彭選
(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司,北京 100055)
黃土地區(qū)鐵路建設(shè)中重大工程地質(zhì)問(wèn)題的研究
彭選
(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司,北京 100055)
黃土地區(qū)的工程地質(zhì)問(wèn)題很多,因此黃土地區(qū)的鐵路工程建設(shè)常常會(huì)出現(xiàn)多種工程病害,給鐵路運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)帶來(lái)了較大的危害。本文針對(duì)黃土地區(qū)比較常見(jiàn)的地質(zhì)問(wèn)題,基于黃土地區(qū)鐵路工程建設(shè)選線與工程設(shè)置的基本原則,闡述濕陷性黃土常用的地基處置手段和適用條件,并討論特殊地基條件下鐵路建設(shè)黃土路基的處置方案,僅作參考。
黃土地區(qū) 鐵路建設(shè) 地質(zhì)問(wèn)題 地基處置
黃土的形成來(lái)自于第四紀(jì),主要在干旱或半干旱地區(qū)。該土體呈淡黃色、褐黃色或深黃色,以粉質(zhì)顆粒為主,含有豐富的碳酸鈣成分,大空隙、垂直節(jié)理發(fā)育是其主要特點(diǎn)。由于黃土分布廣泛,工程特性獨(dú)特,因而在工程建設(shè)中極受關(guān)注。黃土地區(qū)涉及重大工程地質(zhì)問(wèn)題的研究十分豐富,從多年來(lái)有關(guān)黃土地區(qū)建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)、高等級(jí)的鐵路工程實(shí)踐中也出現(xiàn)了很多棘手的新問(wèn)題,這些問(wèn)題都需要采取新型處置措施進(jìn)行合理梳理,極具現(xiàn)實(shí)意義。
黃土地區(qū)重大工程地質(zhì)問(wèn)題涉及問(wèn)題很多,與普通地區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題比較而言,既有共同點(diǎn),也有特殊性。比較常見(jiàn)的工程地質(zhì)問(wèn)題包括濕陷性土、飽和土、松軟土、斜坡形變、泥流問(wèn)題、陷穴問(wèn)題和砂質(zhì)土地震液化等。
1.1 濕陷性土
濕陷性土常出現(xiàn)于新土或新近堆積土,這種地質(zhì)問(wèn)題在鐵路建設(shè)中應(yīng)給予足夠的重視和評(píng)價(jià)。濕陷性土厚度與分布地貌單元、濕陷類(lèi)型和沉積層厚度關(guān)系緊密。通常,黃土的臺(tái)塬或高階位置的濕陷性黃土厚度要明顯大于其他部分。低階部位的黃土常以Ⅰ~Ⅱ非自重濕陷性黃土分布為主,土層厚度不大于10m。而自重濕陷性黃土多分布在高階、梁峁和塬上等部位,常以Ⅱ~Ⅳ級(jí)濕陷自重為主,土層厚度一般為10~30m不等,局部地區(qū)可以超過(guò)30m。
1.2 飽和黃土
飽和黃土指的是濕陷性黃土在地下水作用下濕陷性退化,仍呈現(xiàn)飽和狀態(tài),一般飽和度不低于80%。它的主要地質(zhì)問(wèn)題主要體現(xiàn)在強(qiáng)度很小、壓縮性很大,完全不能滿(mǎn)足構(gòu)筑物對(duì)地基的承載要求,必需嚴(yán)格處置。
1.3 松軟黃土
松軟黃土是定義在鐵路建設(shè)中一種針對(duì)地基強(qiáng)度判別的概念。從既有工程的勘察報(bào)告中看出,因新近堆積土或新土因黃土獨(dú)有的特性和沉積條件的影響,所以 PS ≤ 3MPa或[ σ]≤ 180kPa 。因此,對(duì)于松軟黃土地基不能滿(mǎn)足鐵路建設(shè)路基形變控制要求的,需嚴(yán)格處置地基。
1.4 斜坡形變
斜坡形變主要包括滑坡、錯(cuò)落、崩塌、溜塌和破面沖刷等形式,它作為黃土地區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題最為突出的一種,主要出現(xiàn)在塬邊、河流和谷崖邊等部位,發(fā)現(xiàn)規(guī)律與地區(qū)地層構(gòu)造和黃土獨(dú)有的抗水流侵潤(rùn)沖刷有關(guān)。存在斜坡形變的黃土地區(qū),鐵路建設(shè)所面臨的影響是巨大的,需高度關(guān)注。
1.5 泥流問(wèn)題
黃土地區(qū)的水土流失情況嚴(yán)重,部分崖邊形變產(chǎn)生沖溝,特別在強(qiáng)降水作用下很容易形成泥流問(wèn)題,對(duì)于上部構(gòu)造物的影響很大,因此在工程通過(guò)沖溝位置要設(shè)置橋涵時(shí)應(yīng)多加注意,預(yù)留足夠的凈空。
1.6 陷穴問(wèn)題
黃土陷穴問(wèn)題主要集中于塬上、高階邊緣和沖溝內(nèi),沖溝內(nèi)的陷穴多以串珠形狀散布,下部貫通。陷穴的發(fā)育是濕陷性和地表水滲透作用的產(chǎn)物,尤其對(duì)斜坡地帶影響巨大,需仔細(xì)查明發(fā)育原理與狀態(tài),及時(shí)整治。陷穴在斜坡和緩坡地帶呈密集發(fā)育,通常囊括既有形變體和正在發(fā)育的形變體,鐵路建設(shè)工程勘察應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注,特別是工程選線方案的制定多以避讓為主。
