壇山村破火山地層及其工程特性

步同慶

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

1 概況

壇山村破火山位于山東省海陽市徐家店鎮(zhèn)西南側，現(xiàn)地貌為剝蝕殘丘及沖洪積平原，地形起伏不大，某鐵路穿壇山村破火山遺址而過。

勘測區(qū)域所處大地構造單元為華北地臺魯東地盾的膠北隆起和膠萊坳陷兩個三級構造單元的結合部。本區(qū)火山構造屬環(huán)太平洋中新生代火山活動帶(Ⅰ級)—遼魯火山帶(Ⅱ級)—萊陽—諸城火山噴發(fā)帶(Ⅲ級)—萊陽火山盆地(Ⅳ級)。在早白堊紀晚期，沿桃村斷裂發(fā)生以爆發(fā)、噴溢為主，侵出為輔的大規(guī)模火山活動。

2 壇山村破火山的形成過程

2.1 破火山地層的形成過程

破火山是指原火山口受到破壞而崩塌沉陷形成的鍋形洼地。一般認為，巖漿物質大量噴發(fā)或侵入后，巖漿房空虛，但火山口附近上覆物質增多，重量增大，因支撐力不足導致巖層順環(huán)狀斷裂坍塌沉陷。

調查及勘探揭示，壇山村破火山地層上部為噴發(fā)—沉積形成的角礫凝灰?guī)r，其產狀具有向心性，中部地層為熔巖膠結形成的英安質角礫熔巖及侵入的英安巖脈，下部可見沉積形成的凝灰質砂巖，見圖1。大里程段含有斷陷形成的壓碎巖、斷層角礫，可以推測壇山村火山經(jīng)過噴發(fā)—沉積—噴發(fā)—火山巖侵位—斷陷等多次活動，這些活動可能循環(huán)不規(guī)律的發(fā)生，導致各種火山類型的巖性在不大的范圍內出現(xiàn)，且軟硬不均。

圖1 DK144+960～DK145+200段地質縱斷面

2.2 原火山口的推測位置

受剝蝕運動影響，壇山村破火山口破壞嚴重，難見原始地貌。DK145+100右20 m處地勢低洼，地表由第四系地層覆蓋，基巖不出露。在其周圍可見沉積形成的含角礫凝灰?guī)r。通過測量角礫凝灰?guī)r的產狀可以確認，壇山村破火山周圍沉積巖地層傾向有向心性，見圖2。通過地質剖面也可發(fā)現(xiàn)，DK145+100附近處兩側地層傾向相對，見圖1。結合地形地貌情況推測DK145+100右側20 m附近為原火山口。

3 破火山地層工程特性

測區(qū)內基巖出露于地表，表為白堊系下統(tǒng)青山群八畝地組(KqB)英安質角礫熔巖、角礫凝灰?guī)r，下伏青山群八畝地組凝灰質砂巖及巖漿侵入形成的的英安巖、火山口斷陷活動過程中形成的壓碎巖等。多種巖性混合分布，工程性質復雜。結合 DK144+960～DK145+200段的勘探資料，就破火山的地層巖性及其工程特性做如下評價。

圖2 壇山村破火山平面

3.1 破火山地層巖性

(1)英安質角礫熔巖:顏色以灰色為主，局部呈灰黃色、灰紫色，角礫—凝灰結構，塊狀構造，強風化—弱風化。英安質角礫熔巖是熔巖與火山碎屑巖的過度類型，成巖方式以熔巖膠結為主，有石英脈填充。角礫呈棱角—次棱角狀，顏色較雜，以安山質成分為主，角礫分布雜亂不均，粒徑大小不一，最大可達8 cm，無定向排列?？碧浇衣逗穸?.8～36 m，巖芯呈塊狀及柱狀，裂隙不發(fā)育，工程性質較好，英安巖以巖脈形式侵入其中，侵入接觸帶往往為軟弱層。

(2)角礫凝灰?guī)r:灰黃色、灰色，沉積凝灰結構，層狀—塊狀構造。強風化—弱風化，成巖方式以壓結為主，膠結為輔。角礫具棱角—次棱角—次圓狀，顏色較雜，以英安質成分為主。強風化層角礫粒徑較大，一般2～5 cm;弱風化層角礫層呈層狀排列，粒徑一般0.5～2 cm，巖體裂隙不發(fā)育?？碧浇衣稁r層厚度8.3～19.8 m，巖芯呈碎塊狀及短柱狀。沿線位在推測原火山口兩側的實測產狀分別為 40°∠35°、220°∠55°(見圖2);小里程段顏色為灰色，受火山口斷陷活動影響較輕，巖層傾角小，以弱風化為主，工程性質較好。大里程段受火山口斷陷活動影響嚴重，經(jīng)過多次塌陷，巖層傾角大，顏色以灰黃色為主，風化較為強烈，巖芯破碎。

