公路挖方边坡勘察土石比例划分研究

张金平

（广东省交通规划设计研究院股份有限公司,广东广州510507）

随着我国公路建设的蓬勃发展，尤其是山区公路（高速、国省道）建设的发展，公路不断向山区延伸，在山区公路的建设过程中不可避免要对边坡进行开挖。在边坡的开挖过程中，常常涉及边坡土石比例的变更，主要包括两个方面，即土石比例变化导致开挖方量变更，另外导致支护参数的变更[1-2]。导致变更的原因主要有以下几点：①交通部《公路工程地质勘察规范》附录J土、石工程分级采用的是钻1m所需的净钻时间、爆破1m3所需炮眼长度、开挖方法等进行判别，判别方法较为定性，且受凿岩钻探、炮眼大小、开挖机具等影响较大，缺乏定量指标。②列举土、石名称过于笼统，无法参照，因为不同岩石由于矿物成分、风化差异、形成环境等不同导致强度差别较大。③没有具体划分方法，各个单位或者个人根据自己的习惯或者经验进行划分，导致差异过大。④主要考虑因素均为施工开挖难度，而土石比例是要在勘察阶段做出划分，指导概预算及设计，缺乏根据勘察资料进行判别的因素[3]。

针对交通部《公路工程地质勘察规范》附录J土、石工程分级的不足，当前《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007）在考虑钻1m所需的净钻时间、开挖方法、岩土名称及特征的基础上尚考虑了岩石单轴饱和抗压强度[4]。在欧洲土木工程界土石比例划分时考虑施工难易的同时，还考虑了勘察阶段地震波波速的大小[5]。对于边坡土石比例划分而言，涉及土石方总量和土石方比例。土石方总量的计算目前有成熟的计算方法，如DTM法、方格网法、等高线法、断面法等，而对于土石比例的确定，却没有公认的计算方法。目前主要采用的是地质钻孔法，该方法对土地平整效果较好，因其仅需相对粗糙地划分出土类和石类，但是涉及Ⅰ-Ⅵ时，对具体钻孔各分层如何利用不够具体[6-7]。本次研究主要针对公路挖方边坡勘察阶段土石比例划分存在的问题提出解决思路，总结可操作的方法。

1 土石比例划分方法

1.1 土石分级标准

根据《公路工程地质勘察规范》（JTG C20-2011）附录J表J-1土、石工程分级表可将土石分为Ⅰ-Ⅵ六个等级。其划分标准是根据钻炮眼1m所需时间、爆破1m3所需炮眼长度(m)及开挖方法来进行。凿岩钻探、炮眼大小、开挖机具等均直接影响着判断结果。且主要根据施工开挖难度划分，而未采用勘察阶段成果划分，操作性不强。根据多年的经验，参考《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007），直接根据岩土名称及特征、施工可能需要的开挖方法、结合岩石单轴饱和抗压强度，提出如表1新的土、石分级标准。

表1 土、石分级标准表

1.2 岩土层土石分级确定

在确定土石比例之前，根据松土—坚石（Ⅰ-Ⅵ）的划分标准，直接根据岩土名称及特征将某类岩石划分为某类土，过于定性，不同技术人员判别起来差异较大。目前通常的做法是把某种风化程度的岩石直接化为某类土石。而实际某种风化岩石可能处于临界的情况，或者存在有夹层的情况，我们根据公路勘察多年经验，提出将各种风化程度的土或石根据实际情况按一定百分比例先进行分类的细化，如将某中风化岩定义为软石∶次坚石∶坚石=30%∶60%∶30%。并提出将存在夹层、难以界定的强—中风化岩根据实际情况定为中风化夹强风化或强风化夹中风化，土石比例也进行一定的细分，如中风化夹强风化定义为硬土∶软石∶次坚石=30%∶60%∶30%。而不是简单的将其定义为一种类别。

