城市地铁混合土勘察质量的讨论
摘要：南京地铁四号线一期工程地质条件复杂，在线路途经的玄武湖、龙蟠路和板仓街等区域分布着深厚的粗粒混合土，地质勘察难度较大。本文结合南京地铁工程勘察施工经验，分析了混合土勘察中存在的一些问题，并就如何提高混合土地质勘察质量提出几点建议。
关键词：地铁,混合土,地质勘察
1 引言
地铁以其快捷便利在城市交通中发挥着越来越重要的作用，各地迅速兴起地铁建设热潮。地铁工程地质勘察则是为这项宏伟工程的设计施工提供工程地质条件及水文地质条件，推荐设计参数。南京地铁四号线一期工程起于中保站，止于仙林东地区，线路全长33.2km，地质条件复杂，前后穿越秦淮河、九华山、玄武湖和紫金山地区。其中在九华山站-锁金村站区间及锁金村车站附近分布深厚粗粒混合土，为地质勘察带来一定的困难。该线路大部分拟采用盾构施工，此前曾发生过盾构穿越全断面混合土地层时地面塌陷、建筑倒塌等事故，可见，通过地质勘察准确掌握混合土的各种特性是至关重要的。本文结合近期南京地铁四号线一期工程勘察施工经验，针对勘察过程中存在的困难，结合施工实践提出了提高混合土地质勘察质量的几点建议，与同行交流。
2 混合土在南京地铁线路中的分布特点
混合土是由细粒土和粗粒土混杂而缺乏中间粒径的土。南京市位于长江下游，地貌形态类型有低山丘陵、岗地、长江漫滩等，混合土主要分布于各级阶地，部分分布在东郊及古河道底。南京地区的混合土大体上分为三种类型，各种类型混合土的组成有较大差异，因其所包含的卵石、砾石体的成分、含量、形状有差异，导致土体的性质、状态也发生变化。
南京地铁四号线一期工程所揭示的混合土主要分布在Ⅰ级阶地及古河道底部，具体来说分布在玄武湖、龙蟠路和板仓街道，由软塑～可塑粉质黏土混混合土，碎石粒径变化大，从2mm-200mm不等，混合土含量极不均匀，质硬，强度高。
3 混合土勘察中的问题
南京地铁四号线一期工程所经线路广泛分布粗粒混合土，混合土在颗粒分布曲线上反映出不连续状，该类地层的勘察工作有其特殊性。由于混合土(尤其是粗粒混合土)钻探施工困难、岩芯采取率低而成为岩土工程勘察中的难点，通常难以取土进行室内试验，而大部分原位测试手段受限，土层性质无从获得，地基承载力等相关参数难以确定。归结起来，混合土勘察主要存在以下一些困难。
(1)钻探取芯难。由于混合土缺乏中间粒径土，结构中孔隙较大，细颗粒物质易被冲洗液带出孔外;另一方面，由于碎石土中的大颗粒难以被顺利取出，导致其掉落孔底被反复多次磨损，使整体岩芯采取率进一步降低，且改变了土层本来的颗粒级配，使目测岩芯编录的结论出现偏差。由于碎石土与混合土有相交关系，可能使岩土命名出现错误，或者即使正确确定混合土，有时也难以进一步确定是粗粒混合土还是细粒混合土。假如混合土中有夹层，也可能因为冲洗液的冲洗而不复存在，使勘察成果偏离实际。
(2)原位测试手段单一。由于混合土钻探时通常不能采取到原状土样，即使通过其他手段采取到原状土样，在室内除进行颗分试验，以及含水量、比重等物理性质指标外，无法测定其力学性质指标。更多情况下只能通过采取扰动土样进行颗分试验，确定岩土名称。因此对混合土的勘察必须更多依赖于现场的原位测试试验，但很多常规的测试方法如静力触探、标准贯入试验、十字板剪切试验、扁铲试验等原位测试方法均无法应用，目前常用的测试方法是重型动力触探试验，勘察混合土时也常常因为没有准确按规范进行操作，数据离散性大，便所获成果无法满足判定混合土工程地质性质的要求。
(3)数据使用不当。一些地区规范规定了通过N63.5击数查表确定碎石土和混合土地基承载力或其它指标的方法。由于混合土中卵砾石成分的不同和其包围土体性质的差异，地基承载力存在较大变化，在使用这些参考表时，必须根据具体条件作相应调整。以南京地区举例来说，城南雨花台周边砾石土的地基承载力可适当提高，而对城中和东郊卵砾石包围土体软弱的地层，其承载力则应予以折减。此外，勘察中须在有代表性的场地区域内进行足够数量的动力触探试验，以试验成果加权平均值作为运用依据。如果没有注意到这些条件和要求，简单地运用原位测试数据，可能导致与实际产生较大差异。南京地铁四号线规划中的锁金村车站基坑中的支护桩、立柱桩桩身大部都位于混合土中，则其桩摩阻力和端阻力都完全取决于混合土的粒径、密实度等，可见，准确选用此类土的设计参数是十分重要的。
