刘 伍，李海明

(北京市地质工程设计研究院，北京 101500)

0 引言

卵石地层不是普通的无黏性土（粗颗粒土）地层，它具有特殊的地层结构，因此，在岩土工程设计过程中不可以按常规的无黏性土地层那样选取黏聚力（C值）及内摩擦角（w值），否则，基坑支护设计方案将过于保守，造成岩土工程成本的增加，此外，因为卵石地层结构的特殊性，也会给基坑支护结构形式的选型及施工工艺的选择带来极大困扰。显然，如果这些环节把握不当，将给岩土工程设计、施工、及工程最终成本带来极大的不确定性，因此，对该问题的深入分析、探讨，既有科学意义、更有实际经济意义。

目前，针对卵石地层的基坑支护论文并不很多，主要原因是认为卵石地层比较简单、宜于设计、易于施工，其中的论文多以分析某一更可行的施工方法为主，而从卵石地层具有特殊结构方面，探讨基坑支护设计合理性的论文很稀少。为弥补上述不足，本文既分析卵石地层的特殊结构、其对基坑支护设计的贡献，又分析其对基坑支护结构选型及施工工艺的影响。

1 卵石地层的特征分析

1.1 地层基本性状分析

表1中的地层各项特征，对基坑支护结构设计及施工工艺的选择影响极大，需要进一步具体分析。

表1 卵石地层整体特征统计简表

1.2 地层结构的特征分析

本文重点分析河流冲刷沉积成因的卵石地层结构特征。

河流沉积卵石地层的最大特点就是：由于河水的流动冲刷作用，使卵石在沉积过程中产生了定向排列，并促成了相邻卵石间以叠瓦状形式接触，相邻卵石间的孔隙被砂砾、泥土等完全充填，经此冲积作用及后来的覆土长期压密作用，将卵石土层造就成了一个具有内部紧密联结的整体，使其具有了一种特殊结构，笔者称为“叠瓦状结构”。

2 卵石地层的抗剪强度探讨

2.1 库仑抗剪强度理论关于砂土的抗剪强度论述简介

库伦认为，砂土（无黏性土）的抗剪强度是由土粒间的滑动摩擦以及凹凸面间的镶嵌作用所产生的（咬合）摩阻力，其大小决定于土粒表面的粗糙度、土的密实度以及颗粒级配等因素。黏性土和粉土的抗剪强度由摩阻力及黏聚力组成，黏聚力是由于黏土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素引起的。

根据库伦原理，砂土（无黏性土）的抗剪强度决定于有效法向应力和内摩擦角，不存在黏聚力。

2.2 黏聚力C值的探讨

自然形成的卵石地层，尤其在河流冲积形成的卵石地层中，卵石地层表现的抗剪强度不仅是颗粒间的滑动与镶嵌咬合所产生的摩阻力，还有水流冲积条件下形成的卵石定向排列，由此产生的“叠瓦状结构”，形成了另外一种力，类似于“黏聚力”，此种力在库伦抗剪强度关于“砂类土（无黏性土）”的论述中是没有显示的，在目前的岩土工程设计计算，尤其在基坑支护计算中是被忽略的。笔者将此种力称为“似黏聚力”。

2.3 内摩擦角φ值的探讨

在目前的岩土工程勘察报告中给定的卵石地层内摩擦角w值，几乎都是经验值，由于受客观条件所限，对一般岩土工程，不可能进行实地的卵石地层现场原位剪切试验，通常情况下，先得到松散状态下的w值，再根据卵石地层的密度估算得出w值的经验值。

显然，按目前的常规处理方法，科学依据不足，密度越的大的卵石地层，给出的摩擦角w值越保守。

综上分析，在传统的岩土工程勘察报告中，河流冲积形成的卵石地层中的黏聚力C值均取0，未考虑“叠瓦状结构”提供的“似黏聚力”贡献，给出的摩擦角w值也不是原位沉积条件下的w值，显然，对于河流沉积的卵石地层，目前对C值、w值的常规取值做法均较为保守，从而导致岩土工程设计欠科学，同时也造成了岩土工程成本的增加。

2.4 卵石地层力学参数建议值

卵石地层力学参数见表2。

3 卵石地层特征对基坑支护结构选型及施工工艺选择的影响分析

卵石地层特征对基坑支护结构选型及施工工艺选择的影响分析列入表3。

表2 卵石地层力学参数建议值一览表

表3 卵石地层特征对基坑支护结构选型及施工工艺选择的影响分析一览表

4 场内施工条件对基坑支护结构选型及施工工艺选择的影响分析

场内施工条件对基坑支护结构选型及施工工艺选择影响非常大，对卵石地层基坑来说，当场内可用空间足够大时，宜尽可能采用放缓坡的支护结构型式，以降低施工工艺选择的压力；当场内可用空间狭窄时，就会被迫选择直立坡（或陡坡）的支护结构型式，这将极大地增加了对施工工艺选择的难度（表4、图1）。

图1 KX自钻式注浆锚杆

5 结论

通过以上论述，笔者认为对砂卵石地层的工程特性及岩土工程设计、施工有了进一步认识，对今后在砂卵石地层中开展岩土工程设计及施工有一定指导意义。

（1）通过对卵石地层进行特征分类，从而对卵石地层的自身特点认识得更深入、更全面，有助于在卵石地层中的基坑支护设计、施工工作更有针对性。

表4 场内施工条件对基坑支护结构选型及施工工艺选择影响分析统计表

（2）根据河流冲积成因的卵石地层具有“叠瓦状结构”，及具有“似黏聚力”效果，笔者认为其C值不等于零，并随地层时代越老及密度的增加，C值会显著增大，应善加利用。此外，该种卵石地层的w值估算，不仅应充分考虑地层的密度状态，还应考虑卵石的定向排列效果，充分挖潜。经调整后的C、w值，可以使基坑支护设计工作更科学、支护成本更低，同时，并不影响其安全性。

（3）建议按卵石地层的不同时代、不同密度，系统开展现场原位直剪试验，以求获取更准确的天然级配卵石地层的C、w值，同时注意从各种工程实例中收集关于天然级配卵石地层的C、w设计采用值信息，以探求对天然级配卵石地层的C值、w值的更准确的认识、把握。

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[3]中华人民共和国住房和城乡建设部. 复合土钉墙基坑支护技术规范(GB 50739-2011)[S]. 2012.

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