黃土地區(qū)鐵路建設(shè)中重大工程地質(zhì)問(wèn)題的研究

彭選

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司,北京 100055)

黃土地區(qū)鐵路建設(shè)中重大工程地質(zhì)問(wèn)題的研究

彭選

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司,北京 100055)

黃土地區(qū)的工程地質(zhì)問(wèn)題很多,因此黃土地區(qū)的鐵路工程建設(shè)常常會(huì)出現(xiàn)多種工程病害,給鐵路運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)帶來(lái)了較大的危害。本文針對(duì)黃土地區(qū)比較常見(jiàn)的地質(zhì)問(wèn)題,基于黃土地區(qū)鐵路工程建設(shè)選線與工程設(shè)置的基本原則,闡述濕陷性黃土常用的地基處置手段和適用條件,并討論特殊地基條件下鐵路建設(shè)黃土路基的處置方案,僅作參考。

黃土地區(qū) 鐵路建設(shè) 地質(zhì)問(wèn)題 地基處置

黃土的形成來(lái)自于第四紀(jì)，主要在干旱或半干旱地區(qū)。該土體呈淡黃色、褐黃色或深黃色，以粉質(zhì)顆粒為主，含有豐富的碳酸鈣成分，大空隙、垂直節(jié)理發(fā)育是其主要特點(diǎn)。由于黃土分布廣泛，工程特性獨(dú)特，因而在工程建設(shè)中極受關(guān)注。黃土地區(qū)涉及重大工程地質(zhì)問(wèn)題的研究十分豐富，從多年來(lái)有關(guān)黃土地區(qū)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)、高等級(jí)的鐵路工程實(shí)踐中也出現(xiàn)了很多棘手的新問(wèn)題，這些問(wèn)題都需要采取新型處置措施進(jìn)行合理梳理，極具現(xiàn)實(shí)意義。

1 黃土地區(qū)重大工程地質(zhì)問(wèn)題歸納

黃土地區(qū)重大工程地質(zhì)問(wèn)題涉及問(wèn)題很多，與普通地區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題比較而言，既有共同點(diǎn)，也有特殊性。比較常見(jiàn)的工程地質(zhì)問(wèn)題包括濕陷性土、飽和土、松軟土、斜坡形變、泥流問(wèn)題、陷穴問(wèn)題和砂質(zhì)土地震液化等。

1.1 濕陷性土

濕陷性土常出現(xiàn)于新土或新近堆積土，這種地質(zhì)問(wèn)題在鐵路建設(shè)中應(yīng)給予足夠的重視和評(píng)價(jià)。濕陷性土厚度與分布地貌單元、濕陷類(lèi)型和沉積層厚度關(guān)系緊密。通常，黃土的臺(tái)塬或高階位置的濕陷性黃土厚度要明顯大于其他部分。低階部位的黃土常以Ⅰ～Ⅱ非自重濕陷性黃土分布為主，土層厚度不大于10m。而自重濕陷性黃土多分布在高階、梁峁和塬上等部位，常以Ⅱ～Ⅳ級(jí)濕陷自重為主，土層厚度一般為10～30m不等，局部地區(qū)可以超過(guò)30m。

1.2 飽和黃土

飽和黃土指的是濕陷性黃土在地下水作用下濕陷性退化，仍呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，一般飽和度不低于80%。它的主要地質(zhì)問(wèn)題主要體現(xiàn)在強(qiáng)度很小、壓縮性很大，完全不能滿(mǎn)足構(gòu)筑物對(duì)地基的承載要求，必需嚴(yán)格處置。

1.3 松軟黃土

松軟黃土是定義在鐵路建設(shè)中一種針對(duì)地基強(qiáng)度判別的概念。從既有工程的勘察報(bào)告中看出，因新近堆積土或新土因黃土獨(dú)有的特性和沉積條件的影響，所以 PS ≤ 3MPa或［ σ］≤ 180kPa 。因此，對(duì)于松軟黃土地基不能滿(mǎn)足鐵路建設(shè)路基形變控制要求的，需嚴(yán)格處置地基。

1.4 斜坡形變

斜坡形變主要包括滑坡、錯(cuò)落、崩塌、溜塌和破面沖刷等形式，它作為黃土地區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題最為突出的一種，主要出現(xiàn)在塬邊、河流和谷崖邊等部位，發(fā)現(xiàn)規(guī)律與地區(qū)地層構(gòu)造和黃土獨(dú)有的抗水流侵潤(rùn)沖刷有關(guān)。存在斜坡形變的黃土地區(qū)，鐵路建設(shè)所面臨的影響是巨大的，需高度關(guān)注。

1.5 泥流問(wèn)題

黃土地區(qū)的水土流失情況嚴(yán)重，部分崖邊形變產(chǎn)生沖溝，特別在強(qiáng)降水作用下很容易形成泥流問(wèn)題，對(duì)于上部構(gòu)造物的影響很大，因此在工程通過(guò)沖溝位置要設(shè)置橋涵時(shí)應(yīng)多加注意，預(yù)留足夠的凈空。

