“填石层”对施工的影响分析及勘察要点

李新元

(深圳市工勘岩土集团有限公司，广东深圳 518063)

0 “填石层”的概念

填土层在很多建筑场地中的普遍存在，厚度不一，从几十公分到数米深度最为常见，一些特殊场地填土层深达十几米甚至数十米。回填物的成分多样，有黏性土、砂土、风化岩等一种或几种组合;也有建筑、生活垃圾、泥浆、淤泥、甚至工业废渣、污染土等特殊性土类杂乱混填形成。因填土层带来的工程问题不甚枚举，其中的填石成分又属于填土中的“特殊分子”，对工程的影响巨大。

顾名思义，填石就是人工后期回填的以“岩石”或“石头”为主要成分的回填物。根据《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)(2009年版)等现行规范的规定，填土属于特殊性土大类，分素填土、杂填土、冲填土及压实填土四个亚类[1]，而没有“填石”这一单独的亚类。那么“填石”又属于填土大类中的那一亚类呢?按四个亚类各自的定义，除回填石方路基及少数经压实的特殊场地外，其绝大多数应属于“素填土”亚类(素填土定义为：由碎石土、砂土、粉土和黏性土等一种或几种材料组成，不含杂物或含杂物很少)。勘察报告中如将填石定名为素填土，是符合现行的相关规范。但在很多的勘察中因此定名带来居多麻烦。因为非岩土专业、不了解岩土定名亦或没有仔细地分析勘察报告的招投标方、施工方、设计方多对填石成分的素填土常做如下理解：“素”有“纯”“单一”地意思，且定名中含“土”这一关键字样，就理解为回填物为质地均匀、成分较单一的黏性土，和实际大相径庭，结果可想而知。

1 填石层对工程施工的影响

填石层的厚度、成分、范围、密实度对工程施工均会造成不同的影响。如深圳盐田港码头大范围回填10～35 m厚度不等的中、微风化花岗岩、凝灰岩石方;又如福建宁德核电生活区场地，由海边台地挖方形成各级风化程度的渣土(石)回填，成分混杂，最大厚度达50多米。这些场地基础施工困难大、耗时长、成本大、工艺要求高、质量控制难。

1.1 对基础施工的影响

因填石层多由中、微风化硬质岩石回填，其具有质地坚硬、难以破损或挤开的特性，对基础施工会造成如下居多不良影响。

1)偏桩、断桩或桩头破损：深圳前海某项目10#地块，平面范围内填石层分布无规律，厚度0.5～3.5 m不等，直径0.2～2.5 m不等，个别直径达5 m以上①深圳市工勘岩土集团有限公司.深圳地铁前海上盖物业10、11号地铁岩土工程勘察报告[R].2008.;设计选用φ600预应力管桩基础，结果是偏桩、断桩及桩头破损率共计达到10%以上，最后采取了较大范围的引桩、补桩措施。根据深圳地区多个预应力管桩工地经验总结，如填石层厚度达0.8～1.0 m以上，最大直径达1.0～1.2 D(D为桩径)以上，则易造成沉桩困难，建议采用引桩措施或选用其它桩型。

2)无法穿越：钻孔灌注桩、搅拌桩、长臂螺旋桩在填石地区适用均受限，类似桩型均靠钻头旋转的磨损填石达到穿越成孔，当填石硬度达较硬岩以上级别，合金钻头根本无法磨损填石层，出现无法施工的事故。偶有钻穿成孔，也极易出现垂直度不能满足规范要求的质量事故，故慎用。

3)垮孔：填石层多属无规律的堆架结构，空隙大，充填不完全，密实度不一，穿越填石层后，受施工震动、扰动影响，垮塌下掉的岩块堆积于旋转钻头上或钻头与孔壁间，卡死钻头，导致无法旋转和钻进。

4)破坏钻头：旋挖钻机目前在市场上应用较广，功率较大的旋挖钻机(型号一般选择360以上)可以克服厚度约2 m以内的填石层，但无论是采用筒钻或锥钻，遇填石层则易导致镶嵌于钻头上的“合金牙”损耗过大或掉落，导致成本过大;根据类似场地经验比较，旋挖填石比旋挖稳定中、微风化岩石成本还要高，是旋挖普通黏性土层的10倍以上的成本。

总之，填石母岩成分达中硬以上、厚度大于1 m、最大块径大于0.8 m以上的填石层，应慎用预应力管桩、沉管灌注桩，不宜采用钻孔灌注桩、长臂螺旋桩等，可选用冲孔灌注桩;当采用旋挖桩时，不可野蛮施工，避免经济成本过大，可合理调配设备和安排场地，选用冲孔设备或潜孔钻设备引穿填石层再旋挖，以达到经、济高效的目的。

