陜西省榆林市境內(nèi)某高速公路主要工程地質(zhì)問題及對策

占樣烈

（天津市市政工程設(shè)計研究總院,天津市 300392）

陜西省榆林市境內(nèi)某高速公路主要工程地質(zhì)問題及對策

占樣烈

（天津市市政工程設(shè)計研究總院,天津市 300392）

通過資料收集、地質(zhì)調(diào)繪、勘探、物探及室內(nèi)土工試驗,綜合分析了某高速公路沿線的工程地質(zhì)特征及水文地質(zhì)條件,指出該公路沿線的特殊巖土有濕陷性黃土、膨脹巖、人工填土,主要不良地質(zhì)有煤礦及小煤窯采空區(qū)、崩塌落石。針對沿線的主要工程地質(zhì)問題提出了相應(yīng)的工程處理措施意見,為設(shè)計、施工提供參考。

高速公路；工程地質(zhì)；特殊巖土；不良地質(zhì)；濕陷性新黃土；膨脹巖土；煤礦采空區(qū)

1 工程概況

某高速公路位于陜西省榆林市的府谷縣和神木縣境內(nèi),線路全長近62 km。全線橋梁42座,長14.3 km,隧道4座,長11.8 km,全線橋隧比42%。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

線位位于黃土高原的東部,烏素里沙地以東。沿線所經(jīng)地貌主要為河流谷地（見圖1）、黃土塬梁峁（見圖2）。線路經(jīng)過黃土梁峁區(qū),溝谷呈樹枝狀展布,流水下切作用強烈,溝壁與溝底往往出露基巖,地形復(fù)雜,起伏變化大,一般海拔在1 000～1 380 m。河谷深切50～200 m,兩側(cè)地形陡峻,自然坡度20°～70°,僅幾條大川地勢較為平坦開闊,多河漫灘,階地發(fā)育不全。

圖1 河流谷地地貌

圖2 黃土梁峁地貌

該地區(qū)出露地層有第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）新黃土、粉細砂及粗細圓礫土,上更新統(tǒng)風積層（Q3eol）新黃土,上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）新黃土、粉細砂及粗圓礫土,中更新統(tǒng)沖積層（Q2al）老黃土,下伏侏羅系下統(tǒng)（J1-2）砂巖、泥巖、煤層。區(qū)內(nèi)可采煤層主要分布于此地層內(nèi),村莊、既有道路及煤礦排土區(qū)分布第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml）填筑土、素填土、雜填土。

沿線地表水主要為河流及少量坑塘。河流多為季節(jié)性河流,受季節(jié)影響明顯。雨季流量大,河水暴漲暴落,歷時短,攜沙量大,造成上游沖蝕、下游淤積的河流特點；枯水季節(jié)徑流量較小,平常趨于干涸。

本地區(qū)地下水根據(jù)賦存條件可分為溝谷沖積、洪積松散地層的孔隙潛水和基巖裂隙水?？紫稘撍饕畬映蕳l帶狀分布于各溝谷中,由第四系沖積、沖洪積松散堆積物組成,厚度0.8～10.1 m不等,地下水位變幅1.0～2.0 m,主要靠大氣降水及部分河水補給。基巖裂隙水的含水層主要賦存于侏羅系砂巖風化裂隙中,主要靠大氣降水補給。地下水埋深變化大,20～50 m不等。地下水排泄主要以蒸發(fā)為主,局部以泉的形式出露于地表。

3 特殊巖土及不良地質(zhì)

