浅谈“土石混合体”堆积层勘察设计要点

浅谈“土石混合体”堆积层勘察设计要点

吴君艳

四川省通川工程技术开发有限公司  四川成都610000

摘要：随着国内大规模工程建设及现代岩土力学的不断发展“土石混合体”的研究在最近十几年内被提出。公路工程地质勘察规范将土体划分为碎石土和细粒土两大类，对于土石混合体这类物理力学性质与一般碎石土有着明显差异的岩土介质并未做明显区分。因此，在公路工程勘察设计过程中对此类岩土介质容易产生忽略而按一般含碎块粉质粘土、碎石土进行处理，重视程度不足。本文以某高速两处土石混合体堆积层为案例，通过分析土石混合体典型的工程地质特征，总结在勘察和设计过程中需要重视的要点，希望对以后类似工程提供一定程度的借鉴意义。

关键词：物质组成；地下水；多层软弱面；勘察设计

1、工程概况

案例一：某高速ZK299+100左侧土石混合体堆积层

（1）工程概况：ZK299+100左侧改路施工图阶段地勘成果揭示该处上覆以崩坡积含碎石粉质粘土、块石土，堆积层厚度大于20m。改路以填方路基通过该段，根据地形条件设路肩墙进行支挡收坡。2020年11月份修筑完成路肩墙未进行路堤填筑，2020年12月在降雨作用下诱发斜坡发生浅层滑移，原路肩墙受拉剪作用发生严重破坏。滑坡发生后对滑坡体组织补充地勘工作，根据地勘报告结果显示，该处为厚层堆积体，坡体物质以崩坡积块、碎石土为主，其中碎石粒径20-200mm，含量约占35-40%，块石粒径＞200mm，含量约占15%，呈尖棱角状，碎石强度高、韧性中等，堆积体厚度大于30m钻孔未揭穿。地下水发育丰富以孔隙潜水为主，地调发现坡体上有8处出水点，在粘土含量较高的接触带部位出现地下水富集现象。

图1 ZK299+100左侧改路工程地质横断面图

图2 土石混合体粒组组成

（2）工程处治方案：根据滑坡变形迹象、滑坡成因机制以及改路线位、主线桥梁与滑坡的相互影响关系，结合咨询专家评审意见，最终采取了“优化改路线位+桩基托梁挡土墙+滑坡前缘反压+改移河道+后缘环形截水沟”的综合处治方案，增加工程造价达1012.84万元。

案例二：某隧道进口土石混合体堆积层

（1）工程概况：某隧道进洞口位于一斜坡堆积体上，根据施设地勘成果揭示该堆积体厚度较大，地层岩性由上至下依次分别为第四系残坡积（Q4el+dl）碎石层、第四系更新统冰碛（Qp3gl）卵石层及坡积（Qp3el）碎石层。上部第四系残坡积层碎石，揭露厚度97.10m，更新统卵石层厚度18.40m，碎石揭露厚度89.90n，未揭穿。碎石层中碎块石母岩为砂岩、泥岩，间隙由粉质粘土及角砾充填，碎石粒径一般约3-8cm，最大可达20cm，含量约占55～70%，呈棱角状。地下水主要为孔隙潜水，主要接受大气降水补给，多在雨季存在，径流短，排泄快，就近补给，就近排泄。2021年7月施工单位反映隧道洞口抗滑桩施工开挖至设计标高以下1～2m处即出露地下水且桩孔内积水严重。2021年7月13日，业主公司邀请专家进行现场踏勘，专家提出以下意见：隧道进洞口，整个地形呈现为“凹地形”，为一个有利的储水构造。进口端处植被发育旺盛推测该陡缓交界处地下水发育丰富。由于堆积体岩性以土石混合体为主，土石混合体分布杂乱，不均一性强，孔隙潜水补给丰富且排泄不畅，存在局部赋水丰富的可能，地下水对隧道洞身稳定性的影响难以做出明确判断。

