復雜地貌條件下甘肅某公路土體工程性質評價

王丹微 龐大鵬

(1.吉林建筑大學測繪與勘查工程學院，吉林 長春 130118; 2.東北電力設計院有限公司，吉林 長春 130000)

某公路西端位于甘肅省瓜州縣境內，東端位于玉門市境內，主要有侵蝕—剝蝕丘陵地貌、山前沖洪積平原地貌區及平原農田及風積小丘沙地區等地貌。山前沖洪積平原主要為戈壁灘及風積小丘砂地，部分被開墾為耕地。地勢較開闊，地表有一定起伏，總體高程由西北向東南沿公路走向逐漸降低。

1 地層巖性

甘肅某公路工程地質勘察采用多種方法，包括工程地質鉆探、原位測試與室內土工試驗相結合等手段[1]，得出該公路沿線通過的地層主要有第四系的粘性土、砂類土、碎石土，及下伏泥巖、砂礫巖、花崗巖、角閃巖。上部第四系地層沿公路隨地貌變化較大，根據其不同地貌特征可將路基地層巖性大致劃分為如下類別[2]。

1.1 丘陵地貌區

該地貌單元內的地層巖性在本次勘察揭露深度范圍內上部為殘坡積碎石土，黃褐色，混多量鹽質結晶；下伏基巖巖性主要為花崗巖及角閃巖。

地層按從上到下的順序分述如下：

強風化花崗巖：黃褐色、黃灰色，礦物成分以石英、長石為主，粒狀結構，塊狀構造，強風化狀態，破碎，節理裂隙極發育，節理間距較小，切割巖體呈碎石、碎塊狀，節理面張開，為鹽質結晶充填，屬軟巖，屬堅硬巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。

強風化角閃巖：灰色，主要礦物成分為角閃石及斜長石，粒狀結構，塊狀構造，強風化狀態，破碎，節理裂隙極發育，節理間距較小，切割巖體呈碎石、碎塊狀，節理面張開，為鹽質結晶充填，屬軟巖，屬堅硬巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。

中等風化花崗巖：肉紅色、雜色，礦物成分以石英、長石為主，粒狀結構，塊狀構造，中等風化狀態，較完整，節理裂隙稍發育，切割巖體呈碎塊狀、塊狀，節理面張開，部分為鹽質結晶充填，屬較堅硬巖，屬堅硬巖，巖體基本質量等級為Ⅲ級。

中等風化角閃巖：灰黑色，主要礦物成分為角閃石及斜長石，粒狀結構，塊狀構造，中等風化狀態，較完整，節理裂隙稍發育，切割巖體呈碎塊狀、塊狀，節理面張開，部分為鹽質結晶充填，屬較堅硬巖，屬堅硬巖，巖體基本質量等級為Ⅲ級。

微風化花崗巖：肉紅色、雜色，礦物成分以石英、長石為主，粒狀結構，塊狀構造，微風化狀態，較完整，節理裂隙不發育，屬堅硬巖，巖體基本質量等級為Ⅱ級。該層厚度較大，本次勘察未能穿透該層。

微風化角閃巖：灰黑色，主要礦物成分為角閃石及斜長石，粒狀結構，塊狀構造，微風化狀態，較完整，節理裂隙不發育，屬堅硬巖，巖體基本質量等級為Ⅱ級。該層厚度較大，本次勘察未能穿透該層。

1.2 山前戈壁及丘陵間平地地貌區

該地貌單元內的地層巖性在鉆孔揭露深度范圍內上部為第四系沖洪積地層，主要為粘性土、礫砂、圓礫，下伏基巖為砂礫巖及花崗巖[3]。該地段內地層巖性從上至下為：

粉質粘土：黃褐色，局部混鹽質結晶，可塑～硬塑狀態，稍有光澤，無搖振反應，干強度、韌性中等，夾有粉土及粉砂薄層，混多量粉土團塊，局部地段相變為粉土，部分地段下部混有多量圓礫。

粉土：黃褐、淺灰，稍密狀態，稍濕～飽和，無光澤，搖振反應中等，干強度、韌性低，夾有粉質粘土及粉砂薄層，混多量粘粒，局部地段相變為粉砂。

粉砂：黃褐、淺灰，稍密狀態，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長石，級配一般，為混粒，夾薄層粉質粘土、粉土，混多量粘性土，磨圓較好。

