金沙江畔钙质胶结层数据掘金实践研究

金沙江畔钙质胶结层数据掘金实践研究

闫奇林,潘威杰

浙江华东工程建设管理有限公司

摘要：从当前工程实践来看，部分勘察单位以岩层的可挖性作为土、石界定标准，即能大面积使用机械开挖的为土方，必须使用爆破等高能量手段开挖的为石方，对于开挖后岩性变化较大的地层酌情划分土、石比例。对钙质胶结层该岩性地层没有明确的规定标准，导致土石比界定不清晰产生土石比误差。本文依托于金沙江白鹤滩水电站巧家县移民房屋与市政工程，从岩土体分类标准参考的主要指标开展现场试验研究，得出钙质胶结层开挖土石界定依据；并建立智慧试验云平台与实验数据对比分析，实现了土石方界定结果精准研判，数据留痕可追溯；对施工方法进行研究，进行工效对比分析，得出适用性的施工工法和组价方式。

关键词：钙质胶结层 土石界定标准  施工方法  预算组价方式

0引 言

目前现行勘察规范在土、石工程分级方面存在一定局限性，不同行业规范对岩土分类与鉴定描述存在出入，在施工地质阶段针对土石界定标准及计算参建各方基于不同利益诉求易产生分歧。因此，针对研究依托项目普遍揭露的钙质胶结层这一难以准确判定岩土体分类的问题，结合项目应用的智慧实验云平台开展试验研究为工程施工创效寻求数据支撑，其研究成果可为今后我院类似工程提供一定的参考和经验借鉴，具有一定的社会效益。

1  现行规范对岩土的分类和鉴定

1.1 《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009年版）

（1）按岩石坚硬程度等级的定性分类为：坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩5个大类（详见表3.2.2-1岩石坚固性程分类、表A.0.1岩石坚固性程度等级的定性分类）。

（2）按岩体完整程度等级的定性分类为：完整、较完整、较破碎、破碎、结合很差5个大类（详见表3.2.2-2 岩体完整程度分类、表A.0.2岩体完整程度的定性分类）。

（3）土按照有机质含量分类为：无机土、有机质土、泥炭质土、泥炭4个大类。详见下表（详见表A.0.5 土按有机质含量分类）。

（4）碎石土按密实度野外鉴定为：松散、中密、密实3个大类（详见表A.0.5 碎石土密实度野外鉴别）。

1.2 《公路工程地质勘察规范》JTGC20—2011

（1）岩石按坚硬程度（以岩石的单轴饱和抗压强度实测值划分)分为坚硬岩、较坚硬岩、较软岩、软岩及极软岩（详见表3.2.1岩石坚硬程度划分）。

（2）土、石工程分级为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ 共6个等级，分别对应松土、普通土、硬土、软石、次坚石、坚石6个类别（详见表J-1 土、石工程分级表）。

1.3 《民用机场勘测规范》MH/T5025—2011

按照土、石开挖难易程度分级为：松土、普通土、硬土、软石、次坚石、坚石6个大类别（详见表10.2.2 土石按开挖难易程度分级）。

从前述几种现行规范对土、石的定义和分类来看，《民用机场勘测规范》采用开挖难易程度标准区分土、石的方法较接近工程实际，易于对土、石进行划分，避免参建各方对土、石分类标准产生争议，是一种较理想的分类方法。从开挖难易程度角度出发，探索出一种适用于钙质胶结层的土石界定认定标准及预算组价尚处于空白，已有的研究成果多集中于勘察手段和土石比计算方法（平均厚度法、平均断面法、土方软件辅助计算法等）。

2  研究范围和目标

本文拟通过研究目前国内现行不同行业勘察规范关于岩土分类与鉴定描述，结合现场试验数据支撑，基于金沙江白鹤滩水电站巧家县移民房屋与市政工程，旨在探索出一套土石界定标准（钙质胶结层）、施工方法及预算组价方式，为后续施工项目遇到类似工程地质条件提供参考支撑，提升施工创效能力并能在以后类似工程中推广应用。

