魚卡(紅柳)至一里坪鐵路特殊巖土特征及工程處治措施

侯宗博 趙建國

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

一里坪地方鐵路位于柴達(dá)木盆地西北部，地貌總體為開闊的平原地貌。線路近東西走向，起于在建敦煌至格爾木鐵路紅柳車站(北緯38°05′59.46″、東經(jīng)94°37′40.49″)，一路向西，經(jīng)南八仙、南里灘，至終點(diǎn)一里坪(北緯37°49′41.05″、東經(jīng)93°22′2.42″)。線路起終點(diǎn)方位角255°，直線距離114.8 km。接軌處為全線至高點(diǎn)，地面高程2 990 m，沿線路向西，地勢漸次逐級降低，終點(diǎn)一里坪站位的地面高程2 695 m，全線最低點(diǎn)位于南里灘CK77+800～CK83+600段，海拔2 650 m～2 660 m。

線路主要通過巴侖馬海湖盆地、雅丹、早期湖積盆地、山前沖洪積傾斜平原、山前沖積平原和洪積平原六大地貌區(qū)域。鐵路全線地處青藏高原地區(qū)腹地，地質(zhì)條件復(fù)雜，因此必須詳細(xì)查明沿線工程地質(zhì)條件，加強(qiáng)地質(zhì)選線，為各類工程建筑物工程設(shè)計提供支持。

1 研究方法

針對風(fēng)沙、軟土、鹽漬土等控制線路方案的地質(zhì)和特殊地質(zhì)現(xiàn)象，通過遙感解譯，加強(qiáng)測繪調(diào)查，發(fā)現(xiàn)工程無法處理時，及時提出優(yōu)化線路方案。

在地質(zhì)調(diào)繪的基礎(chǔ)上，針對不同工程類型及地質(zhì)條件采用鉆探、靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入、動力觸探、室內(nèi)土工試驗等手段與方法進(jìn)行了綜合勘察，測定全線的地質(zhì)條件。

2 特殊巖土分布及特性

2.1 軟土

根據(jù)靜力觸探試驗揭示，北線方案軟土平均Ps<1 MPa，承載力小于100 kPa，CJ-04-03(CK31+200中心)揭示軟土厚度為7.20 m，并與松軟土共生，局部路段總厚度可達(dá)15 m。

最終得到軟土分布區(qū)域主要為馬海盆地以西的巴侖馬海湖、德宗馬海湖附近，通過室內(nèi)土工試驗測定軟土成分主要是湖沼相粉質(zhì)黏土、粉土。該地軟土的分布廣、厚度大、含鹽量高。

鐵路的C9K方案線位走行于巴侖馬海湖南東至南側(cè)邊緣地帶，通過對C9K沿線的綜合勘察得到沿線軟土的分布段落以及工程地質(zhì)特征，見表1。

2.2 松軟土

松軟土廣泛分布于除山前沖洪積平原(戈壁帶)和山前沖積平原(細(xì)土帶)以外的其他幾個地貌單元，這些路段同時也屬于鹽漬土場地。松軟土的巖性以細(xì)砂、粉土為主，局部為粉砂，其形成與鹽漬土成因有關(guān)聯(lián)，鹽漬土雨季脫鹽、旱季返鹽，循環(huán)反復(fù)，使淺表層土體結(jié)構(gòu)遭到破壞，地基強(qiáng)度降低。

表1 軟土分布情況一覽表

2.3 鹽漬土

2.3.1鹽漬土類型

鹽漬土幾乎全部覆蓋山前沖洪積傾斜平原，根據(jù)該片區(qū)域的積鹽范圍、含鹽量和水文地質(zhì)條件，將區(qū)內(nèi)鹽漬土的形成大體歸納為以下三個類型：與地表水有關(guān)的次生鹽漬土、與地下水有關(guān)的次生鹽漬土、原生鹽土。

2.3.2鹽漬土工程特性

鹽漬土是一種不良的工程地質(zhì)土體，其工程性質(zhì)復(fù)雜，土體性質(zhì)呈現(xiàn)各向異性并且呈現(xiàn)易變、吸濕、鹽脹、溶陷、腐蝕等不良工程特性[1]。同時鹽漬土的物理力學(xué)性能還會因氣候、地下水、受力等因素產(chǎn)生顯著變化。根據(jù)鹽漬土所含的易溶鹽成分，可分為氯鹽漬土、硫酸鹽漬土和堿性鹽漬土三個大類，因類型的不同，工程性質(zhì)也不盡相同，對鐵路工程有著不同的影響和危害。

2.3.3鹽漬土場地的類別

本次勘察共采取572組擾動樣品進(jìn)行了易溶鹽含量試驗，其中推薦方案282組、比較方案CK線168組、比較方案C10K線111組，填料5組，風(fēng)積沙6組。橋梁工程設(shè)置于含鹽巖砂巖夾泥巖路段，巖層膠結(jié)差(半成巖)，工程性能接近土層，本次也進(jìn)行了取樣試驗，最大取樣深度達(dá)到49.8 m。

