城市地鐵混合土勘察質(zhì)量的討論

 城市地鐵混合土勘察質(zhì)量的討論

　　摘要：南京地鐵四號(hào)線一期工程地質(zhì)條件復(fù)雜，在線路途經(jīng)的玄武湖、龍?bào)绰泛桶鍌}(cāng)街等區(qū)域分布著深厚的粗�；旌贤�，地質(zhì)勘察難度較大。本文結(jié)合南京地鐵工程勘察施工經(jīng)驗(yàn)，分析了混合土勘察中存在的一些問(wèn)題，并就如何提高混合土地質(zhì)勘察質(zhì)量提出幾點(diǎn)建議。

　　關(guān)鍵詞：地鐵,混合土,地質(zhì)勘察

　　1 引言

　　地鐵以其快捷便利在城市交通中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，各地迅速興起地鐵建設(shè)熱潮。地鐵工程地質(zhì)勘察則是為這項(xiàng)宏偉工程的設(shè)計(jì)施工提供工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件，推薦設(shè)計(jì)參數(shù)。南京地鐵四號(hào)線一期工程起于中保站，止于仙林東地區(qū)，線路全長(zhǎng)33.2km，地質(zhì)條件復(fù)雜，前后穿越秦淮河、九華山、玄武湖和紫金山地區(qū)。其中在九華山站-鎖金村站區(qū)間及鎖金村車站附近分布深厚粗�；旌贤�，為地質(zhì)勘察帶來(lái)一定的困難。該線路大部分?jǐn)M采用盾構(gòu)施工，此前曾發(fā)生過(guò)盾構(gòu)穿越全斷面混合土地層時(shí)地面塌陷、建筑倒塌等事故，可見(jiàn)，通過(guò)地質(zhì)勘察準(zhǔn)確掌握混合土的各種特性是至關(guān)重要的。本文結(jié)合近期南京地鐵四號(hào)線一期工程勘察施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)勘察過(guò)程中存在的困難，結(jié)合施工實(shí)踐提出了提高混合土地質(zhì)勘察質(zhì)量的幾點(diǎn)建議，與同行交流。

　　2 混合土在南京地鐵線路中的分布特點(diǎn)

　　混合土是由細(xì)粒土和粗粒土混雜而缺乏中間粒徑的土。南京市位于長(zhǎng)江下游，地貌形態(tài)類型有低山丘陵、崗地、長(zhǎng)江漫灘等，混合土主要分布于各級(jí)階地，部分分布在東郊及古河道底。南京地區(qū)的混合土大體上分為三種類型，各種類型混合土的組成有較大差異，因其所包含的卵石、礫石體的成分、含量、形狀有差異，導(dǎo)致土體的性質(zhì)、狀態(tài)也發(fā)生變化。

　　南京地鐵四號(hào)線一期工程所揭示的混合土主要分布在Ⅰ級(jí)階地及古河道底部，具體來(lái)說(shuō)分布在玄武湖、龍?bào)绰泛桶鍌}(cāng)街道，由軟塑～可塑粉質(zhì)黏土混混合土，碎石粒徑變化大，從2mm-200mm不等，混合土含量極不均勻，質(zhì)硬，強(qiáng)度高。

　　3 混合土勘察中的問(wèn)題

　　南京地鐵四號(hào)線一期工程所經(jīng)線路廣泛分布粗�；旌贤粒�混合土在顆粒分布曲線上反映出不連續(xù)狀，該類地層的勘察工作有其特殊性。由于混合土(尤其是粗粒混合土)鉆探施工困難、巖芯采取率低而成為巖土工程勘察中的難點(diǎn)，通常難以取土進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，而大部分原位測(cè)試手段受限，土層性質(zhì)無(wú)從獲得，地基承載力等相關(guān)參數(shù)難以確定。歸結(jié)起來(lái)，混合土勘察主要存在以下一些困難。

　　(1)鉆探取芯難。由于混合土缺乏中間粒徑土，結(jié)構(gòu)中孔隙較大，細(xì)顆粒物質(zhì)易被沖洗液帶出孔外;另一方面，由于碎石土中的大顆粒難以被順利取出，導(dǎo)致其掉落孔底被反復(fù)多次磨損，使整體巖芯采取率進(jìn)一步降低，且改變了土層本來(lái)的顆粒級(jí)配，使目測(cè)巖芯編錄的結(jié)論出現(xiàn)偏差。由于碎石土與混合土有相交關(guān)系，可能使巖土命名出現(xiàn)錯(cuò)誤，或者即使正確確定混合土，有時(shí)也難以進(jìn)一步確定是粗�；旌贤吝�是細(xì)粒混合土。假如混合土中有夾層，也可能因?yàn)闆_洗液的沖洗而不復(fù)存在，使勘察成果偏離實(shí)際。