1.6 陷穴問(wèn)題

黃土陷穴問(wèn)題主要集中于塬上、高階邊緣和沖溝內(nèi)，沖溝內(nèi)的陷穴多以串珠形狀散布，下部貫通。陷穴的發(fā)育是濕陷性和地表水滲透作用的產(chǎn)物，尤其對(duì)斜坡地帶影響巨大，需仔細(xì)查明發(fā)育原理與狀態(tài)，及時(shí)整治。陷穴在斜坡和緩坡地帶呈密集發(fā)育，通常囊括既有形變體和正在發(fā)育的形變體，鐵路建設(shè)工程勘察應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注，特別是工程選線方案的制定多以避讓為主。

1.7 砂質(zhì)土地震液化

砂質(zhì)土屬于可液化地層的范疇，七級(jí)以上高地震裂度地帶且處于地下水位以下的飽和砂土需進(jìn)行地震液化的判別，然后依據(jù)判定結(jié)果制定相應(yīng)的防液化整治方案。

2 黃土地區(qū)中鐵路建設(shè)工程選線及設(shè)置

2.1 工程選線

首先，應(yīng)用遙感技術(shù)判釋?zhuān)⑼ㄟ^(guò)地面測(cè)繪、理清工作區(qū)域內(nèi)的地貌、地形和地質(zhì)條件，特別是滑坡和錯(cuò)落地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育，應(yīng)避讓深谷、下伏地層傾向不利和地下水豐富的斜坡地帶，盡可能將工程線路設(shè)置在地形完整、山體穩(wěn)定和排水便利的地帶，從而保證工程選線方案的穩(wěn)定性。其次，對(duì)擬定選線方案輔以地面測(cè)繪、物探和其他鉆探手段，詳細(xì)調(diào)查工程沿線的地質(zhì)情況，重點(diǎn)對(duì)路塹、橋臺(tái)和隧道洞口仰坡的穩(wěn)定條件進(jìn)行勘察，進(jìn)一步細(xì)化方案內(nèi)容，以此優(yōu)化和比選最佳線路方案。

2.2 工程設(shè)置

黃土地區(qū)中鐵路建設(shè)工程設(shè)置的基本原則是：宜橋則橋，宜隧則隧，宜路則路。工程設(shè)置不應(yīng)排水條件方面做出過(guò)多的改變，盡量做到合理可行，不可人為減少排水橋涵工程的數(shù)量。反之，在對(duì)排水系統(tǒng)設(shè)置中還需進(jìn)一步加強(qiáng)，特別是路基排水和橋涵工程要形成完美對(duì)接。除此以外，排水天溝的設(shè)置不宜以人工回填土方，而逆向的排水溝不宜設(shè)計(jì)太長(zhǎng)。

3 濕陷性黃土地基的處置辦法與適用條件

濕陷性黃土地基對(duì)于工程建設(shè)的危害不言而喻，其主要包括因濕陷引起地基下沉進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降問(wèn)題。對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題的處置原則是盡量消除濕陷性，比較常見(jiàn)的處置辦法有土灰擠密樁、土灰墊層、預(yù)浸水和樁基礎(chǔ)等。

(1)土灰擠密樁。本法擁有原位處置和處置深度大等優(yōu)勢(shì)，主要適用于濕陷性深度在5～15m以?xún)?nèi)且處于地下水位以上的黃土地基。另外，地基含水量超過(guò)24%，或飽和度超過(guò)65%均不得選擇此法；(2)土灰墊層。本法最為常見(jiàn)，主要被應(yīng)用于厚度1～3m以?xún)?nèi)的黃土地基；(3)預(yù)浸水。本法主要利用自重濕陷的原理。施工前，對(duì)大面積地基進(jìn)行預(yù)先浸水，使其產(chǎn)生自重濕陷，從而抵除地基土的自重濕陷性。它常用于處置厚度大且自重濕陷性強(qiáng)的地基，主要缺點(diǎn)在于需要用水、工期較長(zhǎng)；(4)樁基礎(chǔ)。利用樁基礎(chǔ)穿透黃土地基，將上部構(gòu)造物的荷載通過(guò)樁端傳遞給堅(jiān)實(shí)土層，這樣的做法可無(wú)視地基的浸水問(wèn)題，安全性高和施工速度快是其主要優(yōu)勢(shì)。然而，樁基礎(chǔ)施工成本較高的特點(diǎn)也不得不考慮到經(jīng)濟(jì)是否合理。因此，對(duì)于上部構(gòu)荷載大或浸水可能性較大的重要構(gòu)筑物，考慮樁基礎(chǔ)處置不良地基是較為合理的。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，以黃土地區(qū)鐵路建設(shè)中重大工程地質(zhì)問(wèn)題研究展開(kāi)論述，歸納黃土地區(qū)重大工程地質(zhì)問(wèn)題，剖析黃土地區(qū)中鐵路建設(shè)工程選線及設(shè)置原則，并就濕陷性黃土地基的處置辦法與適用條件作簡(jiǎn)略探討，指出結(jié)合工程重要程度和其他地基要求制定相應(yīng)的合理的黃土地基處置方案，以此達(dá)到科學(xué)合理且經(jīng)濟(jì)可行的目的。

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[2]郭照恩.濕陷性黃土地基處理的施工方法[J].山西建筑,2012,(35).

[3]焦華.公路施工中濕陷性黃土地基處理措施[J].陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,(3).

彭選(1981—),男,漢族,河南新鄉(xiāng)原陽(yáng)人,學(xué)士學(xué)位,工程師,2005年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院巖土工程系土木工程專(zhuān)業(yè),畢業(yè)后至中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司從事地質(zhì)類(lèi)工作。