細砂：黃褐、淺灰，中密狀態，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長石，級配一般，為混粒，混粘性土及圓礫，磨圓較好，夾薄層粉質粘土、粉土。

礫砂：黃褐、中密狀態，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長石，級配一般，為混粒，混粘性土及圓礫，磨圓較好，夾薄層粉質粘土、粉土，部分地段相變為細砂，局部為中等～強膠結。

圓礫：黃褐、中密狀態，稍濕～飽和，母巖成分為火成巖，一般粒徑2 mm～10 mm，最大粒徑為60 mm，磨圓較好，風化較弱，較堅固，充填物為砂及粉質粘土，局部為中等～強膠結，具水平層理。

泥巖：黃褐色、紅褐色，主要礦物成分為泥質礦物，泥質結構，塊狀構造，鈣質膠結，為極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。

強風化砂礫巖：黃褐色，母巖成分為火成巖，顆粒粒徑變化較大，一般為0.5 cm～10 cm，碎屑結構，塊狀構造，鈣質膠結，局部風化呈圓礫狀。屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。

中等風化砂礫巖：黃褐色，母巖成分為火成巖，顆粒粒徑變化較大，一般為0.5 cm～10 cm，碎屑結構，塊狀構造，鈣質膠結，中等風化狀態，風化呈塊狀，局部相變為細砂巖。屬軟巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。

強風化花崗巖：黃褐色、黃灰色，礦物成分以石英、長石為主，粒狀結構，塊狀構造，強風化狀態，破碎，節理裂隙極發育，節理間距較小，切割巖體呈碎石、碎塊狀，節理面張開，為鹽質結晶充填，屬軟巖，屬堅硬巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。

中等風化花崗巖：肉紅色、雜色，礦物成分以石英、長石為主，粒狀結構，塊狀構造，中等風化狀態，較完整，節理裂隙稍發育，切割巖體呈碎塊狀、塊狀，節理面張開，部分為鹽質結晶充填，屬較堅硬巖，屬堅硬巖，巖體基本質量等級為Ⅲ級。

微風化花崗巖：肉紅色、雜色，礦物成分以石英、長石為主，粒狀結構，塊狀構造，微風化狀態，較完整，節理裂隙不發育，屬堅硬巖，巖體基本質量等級為Ⅱ級。該層厚度較大，本次勘察未能穿透該層。

1.3 平原農田及風積小丘沙地區

該地貌單元內的地層巖性在本次勘察揭露深度范圍內上部為沖洪積粘性土、砂土，下伏基巖為砂礫巖。

場地地層按從上到下的順序分述如下：

粉質粘土：黃褐色，局部混鹽質結晶，軟塑～可塑狀態，稍有光澤，無搖振反應，干強度、韌性中等，夾有粉土及粉砂薄層，混多量粉土團塊，局部地段相變為粉土，部分地段下部混有多量圓礫。

粉土：黃褐、淺灰，稍密，稍濕～飽和，無光澤，搖振反應中等，干強度、韌性低，夾有粉質粘土及粉砂薄層，混多量粘粒，局部地段相變為粉砂。

粉砂：黃褐、淺灰，稍密狀態，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長石，級配一般，為混粒，夾薄層粉質粘土、粉土，混多量粘性土，磨圓較好。

細砂：黃褐、淺灰，中密狀態，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長石，級配一般，為混粒，混粘性土及圓礫，磨圓較好，夾薄層粉質粘土、粉土。

礫砂：黃褐、中密狀態，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長石，級配一般，為混粒，混粘性土及圓礫，磨圓較好，夾薄層粉質粘土、粉土，部分地段相變為細砂，局部為中等～強膠結。

圓礫：黃褐、中密狀態，稍濕～飽和，母巖成分為火成巖，一般粒徑2 mm～10 mm，最大粒徑為60 mm，磨圓較好，風化較弱，較堅固，充填物為砂及粉質粘土，局部為中等～強膠結，具水平層理。

泥巖：黃褐色、紅褐色，主要礦物成分為泥質礦物，泥質結構，塊狀構造，鈣質膠結，為極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。

強風化砂礫巖：黃褐色，母巖成分為火成巖，顆粒粒徑變化較大，一般為0.5 cm～10 cm，碎屑結構，塊狀構造，鈣質膠結，局部風化呈圓礫狀。屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。