　　(2)原位測(cè)試手段單一。由于混合土鉆探時(shí)通常不能采取到原狀土樣，即使通過(guò)其他手段采取到原狀土樣，在室內(nèi)除進(jìn)行顆分試驗(yàn)，以及含水量、比重等物理性質(zhì)指標(biāo)外，無(wú)法測(cè)定其力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。更多情況下只能通過(guò)采取擾動(dòng)土樣進(jìn)行顆分試驗(yàn)，確定巖土名稱。因此對(duì)混合土的勘察必須更多依賴于現(xiàn)場(chǎng)的原位測(cè)試試驗(yàn)，但很多常規(guī)的測(cè)試方法如靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、扁鏟試驗(yàn)等原位測(cè)試方法均無(wú)法應(yīng)用，目前常用的測(cè)試方法是重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，勘察混合土?xí)r也常常因?yàn)闆](méi)有準(zhǔn)確按規(guī)范進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)離散性大，便所獲成果無(wú)法滿足判定混合土工程地質(zhì)性質(zhì)的要求。

　　(3)數(shù)據(jù)使用不當(dāng)。一些地區(qū)規(guī)范規(guī)定了通過(guò)N63.5擊數(shù)查表確定碎石土和混合土地基承載力或其它指標(biāo)的方法。由于混合土中卵礫石成分的不同和其包圍土體性質(zhì)的差異，地基承載力存在較大變化，在使用這些參考表時(shí)，必須根據(jù)具體條件作相應(yīng)調(diào)整。以南京地區(qū)舉例來(lái)說(shuō)，城南雨花臺(tái)周邊礫石土的地基承載力可適當(dāng)提高，而對(duì)城中和東郊卵礫石包圍土體軟弱的地層，其承載力則應(yīng)予以折減。此外，勘察中須在有代表性的場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)進(jìn)行足夠數(shù)量的動(dòng)力觸探試驗(yàn)，以試驗(yàn)成果加權(quán)平均值作為運(yùn)用依據(jù)。如果沒(méi)有注意到這些條件和要求，簡(jiǎn)單地運(yùn)用原位測(cè)試數(shù)據(jù)，可能導(dǎo)致與實(shí)際產(chǎn)生較大差異。南京地鐵四號(hào)線規(guī)劃中的鎖金村車站基坑中的支護(hù)樁、立柱樁樁身大部都位于混合土中，則其樁摩阻力和端阻力都完全取決于混合土的粒徑、密實(shí)度等，可見(jiàn)，準(zhǔn)確選用此類土的設(shè)計(jì)參數(shù)是十分重要的。

　　4 提高混合土勘察質(zhì)量的方法

　　(1)鉆探方法的改進(jìn)。鑒于混合土勘察難度大，多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的巖土專家們一直在尋找更好的鉆探設(shè)備，效果都不是太理想。目前常用的鉆進(jìn)方法有兩種，即沖擊鉆進(jìn)和回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。對(duì)于傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，可以采用滾刀鉆頭或牙輪鉆頭，將混合土研磨細(xì)，由循環(huán)液帶出地面。這種施工方法必須保證泥漿泵的排漿量，使孔底殘?jiān)�能夠被及時(shí)排出，保證孔底干凈，使鉆進(jìn)順利。使用沖擊循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，一般采用反循環(huán)鉆進(jìn)，這種鉆進(jìn)方法的優(yōu)勢(shì)是在對(duì)混合土土層的沖擊鉆進(jìn)過(guò)程中還實(shí)現(xiàn)鉆頭的旋轉(zhuǎn)，對(duì)混合土進(jìn)行沖擊切削和研磨，從而提高鉆進(jìn)速度。值得注意的是，采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)時(shí)，不管采用正循環(huán)還是反循環(huán)，都應(yīng)正反交替進(jìn)行，既可以將孔內(nèi)巖屑盡可能的帶出地面，又可使鉆頭不被巖屑堵塞。

　　混合土鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭的選用也很關(guān)鍵。通常，混合土的密實(shí)度隨埋深增大而增加，顆粒顆徑和比例也有所上升，所以應(yīng)隨土層加深而選用結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的鉆頭，以滿足密實(shí)度不斷增加的混合土勘察的要求。

　　鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)注意泥漿的重度和粘性，每施工一段時(shí)間都應(yīng)注意觀察循環(huán)液的重度和粘性，必要時(shí)可通過(guò)在循環(huán)液中添加陶土等方法來(lái)增大其稠度，以符合排渣的要求。

