埃塞俄比亞至吉布提鐵路(Dire Dawa-Dawanle段)膨脹土特性研究

高冬平(中土集團(tuán)福州勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建福州　350013)Study of Properties of Expansive Soil on the Ethiopia to Djibouti Railway

(Dire Dawa-Dawanle Segment)

GAO Dongping

埃塞俄比亞至吉布提鐵路(Dire Dawa-Dawanle段)膨脹土特性研究

高冬平(中土集團(tuán)福州勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建福州350013)Study of Properties of Expansive Soil on the Ethiopia to Djibouti Railway

(Dire Dawa-Dawanle Segment)

GAO Dongping

摘要對(duì)本項(xiàng)目范圍內(nèi)膨脹土的特性進(jìn)行分析研究，提出其與國(guó)內(nèi)膨脹土及當(dāng)?shù)睾诿尥恋牟町?，為本?xiàng)目膨脹土路基設(shè)計(jì)提供了合理的處理措施。

關(guān)鍵詞埃塞俄比亞膨脹土工程特性

1概述

膨脹土(Expansive soil)是指土中黏粒成分主要由親水性礦物組成，具有吸水顯著膨脹軟化和失水急劇收縮開(kāi)裂，并能產(chǎn)生往復(fù)脹縮變形的高塑性黏性土。含有大量的親水礦物(蒙脫石和伊利石)是構(gòu)成膨脹土的物質(zhì)基礎(chǔ)，顯著的脹縮特性、強(qiáng)度衰竭性是膨脹土區(qū)別于普通黏性土的重要特征。我國(guó)膨脹土主要分布于云南、廣西、珠江流域，以及陜西、湖北漢江流域一帶。從全球范圍看，膨脹土在東部非洲及印度、澳大利亞等地分布較廣泛，成為當(dāng)?shù)刂饕こ痰刭|(zhì)問(wèn)題之一。近年來(lái)，我國(guó)勘察設(shè)計(jì)企業(yè)越來(lái)越多地參與海外鐵路、公路工程項(xiàng)目，正確認(rèn)識(shí)工程項(xiàng)目所在區(qū)域膨脹土的工程特征具有十分重要的意義。

埃塞俄比亞至吉布提鐵路是參照中國(guó)Ⅱ級(jí)鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的一條西起埃塞俄比亞首都亞的斯，東至吉布提港口的客貨共線電氣化鐵路，其中Diredawa-Dawanle段全長(zhǎng)204 km，起點(diǎn)位于埃塞俄比亞?wèn)|部城市Diredawa，經(jīng)過(guò)Ayisha，終點(diǎn)位于與埃塞俄比亞接壤的吉布提邊境小鎮(zhèn)Dawanle。Diredawa-Ayisha段主要為沖洪積平原區(qū)，其表層主要為第四系可塑—硬塑的粉質(zhì)黏土，下伏基巖為第三系(N)的玄武巖、泥巖、礫巖等。Ayisha-Dawanle段主要為低緩淺丘區(qū)，表層主要為坡殘積的粉質(zhì)黏土、碎塊石，下伏基巖為第三系(N)的玄武巖，上白堊系(Ka)的泥質(zhì)砂巖、砂巖等。

根據(jù)初、定測(cè)勘察成果，本段膨脹土主要分布在Diredawa-Ayisha段沖洪積平原區(qū)，其表層分布的灰褐色、灰色粉質(zhì)黏土多具有膨脹性，從宏觀地貌地質(zhì)特征來(lái)看，與國(guó)內(nèi)基本類似，其出露地區(qū)地形平緩、寬闊，膨脹土多呈灰褐色、灰色，旱季具多裂隙結(jié)構(gòu)，部分垂直裂隙可達(dá)60 cm。

Diredawa-Ayisha段全長(zhǎng)約160 km，膨脹土分布地段全長(zhǎng)約102 km，約占線路全長(zhǎng)的64%。

2沿線氣象特征

沿線屬于干旱—半干旱的熱帶沙漠—熱帶草原性氣候，由西向東，年平均氣溫逐漸升高，德雷達(dá)瓦的年平均氣溫為23.3 ℃；一般3～5月氣溫最高，11～1月氣溫較低。大部分地區(qū)分為兩個(gè)季節(jié)，10～5月為旱季，6月～9月為雨季，年降雨量由西向東逐漸減少。

3主要指標(biāo)分析

對(duì)Diredawa-Ayisha段分布于表層的粉質(zhì)黏土分成五段分別進(jìn)行取樣測(cè)試，按《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》(TB10102—2010)要求進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1。

表1　沿線膨脹土主要測(cè)試指標(biāo)平均值

從表1可以看出，段落(1)、(2)各項(xiàng)指標(biāo)比較接近，而段落(3)、(4)、(5)比較接近。從區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)勘探結(jié)果看，段落(1)(2)下伏基巖及周邊地區(qū)出露地層巖性為第三系泥巖、礫巖，此段沖洪積地區(qū)其物質(zhì)來(lái)源也多為第三系泥巖、礫巖；而(3)、(4)、(5)段落下伏基巖及周邊出露地層多為第三系玄武巖，此段其沖洪積地區(qū)物質(zhì)來(lái)源也多為第三系玄武巖。因此，兩段膨脹土指標(biāo)的差異性與沖洪積物質(zhì)來(lái)源有密切的關(guān)系，原巖巖性對(duì)于膨脹土礦物成分有較大的影響，從而進(jìn)一步影響其膨脹潛勢(shì)。