1.2 对土方开挖影响

土方和石方的开挖难度、方法不尽相同，故价格差异较大。根据实际经验，按《土壤及岩石(普氏)分类表》土方一般多划分为Ⅱ类土壤，少数为Ⅲ类土壤;而填石层一般分为Ⅳ土壤或Ⅴ类松石、Ⅵ类次坚石[2];价格差异一倍到数倍不等。同时在挖方设备配置、人员安排、工期计划、弃土场地选择等方面均应不同，否则将导致设计变更、现场停工、工期延误、造价异常增加等不利于工程顺利开展的情况发生。

1.3 对基坑支护设计影响

填石层对很多基坑支护除涉及前面所述桩基施工、土方开挖等影响外，还可能涉及截水帷幕的类型、稳定性计算等问题。一般填石层的空隙均较大，为地下水径流的良好通道，多属强透水地层;雨季地表水通过填石层可以快速、大量地渗透进入基坑内，同时携带黏性土、砂土等细颗粒的流失，严重者可导致基坑侧壁局部坍塌的风险。如深圳某房地产沙井项目，设置两层地下室，基坑侧壁局部地段含填石层②深圳市工勘岩土集团有限公司.深圳沙井翡逸郡岩土工程勘察报告[R].2009.，设计采用适度放坡加复合土钉墙的支护措施，未采取截水措施。支护方案较经济，并经专家评审和第三方审图机构通过。6月份基坑挖至坑底并及时浇筑底板，时值雨季，大雨当天就发现基坑侧壁渗水严重，并伴有流泥、流砂，第二天在南侧基坑局部发生长20米余、宽约4.5 m、高约5 m垮塌范围，方量约500余，同时导致红线外道路开裂。经专家分析，其垮塌原因正是由于局部存在填石层，短时间地表水下渗、冲刷、携带泥砂和浸润等多重作用导致事故发生。此事故造成工期延误35天、经济损失近100万元。

填石层中截水帷幕的方式选择也是设计考虑的重点因素，很多基坑设计采用搅拌桩帷幕进行截水，施工过程中遇填石层导致无法施工，导致方案变更、工期和造价均增加;在填石分布区采取高压双管或三管旋喷帷幕截水效果较好，后期开挖过程中即使发现局部效果不达预期可进行补喷工作;当然采用咬合桩或地下连续墙效果更好，但造价高昂，不经济，当考虑双墙合一时亦是可以考虑。

另外，填石层的物理力学指标具备c小(甚至c=0)、φ大的特点，而土质填料具备c小(少量c值偏大)、φ小的特点，恰好相反，设计往往统一选用相同的指标计算土压力，如填土范围、厚度均较小亦可为之，否则就不合理。

2 勘察重点及措施

填石层对施工的不利影响可见一斑，轻则造价增加，重则导致质量安全事故。如何有效地解决此问题?重点是要对场地内的填石层认识充分、调查准确、设计合理、措施可行;而勘察工作又是最重要的基础性工作。

现行《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)(2009年版)中对填土层的勘察有明确的要求，总结分两方面：其一是搜集资料，包括调查地形和地物的变迁、填土的来源、堆积年限和堆积方式等;其二为实物调查，包括填土层的分布、厚度、物质成分、颗粒级配、均匀性、密实性、压缩性和湿陷性以及对建筑材料的腐蚀性。

填石属于填土层中的一部分，其分布范围、厚度、来源、性状、力学性能均同“包裹”其外围的填土层有明显的不同之处，按照规范对填土的要求开展工作，不足以满足设计和施工的要求，还应加强如下重点工作。

2.1 收集资料与实物调查并重

受钻孔间距的影响，孔间原地面起伏和准确的填土范围难以通过钻孔资料查明。尤其经过多期回填的场地，填土性状、成分可能都不相同。通过钻探芯样结合各个时间段的地形图、调查其填土的来源可以准确地推断填土成分、堆积方式等问题。深圳上水径采石矿区回填后建筑场地就是典型的代表，矿区范围地形复杂，预留的覆盖层厚度差异大，无任何规律可循。其填土最大厚度达70多米，详勘钻孔间距介于20～30 m不等，通过收集回填前的地形图查明了，矿区放坡开采预留的马道和车道位置，同时准确查明了填土范围;通过回填物质来源，查明了上部填土层成分为黏性土，下部堆填了厚度1.5～5.4 m不等的松散状中、微风化粗粒花岗岩渣石(为采矿弃渣)。有效地指导了设计桩长，准确地判定了桩基稳定持力层，经抽芯检测桩基持力层完全合格。根据经验，原始地貌由冲沟、斜坡、坡前洪积扇、陡坎等多种微地貌单元组合的回填场地，资料收集工作往往比钻探更重要。

