高速公路沿線特殊地質情況評價研究

張作海 張允閣 董戰霞

摘要：本文結合具體工程實際，從高速公路地質選線的角度，對高速公路沿線常見的不良地質和特殊性巖土進行研究，并對不同的情況進行地質評價，對高速公路的設計和施工提出初步處理方法，以便為其他高速公路建設提供經驗和借鑒。

關鍵詞：高速公路不良地質 特殊性巖土 地質評價

中圖分類號：U416.36+6 文獻標識碼：A

0 引言

隨著我國高速公路通車里程的進一步增長，山區高速公路建設項目也日益增多。不良地質和特殊性巖土是山區高速公路在設計和施工過程中常常遇到的難點問題。以下結合河南省在建的登（封）至汝（州）高速公路，對高速公路沿線的不良地質和特殊性巖土進行評價研究，以期為其他山區高速公路提供經驗和借鑒。

1 項目沿線地質地層巖性

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“686”規劃其中一縱S49（焦作至桐柏高速公路）登封至汝州段，也是中部地區南北向主要通道的焦作至隨州至岳陽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，經白坪鄉、大峪鄉西，在安溝水庫西岸進入北汝河沖積平原，南行搭接G36（寧洛高速）。

由于受構造運動影響，登汝高速公路沿線地層變化較豐富，在中低山地貌區，基巖多出露地表。根據沿線地質調查，路區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，巖性主要以粉土、黏性土、砂土和卵、礫石層為主。上更新統多為風力、流水作用及山區殘積物質堆積形成，多為黃土狀土及粘性土為主，中密、硬塑狀，含鈣質結核。中更新統主要分布在低山與平原交接的山前平原地區，以坡積和洪積為主。巖性以棕紅色、褐紅色粉質黏土層，含鈣質結核及卵礫石，并夾砂、砂卵石及鈣質結核富集層。路區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，工程性質差別較大。

2 項目沿線不良地質與特殊性巖土

2. 1 不良地質

根據區域地質資料和路線地質調查及勘探結果，項目區內區域地質條件較復雜，地形類型多樣、巖性變化繁復，但在本合同段路線范圍內自然環境中未發現較大型的不良地質現象，不良地質作用主要為崩塌、滑坡、巖溶、采空區等。

1）崩塌

項目部分路段位于中低山地貌，部分地區地形陡峭，地質構造復雜加之人類活動產生的臨空面，為崩塌的形成提供了空間和背景條件。崩塌、落石在項目區多有發生，多屬小型崩塌，特別是在上硬下軟巖組的陡坡地形區和高角度裂隙發育的陡崖區及發生在脆性巖層中，特別是區域性構造比較發育段，其穩定性差，對路線危害程度一般，主要影響橋梁安全。

2）滑坡

項目區滑坡多屬潛在滑坡，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面，從而形成滑坡。特別是軟質巖石，如片麻巖、片巖等巖石節理裂隙發育，路線多沿沖積溝谷、山腳、半坡穿行，當巖體走向與路線走向小角度相交時，便會產生順層邊坡，挖方段存在滑坡、崩塌等的可能性。其對路線危害程度較嚴重，主要影響橋梁安全和路基安全。

3）巖溶

項目區部分路段巖性以寒武系石灰巖為主，加之線路區域內構造帶發育，張應力、張扭應力、扭應力集中，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移，巖溶有自高處向低處發展的趨勢。坡腳洼地處地表水、地下水強烈富集，巖溶多沿水流匯集方向、沿層間不同層理接觸面、構造裂隙發育帶發育，并且地表前部向深部發展。山麓斜坡巖溶表現為地表溶溝、溶槽出露，而坡腳低洼部位表現為巖溶，地下暗河及落水洞，其對路線的危害一般。

