高速公路沿線特殊地質(zhì)情況評(píng)價(jià)研究

張作海 張?jiān)书w 董戰(zhàn)霞

摘要：本文結(jié)合具體工程實(shí)際，從高速公路地質(zhì)選線的角度，對(duì)高速公路沿線常見(jiàn)的不良地質(zhì)和特殊性巖土進(jìn)行研究，并對(duì)不同的情況進(jìn)行地質(zhì)評(píng)價(jià)，對(duì)高速公路的設(shè)計(jì)和施工提出初步處理方法，以便為其他高速公路建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

關(guān)鍵詞：高速公路不良地質(zhì) 特殊性巖土 地質(zhì)評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.36+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著我國(guó)高速公路通車(chē)?yán)锍痰倪M(jìn)一步增長(zhǎng)，山區(qū)高速公路建設(shè)項(xiàng)目也日益增多。不良地質(zhì)和特殊性巖土是山區(qū)高速公路在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中常常遇到的難點(diǎn)問(wèn)題。以下結(jié)合河南省在建的登（封）至汝（州）高速公路，對(duì)高速公路沿線的不良地質(zhì)和特殊性巖土進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，以期為其他山區(qū)高速公路提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

1 項(xiàng)目沿線地質(zhì)地層巖性

登汝高速公路位于鄭州登封市和平頂山汝州市，為河南省高速公路網(wǎng)“686”規(guī)劃其中一縱S49（焦作至桐柏高速公路）登封至汝州段，也是中部地區(qū)南北向主要通道的焦作至隨州至岳陽(yáng)高速公路的組成部分，屬G55（二廣高速）和G4（京港澳高速）的加密通道。項(xiàng)目自S32（永登高速）禹登段盧店單喇叭互通接出，于告成西跨穎河后南行，經(jīng)白坪鄉(xiāng)、大峪鄉(xiāng)西，在安溝水庫(kù)西岸進(jìn)入北汝河沖積平原，南行搭接G36（寧洛高速）。

由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，登汝高速公路沿線地層變化較豐富，在中低山地貌區(qū)，基巖多出露地表。根據(jù)沿線地質(zhì)調(diào)查，路區(qū)北部和南部被第四系地層覆蓋，高程一般在180-370米之間，北部第四系多由沖洪積為主，厚度一般10-50米左右，南部第四系土層多有殘積和洪積為主，厚度一般10-30米左右，局部厚度較大。沿潁河、汝河等河道分布的第四系全新統(tǒng)，巖性主要以粉土、黏性土、砂土和卵、礫石層為主。上更新統(tǒng)多為風(fēng)力、流水作用及山區(qū)殘積物質(zhì)堆積形成，多為黃土狀土及粘性土為主，中密、硬塑狀，含鈣質(zhì)結(jié)核。中更新統(tǒng)主要分布在低山與平原交接的山前平原地區(qū)，以坡積和洪積為主。巖性以棕紅色、褐紅色粉質(zhì)黏土層，含鈣質(zhì)結(jié)核及卵礫石，并夾砂、砂卵石及鈣質(zhì)結(jié)核富集層。路區(qū)中部主要為中低山地貌，基巖出露，多軟硬互層，巖性變化較大，工程性質(zhì)差別較大。

2 項(xiàng)目沿線不良地質(zhì)與特殊性巖土

2. 1 不良地質(zhì)

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和路線地質(zhì)調(diào)查及勘探結(jié)果，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)區(qū)域地質(zhì)條件較復(fù)雜，地形類(lèi)型多樣、巖性變化繁復(fù)，但在本合同段路線范圍內(nèi)自然環(huán)境中未發(fā)現(xiàn)較大型的不良地質(zhì)現(xiàn)象，不良地質(zhì)作用主要為崩塌、滑坡、巖溶、采空區(qū)等。

1）崩塌

項(xiàng)目部分路段位于中低山地貌，部分地區(qū)地形陡峭，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜加之人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的臨空面，為崩塌的形成提供了空間和背景條件。崩塌、落石在項(xiàng)目區(qū)多有發(fā)生，多屬小型崩塌，特別是在上硬下軟巖組的陡坡地形區(qū)和高角度裂隙發(fā)育的陡崖區(qū)及發(fā)生在脆性巖層中，特別是區(qū)域性構(gòu)造比較發(fā)育段，其穩(wěn)定性差，對(duì)路線危害程度一般，主要影響橋梁安全。