1.7 砂質(zhì)土地震液化
砂質(zhì)土屬于可液化地層的范疇,七級(jí)以上高地震裂度地帶且處于地下水位以下的飽和砂土需進(jìn)行地震液化的判別,然后依據(jù)判定結(jié)果制定相應(yīng)的防液化整治方案。
2.1 工程選線
首先,應(yīng)用遙感技術(shù)判釋?zhuān)⑼ㄟ^(guò)地面測(cè)繪、理清工作區(qū)域內(nèi)的地貌、地形和地質(zhì)條件,特別是滑坡和錯(cuò)落地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育,應(yīng)避讓深谷、下伏地層傾向不利和地下水豐富的斜坡地帶,盡可能將工程線路設(shè)置在地形完整、山體穩(wěn)定和排水便利的地帶,從而保證工程選線方案的穩(wěn)定性。其次,對(duì)擬定選線方案輔以地面測(cè)繪、物探和其他鉆探手段,詳細(xì)調(diào)查工程沿線的地質(zhì)情況,重點(diǎn)對(duì)路塹、橋臺(tái)和隧道洞口仰坡的穩(wěn)定條件進(jìn)行勘察,進(jìn)一步細(xì)化方案內(nèi)容,以此優(yōu)化和比選最佳線路方案。
2.2 工程設(shè)置
黃土地區(qū)中鐵路建設(shè)工程設(shè)置的基本原則是:宜橋則橋,宜隧則隧,宜路則路。工程設(shè)置不應(yīng)排水條件方面做出過(guò)多的改變,盡量做到合理可行,不可人為減少排水橋涵工程的數(shù)量。反之,在對(duì)排水系統(tǒng)設(shè)置中還需進(jìn)一步加強(qiáng),特別是路基排水和橋涵工程要形成完美對(duì)接。除此以外,排水天溝的設(shè)置不宜以人工回填土方,而逆向的排水溝不宜設(shè)計(jì)太長(zhǎng)。
濕陷性黃土地基對(duì)于工程建設(shè)的危害不言而喻,其主要包括因濕陷引起地基下沉進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降問(wèn)題。對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題的處置原則是盡量消除濕陷性,比較常見(jiàn)的處置辦法有土灰擠密樁、土灰墊層、預(yù)浸水和樁基礎(chǔ)等。
(1)土灰擠密樁。本法擁有原位處置和處置深度大等優(yōu)勢(shì),主要適用于濕陷性深度在5~15m以?xún)?nèi)且處于地下水位以上的黃土地基。另外,地基含水量超過(guò)24%,或飽和度超過(guò)65%均不得選擇此法;(2)土灰墊層。本法最為常見(jiàn),主要被應(yīng)用于厚度1~3m以?xún)?nèi)的黃土地基;(3)預(yù)浸水。本法主要利用自重濕陷的原理。施工前,對(duì)大面積地基進(jìn)行預(yù)先浸水,使其產(chǎn)生自重濕陷,從而抵除地基土的自重濕陷性。它常用于處置厚度大且自重濕陷性強(qiáng)的地基,主要缺點(diǎn)在于需要用水、工期較長(zhǎng);(4)樁基礎(chǔ)。利用樁基礎(chǔ)穿透黃土地基,將上部構(gòu)造物的荷載通過(guò)樁端傳遞給堅(jiān)實(shí)土層,這樣的做法可無(wú)視地基的浸水問(wèn)題,安全性高和施工速度快是其主要優(yōu)勢(shì)。然而,樁基礎(chǔ)施工成本較高的特點(diǎn)也不得不考慮到經(jīng)濟(jì)是否合理。因此,對(duì)于上部構(gòu)荷載大或浸水可能性較大的重要構(gòu)筑物,考慮樁基礎(chǔ)處置不良地基是較為合理的。
綜上所述,以黃土地區(qū)鐵路建設(shè)中重大工程地質(zhì)問(wèn)題研究展開(kāi)論述,歸納黃土地區(qū)重大工程地質(zhì)問(wèn)題,剖析黃土地區(qū)中鐵路建設(shè)工程選線及設(shè)置原則,并就濕陷性黃土地基的處置辦法與適用條件作簡(jiǎn)略探討,指出結(jié)合工程重要程度和其他地基要求制定相應(yīng)的合理的黃土地基處置方案,以此達(dá)到科學(xué)合理且經(jīng)濟(jì)可行的目的。
[1]李素蘭.濕陷性黃土地基沉降事故的處理實(shí)例[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2011,(2).
[2]郭照恩.濕陷性黃土地基處理的施工方法[J].山西建筑,2012,(35).
[3]焦華.公路施工中濕陷性黃土地基處理措施[J].陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,(3).
彭選(1981—),男,漢族,河南新鄉(xiāng)原陽(yáng)人,學(xué)士學(xué)位,工程師,2005年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院巖土工程系土木工程專(zhuān)業(yè),畢業(yè)后至中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司從事地質(zhì)類(lèi)工作。