4）采空區

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

2. 2 特殊性巖土

根據區域地質資料和路線地質調查及勘探結果，項目區內區域地質條件較復雜，地形地貌類型多樣，存在特殊性巖土主要為濕陷性黃土和軟弱土。

1）黃土

根據區域地質資料及土工實驗，路區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，力學強度較高，濕陷系數一般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級濕陷，局部為Ⅱ級濕陷。

2）軟弱土

根據區域地質資料及鉆孔資料，路區軟弱土多分布在線路南段北汝河沖洪積平原階地。巖性以粉質粘土、粉土為主，軟弱土多呈透鏡體存在，工程地質性質較差，影響路基和涵洞基礎的穩定性。

3 特殊地質工程地質條件評價

3.1 不良地質

1）崩塌

項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，巖體節理、裂隙較發育，多強風化-中風化，極易產生崩塌。路線在該區域通過時，對發現的可能發生崩塌、落石的小型巖塊或巖體進行爆破清除，減少因巖體開挖而發生崩塌和落石的影響，若崩塌、落石巖體的范圍較大時可采取拉網錨固等措施進行處理。

2）滑坡

項目部分路段滑坡多為潛在滑坡，巖體順層滑坡主要表現為風化破裂巖層沿下伏傾斜巖層的層面或軟弱結構面下滑，碎裂狀結構的風化巖體沿軟弱結構面產生的滑坡。除地形臨空、構造裂隙分割、層面產狀等地質因素外，滑坡破壞的主要誘發因素為降水、流水沖蝕坡腳以及工程施工。建議設計和施工時，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

項目區部分路段巖性以寒武系灰巖為主，節理、裂隙密集，構造裂隙發育帶發育，山麓斜坡巖溶表現為地表溶溝、溶槽出露，而坡腳低洼部位表現為巖溶，地下暗河及落水洞。建議對對已發現的小型溶洞和溶槽進行填筑處理，大型溶洞以橋梁跨越方法通過。

4）采空區

通過野外地質調查，路線部分區域存在煤礦采空區，地表多發生塌陷情況，該采空區開采煤層為二1煤和一3煤，路線經過路段上部主要以粉質黏土和碎石為主，粉質黏土多呈可塑狀，碎石多呈中密-密實狀，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度30-50Mpa，巖體節理裂隙發育。該采空區埋深280-350米，開采厚度大約1-3.5米，采厚比大約56-70。附近村莊多發生地表沉陷，房屋多出現裂縫。其危害程度屬嚴重，該采空區屬欠穩定-不穩定，發生地面沉陷等地質災害的可能性大，危險性大。影響橋梁的安全和路基的穩定性，因此，建議路線避讓該采空區。如果線位無法避讓，建議采取注漿法進行采空區處理。

3.2 特殊性巖土

1）黃土

路區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黃土狀土為主，主要為非自重Ⅰ級濕陷。對線路路基工程，填方路段可采用擠密灰土樁或強夯進行處理，挖方路段邊坡可按《公路路基設計規范》有關要求進行分析驗算其穩定性，酌情采用適當的防護處理，在邊溝加鋪防滲布，設置排水溝等進行處理。對涵洞、通道基底范圍內大面積存在濕陷性黃土的，可采用重錘夯實，并采取防水和結構措施進行處理。

2）軟弱土

路區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，工程地質性質較差。對于線路區軟弱土路基工程建議驗算總變形量和工后變形量，并依此再酌情采用復合地基，并輔以加鋪土工材料的墊層過渡處理。對于涵洞通道工程，建議根據基底壓力、持力層容許承載力、下臥層強度驗算及地基變形量，酌情采用復合地基處理。

4 結語

高速公路是線性工程，跨越區域廣，工程質量與沿線地質情況密切相關，而選線工作是所有工作中的重中之重。因此，為了充分發揮公路工程的功能性，就要求設計人員不僅要嚴格堅持地形選線，更應該密切結合路區地質情況，時刻注重地質選線。

參考文獻：

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[2] JTG C20-2011. 公路工程地質勘察規范[S].

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