碎石土的工程特性及其對工程影響

1、碎石土的工程特性及其對工程的影響（喬延青 巖土工程 200410120）1. 引言土，由于其成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的千變?nèi)f化，工程特性也各不相同，為了工程的需要，選擇各種最能反映土的基本屬性又便于測定的指標作為分類依據(jù)對土進行分類。雖然我國各個行業(yè)部門按各自的行業(yè)特點建立的土的分類標準不盡相同，但一般對巨粒和粗粒土則較為一致的按顆粒組成進行分類，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2002）則把土劃分為碎石土、砂土、粉土和粘性土四大類。本文以常見的碎石土為主要研究對象，分析其主要工程特性及其影響。2. 碎石土參照建設(shè)部土的分類標準（GBJ145-90）、建設(shè)部建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-

2、2002）、水利部土工試驗規(guī)程（GB237-1999）、巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）等規(guī)范，碎石類土屬于無機土，粒徑d2mm的顆粒含量超過全重的50%，按其粒組質(zhì)量占土樣總質(zhì)量的50%-100%不同百分比及其它成分含量又可進一步細化、定名，各種規(guī)范中皆有明確的列表；按棱角磨圓度：圓形、亞圓形、棱角形區(qū)別為漂石、卵石、圓礫及塊石、碎石、角礫；碎石土的成因有多種類型，其中以沖積、洪積、坡積、殘積、物理化學(xué)風(fēng)化等為主，工程上有特殊用途的人工破碎方法也是碎石形成的重要途徑；碎石土成分復(fù)雜多樣，因母巖而異，其中又以灰?guī)r、砂巖、白云巖為常見；按其粒間填充物的主要成分可大致區(qū)分為泥卵石和砂卵

3、石；等等。碎石土按不同的指標的眾多分類、定名方法，大多可以“望文生義”單從字面意思就可以略知其狀態(tài)或?qū)傩裕阌谑褂?；碎石土與一般細粒組、粗粒組物理力學(xué)性質(zhì)的差異，形成了其獨特的工程性質(zhì)，本篇以卵石（碎石）為主要對象，分析它們對工程建設(shè)產(chǎn)生的影響。 3. 主要工程特性及其對工程的影響碎石土的工程特性主要表現(xiàn)在不均勻性、滲透性、抗剪強度、密實度、沉降變形及承載力等方面，下面就這些特性及其各自對工程建設(shè)形成的正面或負面影響分別簡明闡述。3.1不均勻性由于碎石土的粒徑范圍廣、成因的多樣性等原因，使得碎石土的塊體及層厚的不均勻性極強，對工程建設(shè)產(chǎn)生了種種影響，主要從以下幾個方面闡述：（1）塊體大小不一。

4、由于母巖巖性的差異，沖積搬運的距離及在搬運過程中碰撞破裂程度不同，加上物理化學(xué)風(fēng)化環(huán)境、程度等的不同，形成的碎石土的粒徑也在大范圍內(nèi)變動，其中不乏粒徑較大的漂（塊）石(d>200mm)，由于沖洪積作用，某些以粘性土為主的土層中含有粒徑不一的碎石土也較為常見。當碎石土顆粒級配恰當時，在工程中很有用途：地基處理時可作墊層，作碎石樁、CFG樁等樁的樁身材料等；顆粒均一、大小合適、磨圓度好的（鵝）卵石還用來在游園中鋪路，既美化，又有保健功能，近年來市政建設(shè)中多有使用等等。論其反面，不均勻性給工程帶來的負面影響也不可小視。首先是對工程勘察的影響。在基巖山區(qū)或含有碎石土地區(qū)的巖土工程勘察中，在揭露地