2）滑坡

項(xiàng)目區(qū)滑坡多屬潛在滑坡，覆蓋層厚度一般較薄，巖性多以軟巖和軟硬巖互層為主，在山坡坡腳處易形成松散堆積層，堆積層底面與基巖接觸面容易形成滑動(dòng)面，從而形成滑坡。特別是軟質(zhì)巖石，如片麻巖、片巖等巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，路線多沿沖積溝谷、山腳、半坡穿行，當(dāng)巖體走向與路線走向小角度相交時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生順層邊坡，挖方段存在滑坡、崩塌等的可能性。其對(duì)路線危害程度較嚴(yán)重，主要影響橋梁安全和路基安全。

3）巖溶

項(xiàng)目區(qū)部分路段巖性以寒武系石灰?guī)r為主，加之線路區(qū)域內(nèi)構(gòu)造帶發(fā)育，張應(yīng)力、張扭應(yīng)力、扭應(yīng)力集中，裂隙密集。地表水、地下水多由山坡沿沖溝部位向坡腳洼地處徑流運(yùn)移，巖溶有自高處向低處發(fā)展的趨勢(shì)。坡腳洼地處地表水、地下水強(qiáng)烈富集，巖溶多沿水流匯集方向、沿層間不同層理接觸面、構(gòu)造裂隙發(fā)育帶發(fā)育，并且地表前部向深部發(fā)展。山麓斜坡巖溶表現(xiàn)為地表溶溝、溶槽出露，而坡腳低洼部位表現(xiàn)為巖溶，地下暗河及落水洞，其對(duì)路線的危害一般。

4）采空區(qū)

項(xiàng)目區(qū)部分路段存在采空區(qū)地表沉陷，主要為地下礦層大面積采空后，上部巖層失去支撐，產(chǎn)生移動(dòng)變形，原有平衡條件被破壞，隨之產(chǎn)生彎曲，塌落，以致發(fā)展到使地表下沉變形。塌陷坑在地表上表現(xiàn)為凹陷盆地形態(tài)，剖面形態(tài)為緩漏斗狀，其四周略高，中間稍低，由于開(kāi)采煤層厚度不同，覆蓋層厚薄不一，形成不同程度的塌坑和積水湖，若干個(gè)塌陷坑連為一體，形成大的塌陷區(qū)。其對(duì)路線的危害程度嚴(yán)重。

2. 2 特殊性巖土

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和路線地質(zhì)調(diào)查及勘探結(jié)果，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)區(qū)域地質(zhì)條件較復(fù)雜，地形地貌類(lèi)型多樣，存在特殊性巖土主要為濕陷性黃土和軟弱土。

1）黃土

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及土工實(shí)驗(yàn)，路區(qū)黃土多分布于斷陷盆地和山前傾斜平原，巖性為第四系上更新統(tǒng)黃土狀土為主，厚度變化較大，一般5-10米左右。黃土呈中密狀，較硬，直立性好，力學(xué)強(qiáng)度較高，濕陷系數(shù)一般0.84%-2.78%，為輕微濕陷，濕陷量49.8-268.0毫米，主要為非自重Ⅰ級(jí)濕陷，局部為Ⅱ級(jí)濕陷。

2）軟弱土

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及鉆孔資料，路區(qū)軟弱土多分布在線路南段北汝河沖洪積平原階地。巖性以粉質(zhì)粘土、粉土為主，軟弱土多呈透鏡體存在，工程地質(zhì)性質(zhì)較差，影響路基和涵洞基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

3 特殊地質(zhì)工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

3.1 不良地質(zhì)

1）崩塌

項(xiàng)目部分路段位于中低山地貌，基巖多有出露，巖性以砂巖、片麻巖、石英片巖等為主，巖體節(jié)理、裂隙較發(fā)育，多強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化，極易產(chǎn)生崩塌。路線在該區(qū)域通過(guò)時(shí)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的可能發(fā)生崩塌、落石的小型巖塊或巖體進(jìn)行爆破清除，減少因巖體開(kāi)挖而發(fā)生崩塌和落石的影響，若崩塌、落石巖體的范圍較大時(shí)可采取拉網(wǎng)錨固等措施進(jìn)行處理。

