干旱荒漠區(qū)路基弱膨脹性泥巖地質(zhì)勘查探討

摘要：基于新疆S21阿勒泰至烏魯木齊新建公路部分段路基土地質(zhì)條件，進(jìn)行挖方段路基泥巖膨脹性初判及沿線地質(zhì)勘查問題的分析探討。結(jié)果表明，干旱荒漠區(qū)路基弱膨脹性泥巖地質(zhì)勘查，應(yīng)在地質(zhì)調(diào)繪、鉆探的基礎(chǔ)上適當(dāng)加大原位測(cè)試，以提升勘探精度，縮短地質(zhì)勘查周期，以便為弱膨脹性泥巖路基土加固處理方案設(shè)計(jì)及路基穩(wěn)定性提升提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：干旱荒漠區(qū);路基;弱膨脹性泥巖;地質(zhì)勘查

1" "工程背景

新疆S21阿勒泰至烏魯木齊公路主線為新建高速公路，二期工程主線路線總體自北朝南布設(shè)，主線起點(diǎn)K0+000位于奎阿高速（G3014線）K439+212.7處舊路中心位置，設(shè)置福海南樞紐互通式立體交叉后，路線一直朝南布設(shè)，并在K104+300處設(shè)置3個(gè)停車區(qū)后布設(shè)至二期工程終點(diǎn)位置，S21二期項(xiàng)目主線終點(diǎn)樁號(hào)為K113+349.826，與S21一期工程起點(diǎn)位置相接，二期工程主線全長約113.35km。

該區(qū)內(nèi)路線主要以路基形式通過。區(qū)內(nèi)第四系全新統(tǒng)沖洪積砂土及礫卵石層，稍濕稍密，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。泥巖、砂巖屬半成巖，成巖時(shí)期短，成巖作用差，泥質(zhì)膠結(jié)，抗風(fēng)化能力弱，工程地質(zhì)性質(zhì)稍好。區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀水平，無斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，未見滑坡、崩塌等不良地質(zhì)作用或地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，分布有特殊巖土鹽漬土，鹽漬土為中亞硫酸鹽漬土。

2" "挖方段路基泥巖膨脹性初判

該公路路基挖方段沿線緩丘自然坡度平緩，且無明顯的天然陡坎，地表有裂隙，邊坡土出露部分顯示出部分干旱荒漠區(qū)路基弱膨脹性泥巖特性。現(xiàn)場(chǎng)取回風(fēng)化泥巖塊進(jìn)行室內(nèi)浸水試驗(yàn)，巖塊快速崩解，且干燥后體積收縮較大，初步判定該公路路基長挖方段泥巖具有膨脹性。

根據(jù)《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》，若軟弱巖土所包含的親水礦物質(zhì)較多，含水率改變后體積變化明顯，遇水快速膨脹、軟化并崩解，失水后又快速收縮開裂，則應(yīng)按照膨脹性泥巖進(jìn)行勘察。該規(guī)程所給出的膨脹性泥巖判定標(biāo)準(zhǔn)[1]表1所示。

項(xiàng)目沿線泥巖露頭位于K94+100～K97+100段，在K69+240～K78+180段下部也有發(fā)育。經(jīng)取樣測(cè)試，其自由膨脹率為42.1%～45.09%，均大于30%，飽和吸水率為16.12%，根據(jù)《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》，屬易崩解巖石、弱膨脹性。膨脹性巖土具有吸水膨脹、失水收縮特性，易造成路堤開裂、邊坡失穩(wěn)等災(zāi)害，嚴(yán)重影響其后期運(yùn)營，必須對(duì)泥巖進(jìn)行加固及隔斷，使其各項(xiàng)性能均滿足路基穩(wěn)定性要求。

干旱荒漠區(qū)路基弱膨脹性泥巖引起的路基鼓脹，在工程建設(shè)領(lǐng)域較為罕見，記載少，相關(guān)研究成果也較少，國內(nèi)外對(duì)于弱膨脹性泥巖工程性能的研究尚處于起步階段，更無統(tǒng)一的路基弱膨脹性泥巖分類標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)方面也只是采用換填、截水、排水、保濕等常規(guī)性處理措施[2]。基于此，本文主要結(jié)合國內(nèi)外既有的泥巖工程特性研究成果，對(duì)該干旱荒漠區(qū)段泥巖地基地質(zhì)勘查問題進(jìn)行探討，為泥巖加固處理及路基穩(wěn)定性的提升提供依據(jù)。