4膨脹潛勢(shì)劃分

《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》(GB50112—2013)對(duì)于膨脹土膨脹潛勢(shì)分級(jí)規(guī)定如表2。

表2　《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》膨脹土膨脹潛勢(shì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》(TB10038—2012)對(duì)于膨脹土膨脹潛勢(shì)分級(jí)規(guī)定如表3。

表3　《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》膨脹土膨脹潛勢(shì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

注：當(dāng)土質(zhì)符合表列任意2項(xiàng)以上指標(biāo)時(shí)，即判定為該等級(jí)。

按以上兩種規(guī)范，對(duì)各段膨脹潛勢(shì)判定如表4。

表4　沿線膨脹土膨脹潛勢(shì)分級(jí)

從表4可以看出，按兩種規(guī)范進(jìn)行判別，其最終結(jié)果會(huì)有較大的差異，有的甚至相差兩檔，例如段落(4)按《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》(GB50112—2013)判定為弱膨脹潛勢(shì)，而按《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》(TB10038—2012)則判定為強(qiáng)膨脹潛勢(shì)。

由于《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》(GB50112—2013)中只根據(jù)單一指標(biāo)自由膨脹率進(jìn)行膨脹潛勢(shì)判定，而自由膨脹率測(cè)定的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程受其他因素干擾較大，該指標(biāo)的可靠性也存在一定爭(zhēng)議。有研究表明，單純采用自由膨脹率對(duì)膨脹土進(jìn)行分類時(shí)常會(huì)產(chǎn)生一定的誤判，鑒于本項(xiàng)目按中國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，對(duì)膨脹土膨脹潛勢(shì)進(jìn)行判定時(shí)應(yīng)按照鐵路標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，采用三種指標(biāo)綜合判定。

想要對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量進(jìn)行有效地提升，那么就一定要做好相關(guān)的施肥管理工作，進(jìn)行科學(xué)合理的施肥。對(duì)于那些比較敏感的農(nóng)作物，一定要小心謹(jǐn)慎的進(jìn)行施肥，選擇適當(dāng)?shù)姆柿希M(jìn)而對(duì)其生長(zhǎng)質(zhì)量進(jìn)行有效地提升。同時(shí)還要注意肥料的使用量，切記不能進(jìn)行過(guò)度施肥。

5與黑棉土的特性差異

埃塞東部高原地區(qū)廣泛分布有一種俗稱“黑棉土”的膨脹性土，其工程特性與本段膨脹土類似，均具有天然密度小、天然孔隙比大，有中—強(qiáng)膨脹性、中等—高壓縮性等特征，對(duì)工程建設(shè)有較大的影響，但其與本段分布的膨脹土間存在一定的差異。首先從顏色上來(lái)看，黑棉土的顏色上更深，其基本上呈現(xiàn)灰黑色、黑色；其次從分布區(qū)域上來(lái)看，其一般分布在低緩丘陵區(qū)，主要為坡殘積成因，而本段膨脹土主要分布在沖洪積平原區(qū)，為沖洪積成因；從自由膨脹率方面來(lái)說(shuō)，黑棉土的自由膨脹率一般大于80%，而本段膨脹土其自由膨脹率一般介于40%～80%之間。

6膨脹土路基設(shè)計(jì)原則

根據(jù)國(guó)內(nèi)外路基工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，控制膨脹土不發(fā)生劇烈的干濕循環(huán)，減少對(duì)膨脹性地層的人為干擾，是膨脹土地區(qū)路基設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。

基于對(duì)上述膨脹土的特性研究，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情，參照《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10035—2006)，對(duì)本線膨脹土路基采取了以下設(shè)計(jì)原則：

(1)全線路基地段不得采用膨脹土作為路基填料。

(2)路基基床表層、及底層全部換填符合鐵路標(biāo)準(zhǔn)要求的材料。

(3)基床底層的換填措施，對(duì)于弱中膨脹土處理厚度不應(yīng)小于0.5 m，強(qiáng)膨脹土處理厚度不小于基床底層深度。

(4)加強(qiáng)引排地下水及坡面積水，同時(shí)在基床底層頂面及換填底面全斷面鋪設(shè)一層中粗砂夾復(fù)合土工膜封閉。

7結(jié)束語(yǔ)

通對(duì)本段膨脹土特性進(jìn)行研究，分析《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》與《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》中對(duì)膨脹土判定的差異性，并對(duì)產(chǎn)生差異性的原因進(jìn)行闡述，同時(shí)提出其與“黑棉土”的差異，為本段膨脹土路基設(shè)計(jì)提出了合理的設(shè)計(jì)原則，對(duì)類似地區(qū)鐵路項(xiàng)目的膨脹土路基勘察設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)及借鑒意義。

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中圖分類號(hào)：TU195

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-7479(2015)03-0013-02

作者簡(jiǎn)介：高冬平(1972—)，男，1996年畢業(yè)于西南交通大學(xué)水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，高級(jí)工程師。

收稿日期：2015-03-16