復(fù)雜地貌條件下甘肅某公路土體工程性質(zhì)評(píng)價(jià)

王丹微 龐大鵬

(1.吉林建筑大學(xué)測(cè)繪與勘查工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118; 2.東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000)

某公路西端位于甘肅省瓜州縣境內(nèi)，東端位于玉門市境內(nèi)，主要有侵蝕—?jiǎng)兾g丘陵地貌、山前沖洪積平原地貌區(qū)及平原農(nóng)田及風(fēng)積小丘沙地區(qū)等地貌。山前沖洪積平原主要為戈壁灘及風(fēng)積小丘砂地，部分被開墾為耕地。地勢(shì)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(zhì)勘察采用多種方法，包括工程地質(zhì)鉆探、原位測(cè)試與室內(nèi)土工試驗(yàn)相結(jié)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(jù)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(qū)

該地貌單元內(nèi)的地層巖性在本次勘察揭露深度范圍內(nèi)上部為殘坡積碎石土，黃褐色，混多量鹽質(zhì)結(jié)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(qiáng)風(fēng)化花崗巖：黃褐色、黃灰色，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，破碎，節(jié)理裂隙極發(fā)育，節(jié)理間距較小，切割巖體呈碎石、碎塊狀，節(jié)理面張開，為鹽質(zhì)結(jié)晶充填，屬軟巖，屬堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

強(qiáng)風(fēng)化角閃巖：灰色，主要礦物成分為角閃石及斜長(zhǎng)石，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，破碎，節(jié)理裂隙極發(fā)育，節(jié)理間距較小，切割巖體呈碎石、碎塊狀，節(jié)理面張開，為鹽質(zhì)結(jié)晶充填，屬軟巖，屬堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

中等風(fēng)化花崗巖：肉紅色、雜色，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，中等風(fēng)化狀態(tài)，較完整，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，切割巖體呈碎塊狀、塊狀，節(jié)理面張開，部分為鹽質(zhì)結(jié)晶充填，屬較堅(jiān)硬巖，屬堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

中等風(fēng)化角閃巖：灰黑色，主要礦物成分為角閃石及斜長(zhǎng)石，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，中等風(fēng)化狀態(tài)，較完整，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，切割巖體呈碎塊狀、塊狀，節(jié)理面張開，部分為鹽質(zhì)結(jié)晶充填，屬較堅(jiān)硬巖，屬堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

微風(fēng)化花崗巖：肉紅色、雜色，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微風(fēng)化狀態(tài)，較完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育，屬堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí)。該層厚度較大，本次勘察未能穿透該層。

微風(fēng)化角閃巖：灰黑色，主要礦物成分為角閃石及斜長(zhǎng)石，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微風(fēng)化狀態(tài)，較完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育，屬堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí)。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(qū)

該地貌單元內(nèi)的地層巖性在鉆孔揭露深度范圍內(nèi)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(nèi)地層巖性從上至下為：

粉質(zhì)粘土：黃褐色，局部混鹽質(zhì)結(jié)晶，可塑～硬塑狀態(tài)，稍有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度、韌性中等，夾有粉土及粉砂薄層，混多量粉土團(tuán)塊，局部地段相變?yōu)榉弁粒糠值囟蜗虏炕煊卸嗔繄A礫。

粉土：黃褐、淺灰，稍密狀態(tài)，稍濕～飽和，無(wú)光澤，搖振反應(yīng)中等，干強(qiáng)度、韌性低，夾有粉質(zhì)粘土及粉砂薄層，混多量粘粒，局部地段相變?yōu)榉凵啊?/p>

粉砂：黃褐、淺灰，稍密狀態(tài)，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，級(jí)配一般，為混粒，夾薄層粉質(zhì)粘土、粉土，混多量粘性土，磨圓較好。

細(xì)砂：黃褐、淺灰，中密狀態(tài)，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，級(jí)配一般，為混粒，混粘性土及圓礫，磨圓較好，夾薄層粉質(zhì)粘土、粉土。

礫砂：黃褐、中密狀態(tài)，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，級(jí)配一般，為混粒，混粘性土及圓礫，磨圓較好，夾薄層粉質(zhì)粘土、粉土，部分地段相變?yōu)榧?xì)砂，局部為中等～強(qiáng)膠結(jié)。

圓礫：黃褐、中密狀態(tài)，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(fēng)化較弱，較堅(jiān)固，充填物為砂及粉質(zhì)粘土，局部為中等～強(qiáng)膠結(jié)，具水平層理。

泥巖：黃褐色、紅褐色，主要礦物成分為泥質(zhì)礦物，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)，為極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

強(qiáng)風(fēng)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(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)，局部風(fēng)化呈圓礫狀。屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

中等風(fēng)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(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)，中等風(fēng)化狀態(tài)，風(fēng)化呈塊狀，局部相變?yōu)榧?xì)砂巖。屬軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：黃褐色、黃灰色，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，破碎，節(jié)理裂隙極發(fā)育，節(jié)理間距較小，切割巖體呈碎石、碎塊狀，節(jié)理面張開，為鹽質(zhì)結(jié)晶充填，屬軟巖，屬堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