5、層巖性時，要穿過以灰?guī)r、白云巖為主的卵石層，一般常規(guī)的合金鉆頭可以順利的完成任務(wù)（遠比穿過粉土、粉砂等土層困難），若卵石層中加雜有大于鉆頭直徑的又有一定厚度的由堅硬巖石形成的碎石土?xí)r，如砂巖卵石，就需要用昂貴的金剛石鉆頭來處理，金錢、時間消耗往往幾倍于對付灰?guī)r卵石的；由于經(jīng)濟效益的驅(qū)使，在監(jiān)管不力時施工方極容易放棄艱苦施工，而改由經(jīng)驗來處理，有時還會出現(xiàn)將大塊的漂石當成基巖的情況，給工程勘察質(zhì)量帶來極大隱患。這種不利情況目前除了加強設(shè)備的先進性之外，似乎鮮有更好的辦法來處理。其次是對施工的影響。在某大廈的基坑土釘墻支護施工中，用洛陽鏟成錨桿孔時，以粘性土為主的殘積土層中含的卵石碎石嚴重阻礙了洛

6、陽鏟正常成孔施工，土釘長度達不到設(shè)計要求，造成基坑北側(cè)土釘墻局部失穩(wěn)滑坡，造成重大經(jīng)濟損失。山東萊蕪鋼鐵集團新建一條生產(chǎn)線，用強夯法對復(fù)合地基進行處理，因局部換填碎石料顆粒級配不合理，導(dǎo)致設(shè)計方案更改，幾萬立方石料全部被挖出重新?lián)Q填，提高夯擊能量，由動力夯實改為動力置換，追加的工程費用及工期損失全部由施工方包賠。 （2）土層厚度不均勻。與其它土層一樣，由于形成歷史、過程的差異，造成了大多卵石層厚度的不均，在一個幾平方米的小范圍內(nèi)，土層可能就會形成很大的傾斜度，甚至局部嚴重缺失、以透鏡體在土層中出現(xiàn)的情況也屢見不鮮，這種不均勻性很容易導(dǎo)致整個地層的不均勻。在某些低山丘陵區(qū)或山前傾斜平原，尤其是上

7、部覆蓋有第四系馬蘭黃土的地區(qū)，在（古）河流階地的陡坡壁上，呈雞窩狀分布的卵石層透鏡體很常見，有時一邊是黃土，一邊是卵石，巖性在垂直面上差異可達數(shù)m。在鄭西客運高速鐵路某段的詳勘中就遇到過同一個孔位前后移動不到1m，結(jié)果地層層位最大相差1.5m，不得不進行第三次補勘，耗費了很大的人力物力，嚴重拖延了工期，給后繼施工人員心理造成了很大壓力。土層的不均勻，容易造成整個工程場地的不均勻，甚至發(fā)育成為不良地質(zhì)地段，大大增加工程的投入；小的引起局部場地不均勻，工程建設(shè)時要特別處理，更是習(xí)以為見。濟源某大型高層建筑工程場地位于王屋山山前莽河沖積平原，由于設(shè)計地面標高以下20m處夾有不均勻的卵石層，其厚度由0

8、-3m不一（局部嚴重缺失），加上卵石塊粒徑的不均勻，勘察遇到很大困難，未能完全揭露地層巖性，最終不得已把卵石層改為砂礫層進行資料數(shù)據(jù)處理，土層厚度嚴重不均勻，不能做樁端持力層，原本設(shè)計的采用的靜壓樁無法施工，改灌注樁，但又發(fā)生成孔困難，改由旋挖機成孔，代價極高。3.2 滲水性強由于填充物的性質(zhì)、顆粒級配、密度的不同，對碎石土層的滲透性影響很大，這里不詳細研究其滲透系數(shù)。當為砂質(zhì)充填時，形成砂卵石，一般可形成紊流，甚至可以形成地下徑流，可作為良好的排水渠道，用來處理濕陷黃土地基等；當為泥質(zhì)（粘性土）充填時，透水性就不太好，可能形成符合達西定律的層流，充填密實（或半膠結(jié)狀態(tài)）的土層甚至可以成為弱隔