2.2 了解场地规划和回填历史

此方面貌似“社会因素”，看似和填石的调查无关，实则不然;尤其位于城区规划范围内的堆填建筑场地，在堆填伊始一般均有堆填限量要求、堆填年限、最大堆填厚度、堆填物质成分的要求、不同堆填物片区的划分、堆填物是否有分层碾压要求等设计或规划。如深圳前海片区，基本由填海造陆而成，现规划为举世瞩目的“特区中的特区”既深圳前海自贸区;约2009年以前，多属二线关沿线场地，规划不甚明确。此时，城市建设余泥渣土在此范围内无序堆填，成分复杂，建筑垃圾、淤泥、泥浆、填石、黏性土、砂土等均存在，也不存在按成分分区的堆填、分层处理的要求。但2009年以后，该区域有了明确的填海规划，对堆填成分、堆填方式、堆填厚度、堆填速度等均有了明确的要求，做到有序堆填。故在该区域进行勘察工作，如不了解场地的规划和堆填历史，仅凭有限的钻孔揭露，不足以查明无序堆填区域填石、建筑垃圾等硬物的实际情况，经常导致后期设计变更。

2.3 开挖、工程物探等多种手段并用

填土层中填石的含量、块径范围、厚度、分布范围、密实程度、风化程度(硬度)、充填物是填石层最重要的几个参数。目前常用的钻探手段基本可以查明填石母岩的风化程度，对其它几方面往往揭露失真，故应采用多种勘探手段综合调查。利用挖机开挖5 m或人工开挖2 m深范围内的探坑，通过辨析开挖物成分组成和探坑侧壁稳定情况，可准确地反映其块径范围、厚度、母岩风化程度和充填物等;通过工程物探手段(探地雷达、高密度电法)可较准确地查明填石层的分布范围、厚度等重要参数，弥补钻孔揭露不足的情况。

2.4 注重现场试验

填石层属碎石土类，且多属散体材料，常规取样困难甚至无法取样，调查其物理性状唯有进行现场试验工作。可通过重型(或超重型)动力触探试验调查其密实性，如在试验过程中遇块径较大的填石阻止下探，可中断试验，利用金刚石钻头钻穿该石块后继续试验，取得连续的试验数据，其试验数量应满足现行规范对数据统计的要求，试验数据的变异系数大于0.3，属正常现象。可通过大直径筛分试验查明其组分百分比，大直径筛分网一般在市场上无法统一购置，可自制。其密度试验可采用灌砂发或灌水法在现场完成。

2.5 汲取地区经验

勘察最终是要为设计和施工服务，提供的成果资料除满足现行规范要求外，还应满足施工的可行性要求;填石层对基础施工、土方开挖、地基处理等施工均存在不同程度地影响;故了解地区常用桩型、土方开挖方法、地基处理手段、施工设备、行业习惯、行业认知等因素就尤为重要。如深圳地区，早期很多单位将填石层或包含于填土中的填石亚层(实际上是非层状分布)统一定名为“素填土”层，在报告文字“特殊性岩土”章节中有专门的内容叙述，同时在钻孔柱状图中有亦有专门描述，但很多工程在设计和施工过程中还是疏忽填石的存在，导致设计变更和费用增加;现在，区域勘察单位利用“填石”或“素填土(填石)”这种醒目的名字命名，在勘察成果资料中并加以特别强调，在设计伊始就起到了提醒各参建单位的作用，后期施工阶段的“填石纠纷”明显减少，起到了良好的效果。

3 结论

填石属于特殊性岩土地层，对工程设计、施工、投资均存在不同程度地影响;为了确保项目的顺利开展，不因填石的存在影响项目正常进行，充分、准确的认知是前提和关键。勘察单位采用合理的勘察手段、针对性的措施，准确地查明填石层的物理特性、力学特性，提出合理、可行的意见和建议能够较大地帮助设计和施工;重视填石对工程建设不利影响的问题前置到勘察阶段，有利于针对性的设计、施工准备和投资预算，对项目顺利开展起到较大的推进作用。