3" "沿線地質(zhì)勘查

干旱荒漠區(qū)路基弱膨脹性泥巖地質(zhì)勘查技術(shù)，主要包括地質(zhì)調(diào)查測(cè)繪、鉆探、原位測(cè)試及室內(nèi)土工試驗(yàn)等。考慮到干旱荒漠區(qū)路基弱膨脹泥巖與膨脹土，在物質(zhì)組分、構(gòu)造、物理力學(xué)性能、成巖程度等方面存在共性，也存在差異，且膨脹性泥巖中含有親水性礦物，泥巖具有吸水膨脹、軟化等特性，所以各種勘查方法的應(yīng)用與常規(guī)地質(zhì)勘查基本一致。

3.1" "鉆探技術(shù)

鉆探是進(jìn)行干旱荒漠區(qū)地基弱膨脹性泥巖地質(zhì)勘查的主要方式，為保證所獲取地勘資料的可靠性，應(yīng)在鉆探過程中減少對(duì)土樣的不利擾動(dòng)，保證所取得芯樣完整。同時(shí)，還應(yīng)采取有效措施克服弱膨脹性泥巖強(qiáng)風(fēng)化、遇水易崩解、軟弱濕陷等不良問題。

3.1.1" "鉆探及取樣工具

干旱荒漠區(qū)弱膨脹性泥巖具有易風(fēng)化、遇水易崩解的特性，長期性能不穩(wěn)定，所以無法適應(yīng)大型機(jī)具進(jìn)出，只能采用性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分解性強(qiáng)的小型機(jī)械。

在弱膨脹性泥巖發(fā)育地段進(jìn)行取樣勘查，應(yīng)使用直徑至少為108mm、壁厚1.25～2.0mm的固定活塞式的薄壁取土器，采取原狀土樣，以減少對(duì)土體的擾動(dòng)。干旱荒漠區(qū)弱膨脹性泥巖中常摻雜粉土或砂土夾層，所以鉆探取樣過程中必須注意對(duì)砂層的鑒別。

一般而言，對(duì)于無摻雜層或少摻雜層的巖層，應(yīng)當(dāng)通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行土樣密度測(cè)試，并取擾動(dòng)土樣進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)。對(duì)于摻雜淤泥等成分的巖層，應(yīng)利用內(nèi)環(huán)刀式取砂器取原狀土，并通過室內(nèi)土工試驗(yàn)進(jìn)行性能測(cè)試。

3.1.2" "鉆探及取樣方法

干旱荒漠區(qū)弱膨脹性泥巖鉆孔應(yīng)通過干法鉆進(jìn)，對(duì)于常年處于地下水位以下的飽和性黏土，可改用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)。弱膨脹性泥巖發(fā)育地區(qū)地下水位埋藏較深，泥巖地層基本位于地下水位以上，淤泥質(zhì)黏土滲透性差，其含水率受泥漿的影響不明顯，所以干旱荒漠區(qū)弱膨脹性泥巖鉆探基本采用泥漿鉆進(jìn)，對(duì)于粉土夾層軟黏土應(yīng)干法鉆進(jìn)。

干旱荒漠區(qū)弱膨脹性泥巖鉆探取樣過程中，為避免對(duì)土樣的不利擾動(dòng)，應(yīng)在接近取土深度前避免鉆具下壓及沖擊孔底，且在取樣前通過無水鉆進(jìn)方式清孔，并根據(jù)地層實(shí)際情況，選擇采用快速壓入法、重錘一擊法、重錘少擊法盡快取樣。

3.2" "原位測(cè)試技術(shù)

為較好保持原狀土天然應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)采用原位測(cè)試技術(shù)。其測(cè)定結(jié)果具有較好的代表性，并對(duì)室內(nèi)土工試驗(yàn)起到補(bǔ)充作用。根據(jù)工程區(qū)巖土條件、類似工程經(jīng)驗(yàn)及方法本身的適用性，進(jìn)行原位測(cè)試方法選擇。對(duì)于干旱荒漠區(qū)路基弱膨脹性泥巖地質(zhì)勘查，較為常用的原位測(cè)試技術(shù)包括靜力觸探、十字板剪切試驗(yàn)等。

