張金平
(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,廣東廣州510507)
隨著我國公路建設(shè)的蓬勃發(fā)展,尤其是山區(qū)公路(高速、國省道)建設(shè)的發(fā)展,公路不斷向山區(qū)延伸,在山區(qū)公路的建設(shè)過程中不可避免要對邊坡進(jìn)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(gè)方面,即土石比例變化導(dǎo)致開挖方量變更,另外導(dǎo)致支護(hù)參數(shù)的變更[1-2]。導(dǎo)致變更的原因主要有以下幾點(diǎn):①交通部《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄J土、石工程分級采用的是鉆1m所需的凈鉆時(shí)間、爆破1m3所需炮眼長度、開挖方法等進(jìn)行判別,判別方法較為定性,且受鑿巖鉆探、炮眼大小、開挖機(jī)具等影響較大,缺乏定量指標(biāo)。②列舉土、石名稱過于籠統(tǒng),無法參照,因?yàn)椴煌瑤r石由于礦物成分、風(fēng)化差異、形成環(huán)境等不同導(dǎo)致強(qiáng)度差別較大。③沒有具體劃分方法,各個(gè)單位或者個(gè)人根據(jù)自己的習(xí)慣或者經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行劃分,導(dǎo)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(dǎo)概預(yù)算及設(shè)計(jì),缺乏根據(jù)勘察資料進(jìn)行判別的因素[3]。
針對交通部《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄J土、石工程分級的不足,當(dāng)前《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(TB10012-2007)在考慮鉆1m所需的凈鉆時(shí)間、開挖方法、巖土名稱及特征的基礎(chǔ)上尚考慮了巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度[4]。在歐洲土木工程界土石比例劃分時(shí)考慮施工難易的同時(shí),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(jì)算目前有成熟的計(jì)算方法,如DTM法、方格網(wǎng)法、等高線法、斷面法等,而對于土石比例的確定,卻沒有公認(rèn)的計(jì)算方法。目前主要采用的是地質(zhì)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(shí),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(jié)可操作的方法。
根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)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(gè)等級。其劃分標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)鉆炮眼1m所需時(shí)間、爆破1m3所需炮眼長度(m)及開挖方法來進(jìn)行。鑿巖鉆探、炮眼大小、開挖機(jī)具等均直接影響著判斷結(jié)果。且主要根據(jù)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(qiáng)。根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn),參考《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(TB10012-2007),直接根據(jù)巖土名稱及特征、施工可能需要的開挖方法、結(jié)合巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度,提出如表1新的土、石分級標(biāo)準(zhǔn)。
表1 土、石分級標(biāo)準(zhǔn)表
在確定土石比例之前,根據(jù)松土—堅(jiān)石(Ⅰ-Ⅵ)的劃分標(biāo)準(zhǔn),直接根據(jù)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(shù)人員判別起來差異較大。目前通常的做法是把某種風(fēng)化程度的巖石直接化為某類土石。而實(shí)際某種風(fēng)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(jù)公路勘察多年經(jīng)驗(yàn),提出將各種風(fēng)化程度的土或石根據(jù)實(shí)際情況按一定百分比例先進(jìn)行分類的細(xì)化,如將某中風(fēng)化巖定義為軟石∶次堅(jiān)石∶堅(jiān)石=30%∶60%∶30%。并提出將存在夾層、難以界定的強(qiáng)—中風(fēng)化巖根據(jù)實(shí)際情況定為中風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化夾中風(fēng)化,土石比例也進(jìn)行一定的細(xì)分,如中風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化定義為硬土∶軟石∶次堅(jiān)石=30%∶60%∶30%。而不是簡單的將其定義為一種類別。
在有了分類的標(biāo)準(zhǔn)及各巖土分層土石比例細(xì)分之后,便是具體的劃分方法。根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn),我們引入了斷面法。利用斷面法進(jìn)行土石比例劃分時(shí)一般按照以下步驟進(jìn)行:
(1)首先根據(jù)地面測量資料及設(shè)計(jì)開挖線,確定整個(gè)邊坡的總方量;
(2)根據(jù)勘察結(jié)果,繪制工程地質(zhì)橫斷面圖,需加載設(shè)計(jì)線,計(jì)算每個(gè)斷面的土石比例;
(3)按斷面與斷面中間進(jìn)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(jì)各分塊土石方量,確定各類土石百分比例[8]。
廣東省某高速公路K32+471~K32+971路塹位于羅鏡鎮(zhèn)周山腳村。線路走向與山坡地形等高線呈近45°角。該段左側(cè)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(gè),鉆孔編號分別為SBLK1~SBLK16,具體位置如圖1所示。
圖1 工程地質(zhì)平面示意圖
邊坡路段屬于低山丘陵地貌,地形復(fù)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(fā)育喬木、灌木等。
根據(jù)勘探及地質(zhì)調(diào)繪成果,本段邊坡受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響,早期主要受自南向北推覆構(gòu)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?cái)鄬悠扑閹ж炄胧⒚}體。根據(jù)調(diào)繪成果,本段邊坡范圍內(nèi)測得三組斷層,早期發(fā)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(xiàn)為石英砂巖硅化、糜棱化,巖體定向排列明顯,產(chǎn)狀為355°∠78°,為高角度的逆斷層;后期F2、F3斷層錯(cuò)斷F1斷層,使得邊坡巖體更為破碎,F(xiàn)2、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(chǎn)狀為105°∠25°,F(xiàn)3產(chǎn)狀為102°∠61°。
根據(jù)場區(qū)內(nèi)鉆探揭露和現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查,場區(qū)內(nèi)地層揭露上覆第四系全新統(tǒng)坡積層(Q4dl)粉質(zhì)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。
由于受復(fù)雜構(gòu)造影響,本段邊坡巖性復(fù)雜多樣,風(fēng)化程度差異較大,根據(jù)勘探及原位測試資料、調(diào)繪及巖土試驗(yàn)成果,進(jìn)行邊坡巖土層的土石等級、類別及比例細(xì)化,具體比例如表2所示。
表2 本段邊坡巖土層土石分級表
進(jìn)行邊坡巖土層的土石等級、類別及比例細(xì)化之后,采用斷面法進(jìn)行邊坡土石比例的劃分。首先根據(jù)地面測量資料及設(shè)計(jì)開挖線,確定整個(gè)邊坡的總方量為987871m3。根據(jù)勘察結(jié)果,繪制工程地質(zhì)橫斷面圖,見圖2,根據(jù)橫斷面圖按表2計(jì)算每個(gè)斷面的土石比例,按斷面與斷面中間進(jìn)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(jì)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(jiān)石∶堅(jiān)石=45522∶43628∶498530∶337407∶62784=5∶4∶51∶34∶6。
圖2 SBLK4~SBLK6工程地質(zhì)斷面示意圖
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(jié)了可操作的方法,并舉工程實(shí)例予以說明,得出以下結(jié)論及建議。
(1)在《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JTG C20-2011)附錄J表J-1的基礎(chǔ)上,根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn),參考《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(TB10012-2007),直接根據(jù)巖土名稱及特征、施工可能需要的開挖方法、結(jié)合巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度,提出新的土、石分級標(biāo)準(zhǔn)。
(2)針對某種風(fēng)化巖石可能處于臨界的情況,或者存在有夾層的情況,根據(jù)公路勘察多年經(jīng)驗(yàn),提出將各種風(fēng)化程度的土或石根據(jù)實(shí)際情況按一定百分比例先進(jìn)行分類的細(xì)化,并提出將存在夾層、難以界定的強(qiáng)—中風(fēng)化巖根據(jù)實(shí)際情況定為中風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化夾中風(fēng)化,土石比例也進(jìn)行一定的細(xì)分,而不是簡單的將其定義為一種類別。
(3)根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn),引入了斷面法,并提煉出其一般步驟。
(4)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及三維地質(zhì)建模的不斷發(fā)展,可以將巖土層土石標(biāo)準(zhǔn)及細(xì)化輸入后,直接計(jì)算得出邊坡的土石比例。