沿線分布的主要特殊巖土有濕陷性新黃土、膨脹巖土、人工填土；主要不良地質(zhì)有煤礦及小煤窯采空區(qū)、崩塌落石。

3.1 特殊巖土

（1）濕陷性新黃土

沿線分布有濕陷性新黃土,主要分布于低山丘陵區(qū)頂部和河流谷地及其階地,厚度不均。根據(jù)地質(zhì)成因可分為兩大類:一類主要分布于低山丘陵區(qū)頂部,這類新黃土的成因是風積,一般呈褐黃色～淺黃色,稍密～中密,可見少量白色菌絲,砂性較大,具中～高壓縮性,濕陷系數(shù)δs=0.040～0.096,濕陷等級為Ⅱ級（中等）自重濕陷性,一般層厚3～6 m,局部最厚達12 m；另一類主要分布于河流谷地及其階地,這類新黃土的成因是河流沖洪積形成,一般呈黃褐色,稍密～中密狀態(tài),結(jié)構(gòu)疏松,具大孔隙,垂直節(jié)理發(fā)育,含鈣質(zhì)結(jié)核,干強度低,黏性較大,濕陷系數(shù)δs＝0.015～0.131,濕陷等級為Ⅱ級（中等）自重濕陷性,一般層厚6～12 m,局部最厚達20 m。沿線新黃土段落一般以路基形式及隧道洞口的形式通過,因此在路基填筑之前應(yīng)消除黃土濕陷性或采用墊層換填處理,隧道施工應(yīng)加強洞口的支護工作[1,2]。

（2）膨脹巖土

線位經(jīng)過區(qū)域大量分布侏羅系下統(tǒng)（J1-2）泥巖、泥質(zhì)砂巖風化層（見圖3）。以上風化層在野外多呈紫紅色夾少量灰綠色,薄至中厚層構(gòu)造,斜坡上巖層剝落現(xiàn)象明顯,在坡底分布有大量雞糞狀的風化球[6]。這些巖層的干燥巖塊遇水后易崩解呈碎塊、碎片或土狀；柱狀巖心暴露在空氣中,數(shù)小時或幾天后,易破裂分解成碎屑或土狀。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范（2009年版）》（GB 50021-2001）條文說明中的第6.7.1條的相關(guān)規(guī)定,并參考《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》(TB10038-2012）第5.3.3條規(guī)定,將以上易崩解巖樣品碾碎,過0.5 mm的篩去除粗顆粒后,按照膨脹土的自由膨脹率的試驗方法進行試驗,測得自由膨脹率Fs=40～80%,初步判定沿線膨脹巖土具有弱至中膨脹性。沿線泥巖、泥質(zhì)砂巖等膨脹巖層厚度較大,鉆探揭示厚度大于15 m,線路多以路塹、隧道、橋梁形式通過,因此建議路塹基底進行處理,路塹邊坡需放緩或加強支護,隧道洞身應(yīng)加強工程措施,橋梁工程應(yīng)采用樁基礎(chǔ)[4-6]。

圖3 紫紅色泥巖

（3）人工填土

線路里程CK28+300～CK42+600段高速公路穿過大量煤礦,在線位周圍分布有大量煤礦棄土（見圖4）,主要由砂、泥巖的巖塊或巖屑、黏性土、煤矸石組成,雜色,呈松散至稍密狀態(tài),多數(shù)棄土未進行任何工程處理,僅少量進行簡單碾壓及圍擋,工程性質(zhì)較差,棄土堆的堆填高度10～50 m,最高達80 m高。這些棄土堆大部分處于非穩(wěn)定狀態(tài),隨時都有垮塌的可能。該段落內(nèi)棄土堆分布于線路左右側(cè)50～650 m不等,外業(yè)過程中通過地質(zhì)調(diào)繪和現(xiàn)場實地勘察,查清了棄土堆的成分、工程性質(zhì)、分布特征。對于填高高度大于20 m的棄土堆,由于治理費用過高,線路盡量繞避；對于離線位較近且填土高度較低的棄土堆,建議采取清除或支護的措施。

圖4 煤礦棄土堆

3.2 不良地質(zhì)

（1）煤礦及小煤窯采空區(qū)