本新建高速公路S21二期工程主線主要采用靜力觸探測(cè)試技術(shù)，即利用貫入阻力和土體工程特性之間的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行路基土力學(xué)分層、土體強(qiáng)度、地基承載力、沉樁阻力等的估算。靜力觸探試驗(yàn)還能根據(jù)孔壓消散程度，進(jìn)行原位土固結(jié)系數(shù)的確定，為路基弱膨脹土變形沉降評(píng)價(jià)提供原位測(cè)試指標(biāo)。

為保證原位測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在測(cè)試時(shí)，應(yīng)保證靜力觸探孔深度達(dá)到軟土分布層，以靜力觸探孔為參數(shù)孔和技術(shù)孔進(jìn)行地質(zhì)層次劃分，并起到對(duì)照、印證土層物理力學(xué)指標(biāo)與土層名稱、厚度是否相符的作用。

參數(shù)孔應(yīng)設(shè)置在鉆探孔點(diǎn)周圍5.0m范圍內(nèi)，且觸探孔間距應(yīng)能對(duì)橫向、縱向地質(zhì)斷面及地層分界范圍的區(qū)分起到配合作用。本新建公路路基弱膨脹性泥巖地質(zhì)靜力觸探孔縱向間距控制[3]標(biāo)準(zhǔn)見表2。為保證檢測(cè)效果，簡(jiǎn)單場(chǎng)地需按照1個(gè)/km的數(shù)量增設(shè)靜力觸探孔，復(fù)雜場(chǎng)地應(yīng)按照2個(gè)/km的數(shù)量增設(shè)靜力觸探孔。

3.3" "地質(zhì)勘查結(jié)果

所進(jìn)行的地質(zhì)勘查及試驗(yàn)結(jié)果顯示，干旱荒漠區(qū)路基弱膨脹性泥巖結(jié)構(gòu)致密，成巖過程中包含部分結(jié)合水，且大氣對(duì)地表巖體影響深度淺。通常形成地下水隔水層，自然狀態(tài)下的弱膨脹性泥巖浸水速度緩慢，遇水后膨脹性能表現(xiàn)不明顯，且?guī)r塊遇水發(fā)生崩解。一旦出現(xiàn)膨脹，便會(huì)從巖轉(zhuǎn)變?yōu)橥粒也痪哂袕耐赁D(zhuǎn)變?yōu)閹r的逆轉(zhuǎn)特性。

弱膨脹性泥巖長期暴露后會(huì)發(fā)生失水收縮變形及遇水膨脹，引發(fā)路基及路塹邊坡失穩(wěn)。通常情況下，弱膨脹性泥巖所具有的濕脹干縮性僅出現(xiàn)在受大氣影響的深度范圍內(nèi)，大氣影響深度以下地層含水率較為穩(wěn)定，故脹縮性極小。而工程所在新疆地區(qū)尚無大氣影響深度準(zhǔn)確判定的可靠資料，故本分析中大氣影響深度，按照一般場(chǎng)地大氣影響深度不超過5m的情況確定。

4nbsp; 結(jié)論

綜上所述，干旱荒漠區(qū)路基弱膨脹性泥巖對(duì)工程施工質(zhì)量存在較大危害，在工程施工前必須采用綜合勘查技術(shù)加強(qiáng)地質(zhì)勘查，加大原位測(cè)試，提升勘測(cè)精度，縮短勘查周期，并在相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加橫向勘測(cè)點(diǎn)布設(shè)。應(yīng)根據(jù)勘查結(jié)果為干旱荒漠區(qū)路基弱膨脹性泥巖加固及隔斷提供依據(jù)，以使其各項(xiàng)性能均滿足路基穩(wěn)定性要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 中鐵地基勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程（TB10038-2012）[S].中國鐵道出版社.2012.

[2] 張廣豐.干旱區(qū)高速鐵路膨脹性泥巖路基處理措施研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào).2016（10）：45-50.

[3] 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院.公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范（JTG"C20-2011）[S].人民交通出版社.2011.