3  研究方案及结论

3.1土石界定标准研究

研究前期，结合应用项目开发的智慧实验云平台对现场揭露的钙质胶结层进行胶结程度分区识别定性并确定试验取样选点（详见图1）。

图1检测结果

（1）研究方案:通过查阅并结合相关规程规范对比分析，其中《水利工程工程量清单计价规范》GB50501-2007附录A“水利建筑工程工程量清单项目及计算规则”中，对土类、岩石主要依据天然容重、抗压强度、坚固系数等指标进行分级（分级表中1～4级为土的分级，5～16级为岩石的分级）可作为试验依据。鉴于此，通过对轻度胶结区域、中度胶结区域、重度胶结区域钻心取样，分别检测其不同胶结程度试块的天然容重（自然湿度时平均容重）、极限抗压强度、点荷载抗压强度、净钻时间、坚固系数。最终试块检测数据与规范数据对比，从而提炼出钙质胶结层开挖土石界定依据。拟定研究路线如下：筛选可参照规范、找出判定土石的技术指标、现场试验、试验数据对标判定指标分析总结、得出结论。

（2）结论:根据《水利工程工程量清单计价规范》GB50501-2007附录A“水利建筑工程工程量清单项目及计算规则”中对土类、岩石分级界定依据（详见表 1、2）与现场取样检测及试验数据进行对比在智慧实验云平台中生成单点数据（详见图3），最终线下对取样点数据进行汇总分析得出最终结论（详见表3）。

表1 一般工程土类级别表

表2 岩石分级表

图2 检测结果报告

表3 研究结论汇总表

3.2 施工方法研究

传统土方开挖一般采用机械开挖的作业方式，挖机配合自卸汽车辆进行挖运，石方开挖施工一般采用钻爆的方式将岩体破碎，再由挖机配合自卸汽车进行挖运。根据详勘报告成果得知，本项目覆盖层0.5～2.0m以下有大量钙质胶结层，局部弱胶结、结构中密～密实；结合现场试验及土石级别判定，钙质胶结层坚固系数1.0～2.0，主要以Ⅳ类土、Ⅴ类岩石为主，若采用传统开挖方法，生产效率低下、工期制约，如爆破施工对周边建筑物影响大本项目不适用，针对钙质胶结层拟选用两种组合开挖方式（如下图4、5所示）。

图3 常规破碎锤+挖掘机开挖         图4  钩机翻松+挖掘机开挖

（1）研究方案：针对本项目的特点，经研究对比优选一种适用于钙质胶结层施工方法，高效、快捷破碎Ⅳ类土、Ⅴ类岩石；通过采用钩机对钙质胶结层进行分层开挖（每层按照1～1.5m进行翻松），再由挖掘机配合自卸汽车进行挖运；过程中进行工效记录对比，得出应用结论。拟定研究路线如下：预选开挖方法、现场工效对比、选定施工方法。

（2）结论：通过现场应用记录对比分析，得出采用钩机翻松+挖掘机组合开挖应用工效数据见下表4、5。

表4 开挖方法对比分析

表5 两种开挖方法台班消耗对比（3万m³）

3.3预算组价方式研究

（1）研究方案：综合市政工程消耗量、台班费等定额、计价规则及价格信息；结合试验研究结论从石方和土方开挖不同组价，采用前文所述的钩机翻松的组合开挖方式与常规机械开挖的台班消耗组价两方面，提炼出本研究课题预算组价的方式及经济效益分析数据。

（2）结论：按照《昭通市建设工程材料及设备价格信息》（2021年1-2月）中巧家县价格组价测算，钙质胶结层按照本次研究论证的四类土开挖单价为4.77元/m³，软岩开挖单位为23.99元/m³，单价差异为19.22元/m³（详见表6）。

表6 试验论证土石界定标准前后组价对比表

综上所述，按照不同的土石界定标准判别，钙质胶结层按照软岩开挖组价，单方价差约为19元，本课题研究依托项目土石方开挖总量上千万方，钙质胶结层开挖揭露总量上百万方，通过试验数据支撑过程中项目进行了相关技术核定单签认，经济效益显著。

参考文献：

[1]GB 50501-2007,水利工程工程量清单计价规范[S].

[2]GB500212001岩土工程勘察规范(2009年版)[M]. 中国建筑工业出版社, 2009.

[3]中交第一公路勘察设计研究院有限公司. 公路工程地质勘察规范: JTG C20—2011[M]. 人民交通出版社, 2011.

[4]MH/T5025—2011,民用机场勘测规范[S].

[5]GB/T 50266-2013,工程岩体试验方法标准[S].

[6]云南省市政工程消耗量定额[M]. 云南科技出版社, 2014.

[7]云南省建设工程造价计价股则及机械仪器仪表台班费用定额[M]. 云南科技出版社, 2014.

[8]朱长歧, 周斌, 刘海峰. 胶结钙质土的室内试验研究进展[J]. 岩土力学, 2015, 36(2):10.

[9]谢义华. 大体量挖方土石比计算方法探讨[J]. 公路与汽运, 2017(3):5.