4 提高混合土勘察质量的方法
(1)钻探方法的改进。鉴于混合土勘察难度大，多年来，国内外的岩土专家们一直在寻找更好的钻探设备，效果都不是太理想。目前常用的钻进方法有两种，即冲击钻进和回转钻进。对于传统的回转钻进，可以采用滚刀钻头或牙轮钻头，将混合土研磨细，由循环液带出地面。这种施工方法必须保证泥浆泵的排浆量，使孔底残渣能够被及时排出，保证孔底干净，使钻进顺利。使用冲击循环钻进时，一般采用反循环钻进，这种钻进方法的优势是在对混合土土层的冲击钻进过程中还实现钻头的旋转，对混合土进行冲击切削和研磨，从而提高钻进速度。值得注意的是，采用泥浆护壁钻进时，不管采用正循环还是反循环，都应正反交替进行，既可以将孔内岩屑尽可能的带出地面，又可使钻头不被岩屑堵塞。
混合土钻进时，钻头的选用也很关键。通常，混合土的密实度随埋深增大而增加，颗粒颗径和比例也有所上升，所以应随土层加深而选用结构增强的钻头，以满足密实度不断增加的混合土勘察的要求。
钻进过程中，应注意泥浆的重度和粘性，每施工一段时间都应注意观察循环液的重度和粘性，必要时可通过在循环液中添加陶土等方法来增大其稠度，以符合排渣的要求。
(2)原位测试手段的正确运用。如果混合土中碎石不是太过尖锐或被粘性土包围，可通过旁压试验作横向对比;不过在本次地铁初勘中所进行的旁压试验来看，旁压膜多次被刺破，导致试验无法再继续。另一种比较常用的原位测试则是重型动力触探试验。用动力触探连续贯人可较准确地了解混合土的密实程度和均匀程度，可有效判断混合土中的软弱透镜体，为地基设计提供较详实的依据，按规范规定重型及超重型动力触探按规定需连续贯人，并定深旋转触探杆，以减小侧摩阻。在对触探指标进行成果分析时，应剔除临界深度以内的数值、超前和滞后影响范围内的异常数值。根据各孔分层贯入指标平均值，用厚度加权平均值计算场地分层贯人指标平均值和变异系数。根据圆锥动力触探试验指标和地区经验进行力学分层，评定土的均匀性和物理性质、土的强度、变形参数等，从而确定地基承载力和计算单桩承载力等。本次地铁勘察中通过大量的重型动力触探试验，取得了十分重要的第一手资料。
(3)根据钻进过程中的变化获取信息。有经验的勘探人员通过在施工中不断探索，可以摸索出适合于混合土钻探的方法。机组操作人员在钻探过程中应注意地层缩径、漏水、钻具跳动、泥浆携渣情况、进尺等各种信息，通过这些信息可以辅助判断碎石土工程地质性质，并作出相应的调整。例如，当钻进速度突然加快时，判定碎石土中可能有较软的夹层，这时应及时提钻进行取样或原位测试工作，以掌握碎石土中的夹层的工程力学性质和原位测试指标。此外可根据钻进的难易、钻杆的跳动情况及孔壁稳定情况判定碎石土的密实程度，当钻进较易，钻杆稍有跳动，孔壁易坍塌时，碎石土密实度属松散;当钻进较困难，钻杆、吊锤跳动不剧烈，孔壁有坍塌现象时，碎石土密实度属中密;当钻进困难，钻杆、吊锤跳动剧烈，孔壁较稳定时，碎石土密实度属密实。根据泥浆携渣情况可大致判定粗颗粒间的充填物是砂类土或粘性土，避免把混合土和碎石土误判。
(4)勘察数据的合理运用。一些地区规范规定了通过N63.5击数查表确定碎石土和混合土地基承载力或其它指标的方法。由于混合土中卵砾石成分的不同和其包围土体性质的差异，土层力学性质指标存在很大差异。同样以南京地区举例来说，对雨花台砾石层地基承载力特征值应予提高,可乘1.2的增大系数;而如果卵砾石中充填软塑-流塑粉质粘土和粉土,饱和稍密粉砂,地基承载力特征值应适当减少,可乘0.8的折减系数。以上两点为南京地区经验，仅用以估算南京地区一般条件下岩土层工程的地基承载力特征值，至于其它力学性质指标，则要作具体的分析研究。
5 结语
粗粒混合土历来是钻探的难题，提高混合土的岩土工程勘察质量需要我们认真去研究，除了在现有规范的基础上做好混合土的勘探工作，更应该从主观上重视混合土的勘察质量，结合含大颗粒土的特殊性从钻探手段及测试手段上去着手，选择合适的设备、工艺，辅以适当的原位测试手段，重视勘探钻进工程中反馈的信息，正确运用所得数据，以达到最终提高混合土勘察质量的目的。
参 考 文 献
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