1.3 土石比例划分断面法

在有了分类的标准及各岩土分层土石比例细分之后，便是具体的划分方法。根据多年的经验，我们引入了断面法。利用断面法进行土石比例划分时一般按照以下步骤进行：

（1）首先根据地面测量资料及设计开挖线，确定整个边坡的总方量；

（2）根据勘察结果，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；

（3）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；

（4）累计各分块土石方量，确定各类土石百分比例[8]。

2 工程实例

2.1 工程概况

广东省某高速公路K32+471~K32+971路堑位于罗镜镇周山脚村。线路走向与山坡地形等高线呈近45°角。该段左侧边坡的最大开挖高度约为45.4m，长度500m。为查清边坡土石比例本次勘察布置并完成钻孔16个，钻孔编号分别为SBLK1~SBLK16，具体位置如图1所示。

图1 工程地质平面示意图

2.2 工程地质条件

边坡路段属于低山丘陵地貌，地形复杂，山坡地势较陡，自然坡度20°~30°。海拔164.0~236.0m，相对高差约62.0m。山坡植被茂密，多发育乔木、灌木等。

根据勘探及地质调绘成果，本段边坡受区域地质构造影响，早期主要受自南向北推覆构造作用，形成糜棱化、硅化的韧性剪切破碎带，后期受热液作用，沿断层破碎带贯入石英脉体。根据调绘成果，本段边坡范围内测得三组断层，早期发育的为F1断层，其为东西向韧性剪切带，该断层影响带较大，大部分边坡都受其影响，表现为石英砂岩硅化、糜棱化，岩体定向排列明显，产状为355°∠78°，为高角度的逆断层；后期F2、F3断层错断F1断层，使得边坡岩体更为破碎，F2、F3推测为同一期次的断层，受其影响，形成了断层破碎带并伴有断层泥,F2产状为105°∠25°，F3产状为102°∠61°。

根据场区内钻探揭露和现场工程地质调查，场区内地层揭露上覆第四系全新统坡积层（Q4dl）粉质粘土层；基底岩层为泥盆系桂头群（D2G）板岩、糜棱岩及后期贯入的石英脉。

2.3 边坡岩土层土石分级

由于受复杂构造影响，本段边坡岩性复杂多样，风化程度差异较大，根据勘探及原位测试资料、调绘及岩土试验成果，进行边坡岩土层的土石等级、类别及比例细化，具体比例如表2所示。

表2 本段边坡岩土层土石分级表

2.4 边坡土石比例划分

进行边坡岩土层的土石等级、类别及比例细化之后，采用断面法进行边坡土石比例的划分。首先根据地面测量资料及设计开挖线，确定整个边坡的总方量为987871m3。根据勘察结果，绘制工程地质横断面图，见图2，根据横断面图按表2计算每个断面的土石比例，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。最后累计各分块土石方量，确定各类土石百分比例，普通土∶硬土∶软石∶次坚石∶坚石=45522∶43628∶498530∶337407∶62784=5∶4∶51∶34∶6。

图2 SBLK4~SBLK6工程地质断面示意图

3 结语

本文主要针对公路挖方边坡勘察阶段土石比例划分存在的问题提出解决思路，总结了可操作的方法，并举工程实例予以说明，得出以下结论及建议。

（1）在《公路工程地质勘察规范》（JTG C20-2011）附录J表J-1的基础上，根据多年的经验，参考《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007），直接根据岩土名称及特征、施工可能需要的开挖方法、结合岩石单轴饱和抗压强度，提出新的土、石分级标准。

（2）针对某种风化岩石可能处于临界的情况，或者存在有夹层的情况，根据公路勘察多年经验，提出将各种风化程度的土或石根据实际情况按一定百分比例先进行分类的细化，并提出将存在夹层、难以界定的强—中风化岩根据实际情况定为中风化夹强风化或强风化夹中风化，土石比例也进行一定的细分，而不是简单的将其定义为一种类别。

（3）根据多年的经验，引入了断面法，并提炼出其一般步骤。

（4）随着计算机技术及三维地质建模的不断发展，可以将岩土层土石标准及细化输入后，直接计算得出边坡的土石比例。