9、水層。由于碎石土層具有易坍塌性，在鉆探成孔過程中幾乎必須使用泥漿護壁鉆進，卵石個體本身的堅硬性使得充填在碎石土孔隙之間的充填物很容易因擾動破碎，而被泥漿及循環(huán)水沖走，無法摸清楚充填物的巖性，泥質(zhì)充填和砂質(zhì)充填很容易混淆，再加上護壁泥漿容易封死含水層，一般的工程項目不會花錢打?qū)ｉT的水文鉆，所以其滲透性及其含水狀況一般難以查清。濟南某銀行大樓建成后不久地下室就受到地下水浸濕，深受其苦。糾其原因就是在大樓基坑施工處于旱季，把基礎(chǔ)底面以上的一層砂卵石層潛水層無意中堵死，雨季來臨，沿傾斜的卵石層流下的地下水被封存，水位越漲越高，造成嚴重隱患，最后不得不忍痛斥資采取繞道導(dǎo)流排水措施。3.3抗剪強度高由于碎

10、石土的特殊性，在對所有的土層考查中，對碎石土層的考查可算是最模糊的，與一般粗粒土及細粒土形成的土相比，測定各種物理力學(xué)指標較困難，經(jīng)常以連續(xù)（重型）動力觸探試驗來考查其力學(xué)指標或推測地層巖性。由于對其取原狀樣較難，往往只取一定量的擾動樣對其作顆粒分析定名。用一般的鉆探工具（110口徑鉆具）在地下取出的樣品只有卵石，沒有充填物，其廉價的篩分試驗意義也不大；當必須取樣做試驗測定其指標（如抗剪）時，由于碎石土的個體體積較大，一般的設(shè)備無法使用，需要特殊的直剪切儀或大型三軸儀，或作昂貴的現(xiàn)場試驗；對具體做法可見各種相關(guān)規(guī)范及文獻12。雖然有種種不利條件，碎石土與砂土、粉土、粉質(zhì)粘土相比很高的抗剪強度彌

11、補了以上缺點，這種性質(zhì)在工程建設(shè)中得到了充分的運用。3.4高壓實性及低壓縮變形性由于碎石土本身的組成特征，使得它可以達到很高的密實性（或最大干密度）。天然形成的碎石土由于不同粒徑的充填物充分沉積填充后，在漫長的地質(zhì)年代中受到上部覆蓋層的壓力或構(gòu)造地應(yīng)力等因素的作用，可以達到很高的密實度。一般地質(zhì)年代愈久形成的卵石層，密實度及承載力也越大；第四紀晚更新世及更晚形成的碎石土層上述指標一般較低，但相對與粗粒組及細粒組的土層，密實性及承載力還是很高的；有一定厚度的密實性土層，受附加應(yīng)力作用時產(chǎn)生的沉降變形較小，是高層及重型建筑或?qū)ψ冃纬两涤刑厥庖蟮慕ㄖ锏膬?yōu)良地基。與動力觸探擊數(shù)、密實度狀態(tài)對照的碎

12、石土的承載力及單樁極限摩阻力、樁端極限承載力可見有關(guān)規(guī)范表格，但實際取值時往往有極強的經(jīng)驗性。碎石在人為控制下選擇恰當?shù)念w粒級配或添加其它材料，可用作軟土換填，處理黃土、不均勻地基處理，作筏板墊層，與其它粒組材料混合，可以建土石壩、碾壓混凝土壩，等等，以上各種專業(yè)著作論述的都很詳細，不再啰嗦。4 結(jié)束語碎石土作為一類常見的土，具有眾多工程特性，其影響也是多方面的，本文從碎石土的基本定義出發(fā)，避輕就重，著重介紹了碎石類土中的卵石（碎石）土的不均勻性，扼要的闡述幾種主要的性質(zhì)，以個別工程實例，側(cè)重介紹了這些性質(zhì)在工程建設(shè)中的負面影響。參考文獻 1 巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001） 3 建設(shè)部土的分類標準（GBJ145-90） 4 水利部土工試驗規(guī)程（GB237-1999）北京：中國水利水電出版社，1999 5 建設(shè)部建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2002） 6 盧廷浩主編土力學(xué)南京：河海大學(xué)出版社，2002.1 7 陸兆臻主編工程地質(zhì)學(xué)北京：中國水利水電出版社，2001.10第二版 8 石林坷/孫文懷/郝小紅 巖土工程原位測試鄭州：鄭州大學(xué)出版