　　(2)原位測(cè)試手段的正確運(yùn)用。如果混合土中碎石不是太過(guò)尖銳或被粘性土包圍，可通過(guò)旁壓試驗(yàn)作橫向?qū)Ρ?不過(guò)在本次地鐵初勘中所進(jìn)行的旁壓試驗(yàn)來(lái)看，旁壓膜多次被刺破，導(dǎo)致試驗(yàn)無(wú)法再繼續(xù)。另一種比較常用的原位測(cè)試則是重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)。用動(dòng)力觸探連續(xù)貫人可較準(zhǔn)確地了解混合土的密實(shí)程度和均勻程度，可有效判斷混合土中的軟弱透鏡體，為地基設(shè)計(jì)提供較詳實(shí)的依據(jù)，按規(guī)范規(guī)定重型及超重型動(dòng)力觸探按規(guī)定需連續(xù)貫人，并定深旋轉(zhuǎn)觸探桿，以減小側(cè)摩阻。在對(duì)觸探指標(biāo)進(jìn)行成果分析時(shí)，應(yīng)剔除臨界深度以內(nèi)的數(shù)值、超前和滯后影響范圍內(nèi)的異常數(shù)值。根據(jù)各孔分層貫入指標(biāo)平均值，用厚度加權(quán)平均值計(jì)算場(chǎng)地分層貫人指標(biāo)平均值和變異系數(shù)。根據(jù)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)指標(biāo)和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行力學(xué)分層，評(píng)定土的均勻性和物理性質(zhì)、土的強(qiáng)度、變形參數(shù)等，從而確定地基承載力和計(jì)算單樁承載力等。本次地鐵勘察中通過(guò)大量的重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，取得了十分重要的第一手資料。

　　(3)根據(jù)鉆進(jìn)過(guò)程中的變化獲取信息。有經(jīng)驗(yàn)的勘探人員通過(guò)在施工中不斷探索，可以摸索出適合于混合土鉆探的方法。機(jī)組操作人員在鉆探過(guò)程中應(yīng)注意地層縮徑、漏水、鉆具跳動(dòng)、泥漿攜渣情況、進(jìn)尺等各種信息，通過(guò)這些信息可以輔助判斷碎石土工程地質(zhì)性質(zhì)，并作出相應(yīng)的調(diào)整。例如，當(dāng)鉆進(jìn)速度突然加快時(shí)，判定碎石土中可能有較軟的夾層，這時(shí)應(yīng)及時(shí)提鉆進(jìn)行取樣或原位測(cè)試工作，以掌握碎石土中的夾層的工程力學(xué)性質(zhì)和原位測(cè)試指標(biāo)。此外可根據(jù)鉆進(jìn)的難易、鉆桿的跳動(dòng)情況及孔壁穩(wěn)定情況判定碎石土的密實(shí)程度，當(dāng)鉆進(jìn)較易，鉆桿稍有跳動(dòng)，孔壁易坍塌時(shí)，碎石土密實(shí)度屬松散;當(dāng)鉆進(jìn)較困難，鉆桿、吊錘跳動(dòng)不劇烈，孔壁有坍塌現(xiàn)象時(shí)，碎石土密實(shí)度屬中密;當(dāng)鉆進(jìn)困難，鉆桿、吊錘跳動(dòng)劇烈，孔壁較穩(wěn)定時(shí)，碎石土密實(shí)度屬密實(shí)。根據(jù)泥漿攜渣情況可大致判定粗顆粒間的充填物是砂類土或粘性土，避免把混合土和碎石土誤判。

　　(4)勘察數(shù)據(jù)的合理運(yùn)用。一些地區(qū)規(guī)范規(guī)定了通過(guò)N63.5擊數(shù)查表確定碎石土和混合土地基承載力或其它指標(biāo)的方法。由于混合土中卵礫石成分的不同和其包圍土體性質(zhì)的差異，土層力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)存在很大差異。同樣以南京地區(qū)舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)雨花臺(tái)礫石層地基承載力特征值應(yīng)予提高,可乘1.2的增大系數(shù);而如果卵礫石中充填軟塑-流塑粉質(zhì)粘土和粉土,飽和稍密粉砂,地基承載力特征值應(yīng)適當(dāng)減少,可乘0.8的折減系數(shù)。以上兩點(diǎn)為南京地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，僅用以估算南京地區(qū)一般條件下巖土層工程的地基承載力特征值，至于其它力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，則要作具體的分析研究。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　粗�；旌贤翚v來(lái)是鉆探的難題，提高混合土的巖土工程勘察質(zhì)量需要我們認(rèn)真去研究，除了在現(xiàn)有規(guī)范的基礎(chǔ)上做好混合土的勘探工作，更應(yīng)該從主觀上重視混合土的勘察質(zhì)量，結(jié)合含大顆粒土的特殊性從鉆探手段及測(cè)試手段上去著手，選擇合適的設(shè)備、工藝，輔以適當(dāng)?shù)脑�位測(cè)試手段，重視勘探鉆進(jìn)工程中反饋的信息，正確運(yùn)用所得數(shù)據(jù)，以達(dá)到最終提高混合土勘察質(zhì)量的目的。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1]《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2009年版)[R].北京,中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009

　　[2]楊坤明.動(dòng)力觸探(DPSH)試驗(yàn)在碎石土地基勘察中的應(yīng)用[J].巖土工程師，2001，2

　　[3]夏佳，韓愛(ài)民.南京附近古礫石層的地質(zhì)特征與工程力學(xué)性質(zhì)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，1999,3

　　[4]杜衛(wèi)，李偉利.卵礫石土層的破碎與鉆進(jìn)方法[J].西部探礦工程，2002，7

　　[5]高大釗.巖土工程勘察與設(shè)計(jì)[M].人民交通出版社，2010,11