2）滑坡

項(xiàng)目部分路段滑坡多為潛在滑坡，巖體順層滑坡主要表現(xiàn)為風(fēng)化破裂巖層沿下伏傾斜巖層的層面或軟弱結(jié)構(gòu)面下滑，碎裂狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)化巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的滑坡。除地形臨空、構(gòu)造裂隙分割、層面產(chǎn)狀等地質(zhì)因素外，滑坡破壞的主要誘發(fā)因素為降水、流水沖蝕坡腳以及工程施工。建議設(shè)計(jì)和施工時(shí)，采取加固和抗滑等措施處理潛在的滑坡和滑塌巖土體。

3）巖溶

項(xiàng)目區(qū)部分路段巖性以寒武系灰?guī)r為主，節(jié)理、裂隙密集，構(gòu)造裂隙發(fā)育帶發(fā)育，山麓斜坡巖溶表現(xiàn)為地表溶溝、溶槽出露，而坡腳低洼部位表現(xiàn)為巖溶，地下暗河及落水洞。建議對(duì)對(duì)已發(fā)現(xiàn)的小型溶洞和溶槽進(jìn)行填筑處理，大型溶洞以橋梁跨越方法通過(guò)。

4）采空區(qū)

通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查，路線部分區(qū)域存在煤礦采空區(qū)，地表多發(fā)生塌陷情況，該采空區(qū)開(kāi)采煤層為二1煤和一3煤，路線經(jīng)過(guò)路段上部主要以粉質(zhì)黏土和碎石為主，粉質(zhì)黏土多呈可塑狀，碎石多呈中密-密實(shí)狀，覆蓋層厚度大約5-10米左右。其頂板以二疊系太原組（P）砂巖為主，砂巖飽水單軸抗壓強(qiáng)度30-50Mpa，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育。該采空區(qū)埋深280-350米，開(kāi)采厚度大約1-3.5米，采厚比大約56-70。附近村莊多發(fā)生地表沉陷，房屋多出現(xiàn)裂縫。其危害程度屬嚴(yán)重，該采空區(qū)屬欠穩(wěn)定-不穩(wěn)定，發(fā)生地面沉陷等地質(zhì)災(zāi)害的可能性大，危險(xiǎn)性大。影響橋梁的安全和路基的穩(wěn)定性，因此，建議路線避讓該采空區(qū)。如果線位無(wú)法避讓，建議采取注漿法進(jìn)行采空區(qū)處理。

3.2 特殊性巖土

1）黃土

路區(qū)黃土多分布于斷陷盆地和山前傾斜平原，巖性為第四系上更新統(tǒng)黃土狀土為主，主要為非自重Ⅰ級(jí)濕陷。對(duì)線路路基工程，填方路段可采用擠密灰土樁或強(qiáng)夯進(jìn)行處理，挖方路段邊坡可按《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)要求進(jìn)行分析驗(yàn)算其穩(wěn)定性，酌情采用適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)處理，在邊溝加鋪防滲布，設(shè)置排水溝等進(jìn)行處理。對(duì)涵洞、通道基底范圍內(nèi)大面積存在濕陷性黃土的，可采用重錘夯實(shí)，并采取防水和結(jié)構(gòu)措施進(jìn)行處理。

2）軟弱土

路區(qū)軟弱土多分布在線路南段汝河沖洪積平原階地，巖性以粉質(zhì)粘土、粉土為主，埋深大約5米左右，水深一般4米左右，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。對(duì)于線路區(qū)軟弱土路基工程建議驗(yàn)算總變形量和工后變形量，并依此再酌情采用復(fù)合地基，并輔以加鋪土工材料的墊層過(guò)渡處理。對(duì)于涵洞通道工程，建議根據(jù)基底壓力、持力層容許承載力、下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算及地基變形量，酌情采用復(fù)合地基處理。

4 結(jié)語(yǔ)

高速公路是線性工程，跨越區(qū)域廣，工程質(zhì)量與沿線地質(zhì)情況密切相關(guān)，而選線工作是所有工作中的重中之重。因此，為了充分發(fā)揮公路工程的功能性，就要求設(shè)計(jì)人員不僅要嚴(yán)格堅(jiān)持地形選線，更應(yīng)該密切結(jié)合路區(qū)地質(zhì)情況，時(shí)刻注重地質(zhì)選線。

參考文獻(xiàn)：

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