公路建设挖方路段土石比的一种确定方法分析

梁志鹏 （广州市交通设计研究院有限公司，广东 广州 510000）

1 前言

高速公路深挖方路段较多，设计阶段多根据地质勘察资料确定挖方段土石比，然而，实际开挖情况有较大差异，由此造成许多设计变更，导致花费额外的资金，往往引起较大的争议。《公路工程地质勘察规范》（JTGC20-2011）附表J中土石工程分级采用的指标土、石名称；钻进1m所需时间；爆破1m所需炮眼长度；开挖方式。后三个指标是在施工过程中发生的，设计阶段无法参考，土、石名称这一指标采用的是例举法，科学性不强。且附表J对自然界中大量存在的卵石土、第三系弱胶结泥、砂岩没有明确的归类，也不可能在表中说出自然界中所有类型土、石种类。针对目前土石分级的不科学性，前人多根据钻进速度和岩石强度探讨岩土的变化规律。赵宇鹏认为，钻进过程中，在确保采取率的前提下，冲击钻探在钻进过程中可以通过钻进速度反映岩体软硬变化。

压实程度是地层对钻进速度影响的主要方式，如果地层成岩性越好，钻进速度越低。关于岩石分级，国外普遍根据岩石硬度进行划分，而划分的关键点则是饱和单轴抗压强度值（Rc）。而在工程施工中，我国如铁道部、水利部等相关部门对于岩土分类有专门的规范，其中所采用的标准则是天然湿度下的单轴抗压强度，相比之下国内在划分岩石级别方面所添加的条件更加精准，而国外只是片面提出以单轴抗压强度作为标准，并没有强调饱和度等其他条件，容易受到开挖时天然条件的影响。因此，国内和国外在划分岩石级别时所设置的界限值有较大的差异，国内以30MPa为软、硬岩的划分界限值，而国外则多以25MPa为界限值。

2 土石分级

基于以上问题，本文参考《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2019）采用了岩石单轴饱和抗压强度，提出如下新的土石分级标准（表1）。

土、石工程分级表 表1

3 土石比例确定

首先，在确定土石比例时，根据表1松土～坚石的划分标准，某种土或者岩石可能存在处于临界的情况，或者存在有夹层的情况，我们根据广东公路多年勘察经验，将各种风化程度的土或石根据实际情况按一定百分比例进行了分类的细化，如将中风化定义为软石：次坚石：坚石=30%：40%：30%，而不是简单地将其定义为一种类别。

其次利用断面法进行土石比例划分：

①施工单位往往在开挖了部分边坡后发现石质较多，才提出变更，所以要先进行现有地面的测量，确定已经开挖的方量，根据施工单位和监理的记录，确定已开挖的土石量；

②布置工作量按照路线里程长度每50m设置1个布孔横断面，对于单个工点长度在100m以内的，应布置不少于1个横断面。地质条件变化大时，可加密横断面。每个横向勘探断面勘探点数量不少于3个，钻孔不少于2个。

③根据补勘结果，绘制工程地质横断面图，需加载设计线，计算每个断面的土石比例；

④按断面与断面中间进行分块，分块土石比例按断面确定，从而确定分块的土石方量；

⑤累计各分块土石方量，确定各类土石百分比例。

4 实例及分析

某高速拟建边坡，最大坡高45m，该路段属于低缓丘陵地区，地形起伏较大，坡体自然坡角最大40°。

为确定该工点两段边坡的土石比例，基本按照断面法的布孔原则进行边坡路堑勘探工作，布置钻孔zk1～zk6合计6个钻孔数据（图1）。

图1 开挖边坡钻孔布置图（zk为钻孔）

根据钻探以及野外地质调绘成果，边坡主要由第四系坡残积粉质黏土和寒武系变质砂岩及其风化层组成。各地层的特点描述如下。

①粉质黏土：黄褐～灰褐色，稍湿，可塑，土质不均匀，局部含砾石，厚度0.5～0.8m，土层重度及抗剪强度 γ=18kN/m，凝聚力c=16kPa，内摩擦角φ=18°。

②粉质黏土：黄褐兼红褐色，稍湿，硬塑，残积成因，厚度1.05m，土层重度及抗剪强度γ=19kN/m，凝聚力c=20kPa，内摩擦角φ=22°。

③强风化夹中风化变质砂岩：黄褐、灰褐色，岩质极软～较硬，岩芯破碎多呈碎块状，节理裂隙发育，厚度8.35～30.70m。重度及抗剪强度γ=22kN/m，凝聚力c=32kPa，内摩擦角φ=32°。

④强风化变质砂岩：红褐、黄褐夹灰褐色，结构可辨，岩质极软～较硬，岩芯极破碎多呈碎石～碎块状，节理裂隙极发育，厚度 5.05～32.85m。重度及抗剪强度 γ=22kN/m，凝聚力 c=30kPa，内摩擦角φ=30°。

⑤强风化变质砂岩：黄褐、灰褐色，岩石风化强烈，岩质极软，岩芯呈碎渣～半岩半土状，遇水软化，厚度3.05～14.00m。重度及抗剪强度γ=21kN/m，凝聚力c=28kPa，内摩擦角φ=28°。

⑥中风化变质砂岩：红褐、黄褐色，岩质极软～较硬，变晶结构，层状构造，岩芯较完整多呈短柱～长柱状，节长大于10cm约占80%，节理裂隙发育，最大揭示厚度11.20m。

根据钻探资料绘制相关工程地质断面图，以便确定分块的土石方量（图2～图3）。

图2 断面图（zk4～zk6）

图3 断面图（zk1～zk3）

根据勘探及原位测试资料、调绘及岩土试验成果，并依据断面图，进行边坡岩土层的土石等级、类别及比例划分；根据设计文件，按照各岩土层的赋存分布，将各类岩进行细类划分，中风化变质砂岩定义为次坚石，强风化夹中风化变质砂岩定义为硬土：软石：次坚石=3:6:1，强风化碎块状定义为硬土：软石=3:7，强风化半岩半土状定义为硬土，粉质黏土定义为普通土（表2），综合确定该路段挖方土石比例为普通土：硬土：软石：次坚石=11:50:35:4。

土石比例 表2

5 结论

边坡开挖时，土石比例与原设计不一致，主要是由于地质条件变化较大，两阶段勘察时工作量有限，或者是由于业主、监理、施工人员对土石的界定与设计存在不一致。要解决此工程地质问题，首先要搞清楚土石的划分标准，其次要进行补充查明土与石的量。本文参考《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007）采用了岩石单轴饱和抗压强度，结合工程实际提出的土石分级标准以及根据实际情况把土或石按一定百分比例进行了细化分类的方法，在计算开挖边坡路堑土石方比中具有较高的准确度。