图3 某隧道进口工程地质纵断面

图4 某隧道进口地形地貌图

（2）工程处治方案：根据现场实际情况以及专家评审意见，对该工点采取补充水文地质勘察，依据补充勘察成果确定最终处治方案。根据补勘钻孔揭示：该堆积层仅在表层出现少量渗水，岩芯潮湿，深部地下水匮乏未发现上层滞水和承压水赋存情况，隧道进洞方案按原设计实施。该工点由于前期对水文地质研究深度不够，增加补勘工作较大的影响了隧道进洞时间，延误了施工进度。

2、土石混合体堆积层典型工程地质特征

根据以上两处典型土石混合体堆积层案例，可以发现此类岩土介质具有一定典型的工程地质特征，此工程地质特征往往对土石混合体堆积层稳定性评价起到控制性作用。根据以上工程实例，本文总结土石混合体堆积层典型工程地质特征有以下几点：

（1）粗、细粒组含量差异大，且粗细颗粒强度具有明显差异：土石混合体中粗粒组以碎石、块石为主，含量往往在25%～75%范围内，颗粒强度较高；细粒组以粘粒、粉粒为主，含量小于25%，颗粒强度较小。土石混合体中粗粒组含量、结构特征成为控制土石混合体宏观力学性质的关键因素。

（2）浅表层地下水赋存丰富、分布不均：土石混合体堆积层多形成崩塌堆积和滑坡堆积作用，受重力分选作用由上到下颗粒组成逐渐变粗,分选性差,层理不明显，颗粒定性排列随机性强。坡体由失稳破坏到新的平衡，碎块石组分堆积于坡体下部孔隙性好、密实度大、排水通畅。浅表层由于细颗粒富集容易形成隔水层且富集带分布随机，导致土石混合体浅表层地下水赋存丰富、分布不均。

（3）

多层软弱面：对于厚层土石混合堆积体，多形成于高山峡谷地区，经历多次失稳→平衡→再失稳→再平衡的过程。伴随着多次的堆积平衡，将会在堆积体中保存多次平衡后形成的细粒土富集带，而残存的细粒土富集带便成为了土石混合体中的软弱面，在不利因素的诱发下形成滑动面或潜在滑动面。

3、土石混合体堆积层勘察与设计要点

结合以上土石混合体具有的典型工程地质特征，本文建议针对土石混合体堆积层在勘察与设计上应重视以下要点：

（1）勘察要点

1）由于粗粒组含量、结构特征是控制土石混合体宏观力学性质的关键因素。因此，针对土石混合体堆积层应通过钻孔取芯并辅以具有代表性的探槽，以获取土石混合体较为准确、全面的颗粒组成成果；

2）密实度是最能直接反映土石混合体宏观力学特征的物理指标之一，因此对土石混合体堆积层应采取重型或超重型动力触探获取不同层位土体的密实度。另外，可通过密实度与粗粒土抗剪强度之间的经验公式获取不同层位土石混合体的抗剪强度。

3）水文地质条件是正确判断土石混合体堆积层稳定性的关键因素之一，因此对于土石混合体堆积层应查明地下水的类型、埋藏以及径流补给排泄条件，对于地下水比较发育的土石混合体堆积层应补充抽水试验。

4）细粒土富集带往往是土石混合体堆积层中潜在的滑动面，控制着堆积体的整体稳定性。因此，在钻探过程中对细粒土富集带应采取双管双动钻进技术减小对土体的扰动，增加取芯率，获取原状土样，进而通过室内剪切试验获得较为准确的抗剪强度指标。

（2）设计要点

1）选线过程中遇到厚层土石混合体应优先选择绕避，对于难以绕避推荐采取桥梁、轻质材料路堤、桩基托梁挡土墙等对堆积体扰动较小的结构形式通过。

2）重视对土石混合体堆积层截排水工程设计，综合规划地表与地下水截排水工程，形成一个完善的排水系统。

4、结语

土石混合体作为一类具有典型工程地质特征的岩土介质常常被作为一般含碎石粉质粘土、碎石土处理，未引起足够的重视。而在后期施工过程中容易发生较大的设计变更以及工期延误。本文通过对两处典型土石混合体堆积层工程案例的思考与总结，提出勘察与设计要点建议，希望对类似工点提供一定程度的借鉴意义。