中等風化砂礫巖：黃褐色，母巖成分為火成巖，顆粒粒徑變化較大，一般為0.5 cm～10 cm，碎屑結構，塊狀構造，鈣質膠結，中等風化狀態，風化呈塊狀，局部相變為細砂巖，屬軟巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。

2 土體的物理力學性質

公路沿線地層隨不同地貌的單元變化而變化，但總體層位較少，物理力學性質差異性、離散性不大，整體層位規律性較強，根據本次勘測和已有勘測資料，可對各地貌單元下的地層土體物理力學性質進行評價。

2.1 硬塑粉質粘土

該層主要分布在平原地層上部，厚度隨地形變化較大，分布于表層時含有多種植物根系，層底深度大多小于路基開挖深度。勘察過程中在該層中取得了大量土樣進行了室內土工實驗。

根據室內土工試驗結果及當地工程建筑經驗，綜合推薦本層土的地基容許承載力[σ]=260 kPa，重度γ=19.5 kN/m3，內摩擦角φ=16.9°，內聚力C=37.1 kPa，壓縮模量ES1-2=9.1 MPa。

2.2 可塑粉質粘土

該層主要分布在平原處，夾有粉土及粉砂薄層，混多量粉土團塊，局部地段相變為粉土，部分地段下部混有多量圓礫，分布于表層時含有多種植物根系。勘察過程中在該層中取得了大量土樣進行了室內土工實驗。

根據室內土工試驗結果及當地工程建筑經驗，綜合推薦本層土的天然地基容許承載力[σ]=180 kPa，重度γ=19.7 kN/m3，內摩擦角φ=15.5°，內聚力C=28.7 kPa，壓縮模量ES1-2=6.7 MPa。

2.3 軟塑粉質粘土

該層主要分布于河漫灘的上部，及平原水位附近，厚度不大，夾有粉土及粉砂薄層，混多量粉土團塊，局部地段相變為粉土，力學性質較差。勘察過程中在該層中取得了多個土樣進行了室內土工實驗。

根據室內土工試驗結果及當地工程建筑經驗，綜合推薦本層土的地基容許承載力[σ]=120 kPa，重度γ=19.3 kN/m3，內摩擦角φ=5.5°，內聚力C=6.9 kPa，壓縮模量ES1-2=4.9 MPa。

2.4 稍密粉土

該層主要分布平原處，厚度及分布變化較大，部分地段分布有多層。勘察過程中在該層中取得了多個土樣進行了室內土工實驗。

根據室內土工試驗結果及當地工程建筑經驗，綜合推薦本層土的天然地基容許承載力[σ]=150 kPa，重度γ=19.4 kN/m3，內摩擦角φ=13.5°，內聚力C=9.7 kPa，壓縮模量ES1-2=7.0 MPa。

2.5 公路沿線路基土的物理力學指標統計

根據本次勘探、土工試驗，及當地建筑經驗，綜合推薦各層土的物理力學指標參數如表1所示。

表1 土體物理力學指標統計表

3 土體工程性質評價

1)根據本次勘察資料，大部分地段可采用天然地基，路基持力層可為粉質粘土層、砂類土層、圓礫層，卵石層及風化巖石層。

2)在局部地段，地下水位埋藏較淺，對于荷重較大的路段，在軟塑狀態的粉質粘土層、粉土或粉砂層的路基，建議針對底部軟弱土層采用適當的地基處理方案；由于部分地段砂類土及碎石土為中等～強膠結，路基土工程性質較好。

3)在平原區地下水主要賦存在粘性土層，部分平原區及丘陵間平地地段地下水主要賦存在砂類土中，補給充分，具有一定的承壓性。

4 結語

1)該公路沿線通過的地層主要有第四系的粘性土、砂類土、碎石土，及下伏泥巖、砂礫巖、花崗巖、角閃巖，其中上部第四系地層沿公路隨地貌變化較大。

2)該公路沿線在不同地貌條件下，路基持力層應選擇不同的土體。在平原區，可選用粘性土作為持力層，在丘陵區可將砂類土作為持力層。

3)由于該公路局部地段地下水埋深較淺，應適當降低地下水位，從而保證路基穩定性。