道走向，避开不良地质；（2）对无法顶进段落进行基坑支护，采用明挖施工。对于场地条件允许，工程地质条件适合的情况下，采用改变管道走向的方法，可以解决工程难题，但不一定经济合理。采用基坑支护明挖铺设管道的做法亦可以解决工程问题，但存在以下缺点：（1）顶管一般埋深较大，该类地层条件下，支护形式通常需要采用排桩+内撑+止水帷幕(见图1)，排桩施工周期长，且地下水较难控制，基坑开挖施工风险较大。（2）支护结构采用大量的钢筋混凝土，且管道施工结束后难以拔除，不经济合理且不节能环保。根据多个工程实践，可以采用“冲孔换填法”（见图2）解决特殊地质条件下的顶管施工难题。即在管道无法顶进的段落，事先在其位置及两侧0.5m的范围内采用冲孔桩成桩设备将管道底标高及其以下1m的“不良”地层进行清除，然后换填砂质黏土或砂性土，并进行振捣密实。“换填”完成后，再采用常规顶进工艺进行施工。各类处理方法对比见表1。

5结论及建议

1）填石地层的勘察应重点查明其堆填年限与方法、物质成分、均匀性、石块强度、水文地质特性等，必要时可采用井群降水、大口径人工探井方案进行专项勘察。2）基坑工程宜优先采用放坡+降（止）水支护方案，放坡空间受限时，可采用冲孔咬合桩进行支护。3）桩基成孔时宜适当加大护筒长度，采用“空心型”冲击锤、重锤低击、密锤低击施工工艺；偏孔时可回填片石、卵石后再进行冲孔；适当增加泥浆密度，可采用向孔内投入黏性土和小片石的措施解决漏浆问题。4）可采用“冲孔换填法”解决填石地层条件下顶管工程的施工难题。

【参考文献】

【1】GB50021—2001(2009年版)岩土工程勘察规范[S].

【2】桂金祥,李建强,王佳亮.成都地铁4号线二期盾构隧道漂卵石专项勘察分析[J].隧道建设，2017，37(4):476-485.

【3】李吉林,孙旭.厚填石层大型基坑支护设计[J].电力勘测设计,2015(4):8-12.

【4】杨建学,侯伟生,郑陈旻,等.冲孔咬合桩在某邻海深基坑围护中的工程应用[J].岩土工程学报，2010(32):207-209.

作者：冯金健 单位：福州市勘测院