(3)凝灰質砂巖:灰色、灰紫色，凝灰質結構，層狀構造，弱風化，成巖方式以膠結為主。角礫含量很少，粒徑一般小于0.5 cm。勘探揭露層厚大于8.4 m，位于地層下部，受火山活動影響小，工程性質良好。

(4)英安巖:灰綠色，少斑狀結構，塊狀及流動狀構造，弱風化，以巖株狀、脈狀侵入發(fā)育在青山群基巖中。經(jīng)過多次火山口坍塌及火山活動后，英安巖侵入裂隙面及軟弱層面?？碧浇衣叮瑤r脈厚0.5～4.8 m，主要分布于受火山口斷陷影響較小的小里程段。英安巖內偶見周圍基巖的包裹體，侵入接觸帶有蝕變現(xiàn)象，往往為軟弱層。

(5)壓碎巖:灰紫色、灰綠色、灰黑色、灰黃色，原巖巖性較雜，包括英安巖、角礫凝灰?guī)r、角礫熔巖等，具有明顯的壓碎結構，后期膠結一般，局部可見蝕變現(xiàn)象，由火山口多次斷陷—上部巖層垮塌、與下部巖層擠壓形成?？碧浇沂編r層厚1.0～6.7 m，巖芯呈碎塊狀及角礫狀，分布于受火山口斷陷影響較大的大里程段。

(6)斷層角礫:斷層破碎帶填充物，顏色較雜，膠結很差，未成巖。勘探揭示厚0.9～5.4 m，巖芯呈角礫狀及砂土狀，角礫粒徑2～6 cm，角礫原巖成分較雜，分布于受火山口斷陷影響較大的大里程段。

3.2 斷陷構造

巖漿物質大量噴發(fā)后，巖漿房空虛，支撐不住上覆地層重力造成火山口塌陷，形成斷陷構造。小里程段巖漿及時補位，支撐住了上覆地層，受斷陷構造影響較小，上部角礫凝灰?guī)r與英安質角礫熔巖呈沉積接觸，未發(fā)生滑移;從圖1可以看出，實測上部角礫凝灰?guī)r的傾角大于底部凝灰質砂巖的傾角，反映了破火山頂部巖層的向心塌陷程度要大于下部巖層。

大里程段巖漿未及時補位，導致上覆巖層塌陷明顯，形成斷陷構造。受多次斷陷構造影響，上部角礫凝灰?guī)r，巖體破碎，風化強烈，承載力低，與下部基巖呈斷陷構造接觸，巖層傾角大。雖然自第四紀晚更新世以來，區(qū)域內活動減少，地層趨于穩(wěn)定，但在外加重力作用下，上部角礫凝灰?guī)r地層有失穩(wěn)的可能。由斷陷形成的壓碎巖、斷層角礫原巖來源多樣，成分較雜，軟硬不均。

根據(jù)《地震安全性評價報告》，區(qū)域范圍內的斷裂全新世以來未見活動。

3.3 橋梁基礎持力層的選擇

26號～28號墩處地層受斷陷構造影響小，弱風化角礫凝灰?guī)r完整性好，裂隙不發(fā)育，穩(wěn)定性強，故26號～28號墩可采用明挖基礎，以弱風化英安質角礫熔巖、角礫凝灰?guī)r為持力層;英安巖以巖株、巖脈形式產出于青山群基巖中，其中DK145+050～090處呈巖株產出，其余段落呈巖脈產出。29號墩處呈巖株產出的英安巖厚度較大，中心處的巖層均一，少見包裹體，工程性質良好，可用作樁端持力層。30號、31號墩處呈巖脈狀產出的英安巖分布不規(guī)則，厚度薄且不均(厚0.5～4.2 m)，與周圍基巖強度不一致，侵入周圍基巖時形成軟弱的接觸帶，不能作為樁端持力層，應以弱風化英安質角礫熔巖作為樁端持力層;32號、33號墩處地層受斷陷構造嚴重，上部弱風化凝灰質角礫巖裂隙較為發(fā)育，用作樁端持力層時應保證一定的入巖深度，也可選用壓碎巖作為樁端持力層。

4 結論及建議

在鐵路工程地質勘察中，破火山地層是一種特殊少見的地層，野外調查時難以發(fā)現(xiàn)。在不大的范圍內，產出了巖漿巖、沉積巖以及沉積凝灰?guī)r，巖性種類較多，正確認識其地層及特征才能給出正確的工程性質評價。

26號～28號墩建議采用明挖基礎，以弱風化英安質角礫熔巖、角礫凝灰?guī)r為持力層，置于基巖一定深度;30號、31號墩可采用樁基礎，以弱風化英安質角礫熔巖作為樁端持力層;32號、33號墩可采用樁基礎，以弱風化角礫凝灰?guī)r、壓碎巖作為樁端持力層。施工時應進行試樁試驗，優(yōu)化設計參數(shù)，校驗施工設備，提高成樁質量。

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