卵石地層的特殊性及其對基坑支護的影響分析

劉 伍，李海明

(北京市地質工程設計研究院，北京 101500)

0 引言

卵石地層不是普通的無黏性土（粗顆粒土）地層，它具有特殊的地層結構，因此，在巖土工程設計過程中不可以按常規的無黏性土地層那樣選取黏聚力（C值）及內摩擦角（w值），否則，基坑支護設計方案將過于保守，造成巖土工程成本的增加，此外，因為卵石地層結構的特殊性，也會給基坑支護結構形式的選型及施工工藝的選擇帶來極大困擾。顯然，如果這些環節把握不當，將給巖土工程設計、施工、及工程最終成本帶來極大的不確定性，因此，對該問題的深入分析、探討，既有科學意義、更有實際經濟意義。

目前，針對卵石地層的基坑支護論文并不很多，主要原因是認為卵石地層比較簡單、宜于設計、易于施工，其中的論文多以分析某一更可行的施工方法為主，而從卵石地層具有特殊結構方面，探討基坑支護設計合理性的論文很稀少。為彌補上述不足，本文既分析卵石地層的特殊結構、其對基坑支護設計的貢獻，又分析其對基坑支護結構選型及施工工藝的影響。

1 卵石地層的特征分析

1.1 地層基本性狀分析

表1中的地層各項特征，對基坑支護結構設計及施工工藝的選擇影響極大，需要進一步具體分析。

表1 卵石地層整體特征統計簡表

1.2 地層結構的特征分析

本文重點分析河流沖刷沉積成因的卵石地層結構特征。

河流沉積卵石地層的最大特點就是：由于河水的流動沖刷作用，使卵石在沉積過程中產生了定向排列，并促成了相鄰卵石間以疊瓦狀形式接觸，相鄰卵石間的孔隙被砂礫、泥土等完全充填，經此沖積作用及后來的覆土長期壓密作用，將卵石土層造就成了一個具有內部緊密聯結的整體，使其具有了一種特殊結構，筆者稱為“疊瓦狀結構”。

2 卵石地層的抗剪強度探討

2.1 庫侖抗剪強度理論關于砂土的抗剪強度論述簡介

庫倫認為，砂土（無黏性土）的抗剪強度是由土粒間的滑動摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用所產生的（咬合）摩阻力，其大小決定于土粒表面的粗糙度、土的密實度以及顆粒級配等因素。黏性土和粉土的抗剪強度由摩阻力及黏聚力組成，黏聚力是由于黏土顆粒之間的膠結作用和靜電引力效應等因素引起的。

根據庫倫原理，砂土（無黏性土）的抗剪強度決定于有效法向應力和內摩擦角，不存在黏聚力。

2.2 黏聚力C值的探討

自然形成的卵石地層，尤其在河流沖積形成的卵石地層中，卵石地層表現的抗剪強度不僅是顆粒間的滑動與鑲嵌咬合所產生的摩阻力，還有水流沖積條件下形成的卵石定向排列，由此產生的“疊瓦狀結構”，形成了另外一種力，類似于“黏聚力”，此種力在庫倫抗剪強度關于“砂類土（無黏性土）”的論述中是沒有顯示的，在目前的巖土工程設計計算，尤其在基坑支護計算中是被忽略的。筆者將此種力稱為“似黏聚力”。

2.3 內摩擦角φ值的探討

在目前的巖土工程勘察報告中給定的卵石地層內摩擦角w值，幾乎都是經驗值，由于受客觀條件所限，對一般巖土工程，不可能進行實地的卵石地層現場原位剪切試驗，通常情況下，先得到松散狀態下的w值，再根據卵石地層的密度估算得出w值的經驗值。

顯然，按目前的常規處理方法，科學依據不足，密度越的大的卵石地層，給出的摩擦角w值越保守。

綜上分析，在傳統的巖土工程勘察報告中，河流沖積形成的卵石地層中的黏聚力C值均取0，未考慮“疊瓦狀結構”提供的“似黏聚力”貢獻，給出的摩擦角w值也不是原位沉積條件下的w值，顯然，對于河流沉積的卵石地層，目前對C值、w值的常規取值做法均較為保守，從而導致巖土工程設計欠科學，同時也造成了巖土工程成本的增加。

2.4 卵石地層力學參數建議值

卵石地層力學參數見表2。

3 卵石地層特征對基坑支護結構選型及施工工藝選擇的影響分析

卵石地層特征對基坑支護結構選型及施工工藝選擇的影響分析列入表3。

表2 卵石地層力學參數建議值一覽表

表3 卵石地層特征對基坑支護結構選型及施工工藝選擇的影響分析一覽表

4 場內施工條件對基坑支護結構選型及施工工藝選擇的影響分析

場內施工條件對基坑支護結構選型及施工工藝選擇影響非常大，對卵石地層基坑來說，當場內可用空間足夠大時，宜盡可能采用放緩坡的支護結構型式，以降低施工工藝選擇的壓力；當場內可用空間狹窄時，就會被迫選擇直立坡（或陡坡）的支護結構型式，這將極大地增加了對施工工藝選擇的難度（表4、圖1）。

圖1 KX自鉆式注漿錨桿

5 結論

通過以上論述，筆者認為對砂卵石地層的工程特性及巖土工程設計、施工有了進一步認識，對今后在砂卵石地層中開展巖土工程設計及施工有一定指導意義。

（1）通過對卵石地層進行特征分類，從而對卵石地層的自身特點認識得更深入、更全面，有助于在卵石地層中的基坑支護設計、施工工作更有針對性。

表4 場內施工條件對基坑支護結構選型及施工工藝選擇影響分析統計表

（2）根據河流沖積成因的卵石地層具有“疊瓦狀結構”，及具有“似黏聚力”效果，筆者認為其C值不等于零，并隨地層時代越老及密度的增加，C值會顯著增大，應善加利用。此外，該種卵石地層的w值估算，不僅應充分考慮地層的密度狀態，還應考慮卵石的定向排列效果，充分挖潛。經調整后的C、w值，可以使基坑支護設計工作更科學、支護成本更低，同時，并不影響其安全性。

（3）建議按卵石地層的不同時代、不同密度，系統開展現場原位直剪試驗，以求獲取更準確的天然級配卵石地層的C、w值，同時注意從各種工程實例中收集關于天然級配卵石地層的C、w設計采用值信息，以探求對天然級配卵石地層的C值、w值的更準確的認識、把握。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部. 建筑基坑支護技術規程(JGJ120-2012)[S]. 2012.

[2]中華人民共和國建設部，國家質量監督檢驗檢疫總局. 建筑邊坡工程技術規程 (GB 50330-2002)[S].2002.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部. 復合土釘墻基坑支護技術規范(GB 50739-2011)[S]. 2012.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部. 建筑樁基技術規范(JGJ 94-2008)[S]. 2008.

[5]《工程地質手冊》編委會. 工程地質手冊（第四版）[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2007.

[6]張玲玲，姚 勇. 川西北地區砂卵石土抗剪強度影響因素分析[J]. 硅谷，2008，7(18)：4～5.

[7]趙 兵，黃 榮. 成都地區砂卵石的抗剪強度探討[J]. 價值工程，2011，30(18)：60～61.

[8]陳希哲. 粗粒土的強度與咬合力的試驗研究[J].工程力學，1994，11(4)：56～63.

[9]徐 然，劉小平. 土釘墻技術在砂卵石地層深基坑支護中的應用[J]. 水電站設計，2009，25(1)：70～72.