中等風(fēng)化花崗巖：肉紅色、雜色，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，中等風(fēng)化狀態(tài)，較完整，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，切割巖體呈碎塊狀、塊狀，節(jié)理面張開，部分為鹽質(zhì)結(jié)晶充填，屬較堅(jiān)硬巖，屬堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

微風(fēng)化花崗巖：肉紅色、雜色，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微風(fēng)化狀態(tài)，較完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育，屬堅(jiān)硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí)。該層厚度較大，本次勘察未能穿透該層。

1.3 平原農(nóng)田及風(fēng)積小丘沙地區(qū)

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

場(chǎng)地地層按從上到下的順序分述如下：

粉質(zhì)粘土：黃褐色，局部混鹽質(zhì)結(jié)晶，軟塑～可塑狀態(tài)，稍有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度、韌性中等，夾有粉土及粉砂薄層，混多量粉土團(tuán)塊，局部地段相變?yōu)榉弁?，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(wú)光澤，搖振反應(yīng)中等，干強(qiáng)度、韌性低，夾有粉質(zhì)粘土及粉砂薄層，混多量粘粒，局部地段相變?yōu)榉凵啊?/p>

粉砂：黃褐、淺灰，稍密狀態(tài)，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，級(jí)配一般，為混粒，夾薄層粉質(zhì)粘土、粉土，混多量粘性土，磨圓較好。

細(xì)砂：黃褐、淺灰，中密狀態(tài)，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，級(jí)配一般，為混粒，混粘性土及圓礫，磨圓較好，夾薄層粉質(zhì)粘土、粉土。

礫砂：黃褐、中密狀態(tài)，稍濕～飽和，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，級(jí)配一般，為混粒，混粘性土及圓礫，磨圓較好，夾薄層粉質(zhì)粘土、粉土，部分地段相變?yōu)榧?xì)砂，局部為中等～強(qiáng)膠結(jié)。

圓礫：黃褐、中密狀態(tài)，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(fēng)化較弱，較堅(jiān)固，充填物為砂及粉質(zhì)粘土，局部為中等～強(qiáng)膠結(jié)，具水平層理。

泥巖：黃褐色、紅褐色，主要礦物成分為泥質(zhì)礦物，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)，為極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

強(qiáng)風(fēng)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(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)，局部風(fēng)化呈圓礫狀。屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

中等風(fēng)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(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)，中等風(fēng)化狀態(tài)，風(fēng)化呈塊狀，局部相變?yōu)榧?xì)砂巖，屬軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

2 土體的物理力學(xué)性質(zhì)

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(xué)性質(zhì)差異性、離散性不大，整體層位規(guī)律性較強(qiáng)，根據(jù)本次勘測(cè)和已有勘測(cè)資料，可對(duì)各地貌單元下的地層土體物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 硬塑粉質(zhì)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(shí)含有多種植物根系，層底深度大多小于路基開挖深度?？辈爝^程中在該層中取得了大量土樣進(jìn)行了室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果及當(dāng)?shù)毓こ探ㄖ?jīng)驗(yàn)，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(nèi)摩擦角φ=16.9°，內(nèi)聚力C=37.1 kPa，壓縮模量ES1-2=9.1 MPa。

2.2 可塑粉質(zhì)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(tuán)塊，局部地段相變?yōu)榉弁粒糠值囟蜗虏炕煊卸嗔繄A礫，分布于表層時(shí)含有多種植物根系?？辈爝^程中在該層中取得了大量土樣進(jìn)行了室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果及當(dāng)?shù)毓こ探ㄖ?jīng)驗(yàn)，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(nèi)摩擦角φ=15.5°，內(nèi)聚力C=28.7 kPa，壓縮模量ES1-2=6.7 MPa。

2.3 軟塑粉質(zhì)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(tuán)塊，局部地段相變?yōu)榉弁?，力學(xué)性質(zhì)較差?？辈爝^程中在該層中取得了多個(gè)土樣進(jìn)行了室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果及當(dāng)?shù)毓こ探ㄖ?jīng)驗(yàn)，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(nèi)摩擦角φ=5.5°，內(nèi)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?？辈爝^程中在該層中取得了多個(gè)土樣進(jìn)行了室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果及當(dāng)?shù)毓こ探ㄖ?jīng)驗(yàn)，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(nèi)摩擦角φ=13.5°，內(nèi)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(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)本次勘探、土工試驗(yàn)，及當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)，綜合推薦各層土的物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1 土體物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

3 土體工程性質(zhì)評(píng)價(jià)

1)根據(jù)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(zhì)粘土層、砂類土層、圓礫層，卵石層及風(fēng)化巖石層。

2)在局部地段，地下水位埋藏較淺，對(duì)于荷重較大的路段，在軟塑狀態(tài)的粉質(zhì)粘土層、粉土或粉砂層的路基，建議針對(duì)底部軟弱土層采用適當(dāng)?shù)牡鼗幚矸桨?；由于部分地段砂類土及碎石土為中等～?qiáng)膠結(jié)，路基土工程性質(zhì)較好。

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

4 結(jié)語(yǔ)

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(yīng)選擇不同的土體。在平原區(qū)，可選用粘性土作為持力層，在丘陵區(qū)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(yīng)適當(dāng)降低地下水位，從而保證路基穩(wěn)定性。