線路所處區(qū)域府谷、神木縣為我國主要煤炭場地之一,煤田廣泛分布,煤地層主要為侏羅系下統(tǒng)（J1-2）,分布4層可采煤層,即2-2、3-2、5-1、5-2號煤層,每層厚1.3～1.8 m,煤層埋深60～100 m。線路里程 CK15+000～CK52+000線路行走在府谷、神木縣的主要煤礦產(chǎn)區(qū)。根據(jù)收集來的煤礦資料,結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查資料綜合分析,該段落內(nèi)煤礦開采的主要煤層為5-1、5-2號煤。其中:5-1號煤底板埋深1 130～1 158 m,平均厚度1.4 m；5-2號煤底板埋深約1 107～1 139 m,平均厚度1.6 m。在該段落內(nèi),線路設(shè)計高程為1 127～1 178 m,經(jīng)分析可得5-1號煤層底板位于公路設(shè)計高程以下5～25 m, 5-2號煤層底板位于公路設(shè)計高程以下20～43 m。線路附近正規(guī)開采的煤礦資料較為齊全,采空區(qū)范圍邊界相對明確。對于這些大型的采空區(qū)線路方案都已基本繞避。

除上訴正規(guī)煤礦采空區(qū)外,線路所經(jīng)地區(qū)還大量分布有小煤窯（見圖5）。由于開采年代久遠,采掘無規(guī)律,采掘巷道雜亂,相關(guān)記錄資料缺乏。這些小煤窯采空區(qū)的資料只能通過現(xiàn)場調(diào)查訪問,并輔以物探、鉆探等現(xiàn)場勘察手段查明。但是,部分小煤窯由于開采年代過于久遠,坑口目前已經(jīng)坍塌甚至掩埋,現(xiàn)場沒有任何開采過的跡象。對于這類小煤窯,采空區(qū)線路方案無法做到完全繞避,施工過程中只有結(jié)合分布特征采取相應(yīng)的處理措施。

圖5 小煤窯

（2）崩塌落石

沿線分布的主要巖層為侏羅系下統(tǒng)（J1-2）砂巖、泥巖,由于這兩種巖層的硬度存在較大差異,軟硬不均,抗風化能力差異較大,通常由于下部的泥巖層風化后造成上部砂巖層底部失穩(wěn),砂巖層整體崩塌而下,形成落石孤立分布于沿線斜坡上,直徑一般多為0.5～1.5 m,局部最大可達5 m。這些崩塌落石（見圖6）在自然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài),施工過程中一旦人為破壞了所處平衡狀態(tài),必將形成二次崩塌或滑坡。經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪查明,沿線共分布59處崩塌落石,受影響線路總長度達5.6 km。這些段落內(nèi)線路多以隧道洞口和橋梁形式通過,對于這些崩塌落石,建議采取清除和加固相結(jié)合的綜合整治措施[3,4]。

圖6 崩塌落石

4 結(jié)論

通過資料收集、外業(yè)地質(zhì)調(diào)繪,并結(jié)合現(xiàn)場鉆探、物探、土工試驗等勘察成果綜合分析,該高速公路沿線分布的特殊巖土有濕陷性黃土、膨脹巖土、人工填土（煤礦棄土堆）,主要不良地質(zhì)現(xiàn)象有煤礦及小煤窯采空區(qū)和崩塌落石等。對以上沿線分布的特殊巖土和不良地質(zhì),勘察設(shè)計過程中多已繞避,或提供了其他相應(yīng)的處理措施。但仍需注意以下幾個方面的問題:

（1）沿線分布的泥巖、泥質(zhì)砂巖等膨脹巖具有弱至中膨脹性,路塹段挖方棄土不宜直接用作路基填料,應(yīng)將膨脹巖剔除掉或做相應(yīng)的處理后方可用作路基填料。

（2）施工前應(yīng)對沿線煤礦采空區(qū)的范圍進行復(fù)核,防止部分煤礦采空區(qū)擴大后而未知,避免造成工程安全隱患。

[1]JTG C20-2011,公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2]JTG D30-2015,公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[4]JTG D70-2004,公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[5]GB 50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范（2009年版）[S].

[6]TB10038-2012,鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程[S].

U412.22

B

1009-7716（2017）07-0045-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.013

2017-03-17

占樣烈（1982-）,男,江西鷹潭人,碩士,工程師,從事工程地質(zhì)研究工作。