根據(jù)1 m內(nèi)的平均含鹽量DT，鹽分比值(D1，D2)，來劃分鹽漬土場地類型和鹽漬土評價定名如表2所示。

2.3.4鹽漬土對混凝土的腐蝕性評價

據(jù)樣品試驗成果，在垂直深度上，土中易溶鹽的含量具有明顯的差異性，強(qiáng)～超氯鹽漬土，下部含鹽量存在減小的趨勢。

表2 鹽漬土場地分類一覽表

2.4 鹽巖及鹽漬巖

線路經(jīng)過C9K50+350～C9K51+120，C9K57+125～C9K58+390，C9K59+020～C9K61+400三段為鹽巖路基地段，氯鹽鹽巖層厚4 m～7 m，埋藏深度小于5 m，覆蓋層為細(xì)砂、粉土，地下水位較高。

2.5 季節(jié)性凍土

由冷湖氣象資料可知，該區(qū)內(nèi)最大積雪厚度可以達(dá)到22 cm，季節(jié)性凍土最大深度可達(dá)2.21 m。通過勘察發(fā)現(xiàn)C10K29+000～C10K63+180段位于巴侖馬海湖積盆地邊緣，其中C9K38+600～C9K46+100，C9K50+350～C9K51+450，C9K56+750～C9K63+150三段地下水位較高，測繪時見范圍不大、如“平底鍋”狀的沉陷，以及平地上零星分布“土疙瘩”，鹽漬土壤凍融引起的沉陷、鼓脹現(xiàn)象十分明顯。

3 工程處治措施

3.1 路基工程

3.1.1松軟土路基

1)地質(zhì)條件。

松軟土主要分布于C10K29+000～C9K63+180段，松軟土厚度一般在淺層1 m左右，低洼地帶可達(dá)到3 m。同時也屬于鹽漬土場地，松軟土的巖性以細(xì)砂、粉土為主，局部為粉砂，其形成與鹽漬土成因有關(guān)聯(lián)，鹽漬土雨季脫鹽、旱季返鹽，循環(huán)反復(fù)，使淺表層土體結(jié)構(gòu)遭到破壞，地基強(qiáng)度降低。

2)工程地質(zhì)條件評價及措施意見。

全線松軟土、鹽漬土、季節(jié)性凍土分布范圍廣，在地下水埋藏淺的路段，松軟土也是地震液化土；此外，挖方地段半成巖同樣屬于鹽漬土，巖土及地下水具腐蝕性，工程地質(zhì)條件較差。

a.松軟土的治理應(yīng)結(jié)合軟土、鹽漬土、季節(jié)性凍土、地震液化土一并治理，建議加強(qiáng)清表、加強(qiáng)碾壓；局部路段松軟土厚度較深的地段，可考慮以碎石樁加固，或換填A(yù)，B組填料。

b.從盆地內(nèi)地層的沉積環(huán)境來看，雅丹殘丘上分布的半成巖(N2s,N2y,Q1,Q21)本身也是含鹽的，樣品試驗也證實了這點(diǎn)，因此挖方路基段也存在鹽漬土，應(yīng)做好防鹽漬化處理措施。

3.1.2鹽巖軟土路基

1)地質(zhì)條件。

C9K50+350～C9K51+120，C9K57+125～C9K58+390，C9K59+020～C9K61+400三段為鹽巖路基地段，氯鹽鹽巖層厚4 m～7 m，埋藏深度小于5 m，覆蓋層為松軟土，巖性以細(xì)砂、粉土為主。

C9K50+500～C9K51+000段，深度1.5 m～8 m為含粉土鹽巖，8 m～15.5 m為軟塑狀粉質(zhì)黏土，下部為半成巖。鹽巖上界面存在潛水，下界面有承壓—自流水。

2)工程地質(zhì)條件評價及措施意見。

C9K50+500～C9K51+000段地下水位淺，鹽巖上界面覆蓋松軟土，巖性以細(xì)砂、粉土為主，砂土液化等級輕微；鹽巖層之下，分布厚度7.5 m的軟粉質(zhì)黏土，屬鹽漬軟土；地表為鹽漬土場地，季節(jié)性凍土深度221 cm；巖土及地下水具強(qiáng)腐蝕性，工程地質(zhì)條件差。

建議換填鹽巖層上界面的松軟土，下部軟粉質(zhì)黏土快剪C=25 kPa，Φ=13°，檢算后綜合考慮鹽巖路基地段的加固、預(yù)防措施。

3.2 橋梁工程

本線特大橋、大橋均為跨越風(fēng)沙中等危害區(qū)而設(shè)置，橋梁越行于雅丹殘丘與風(fēng)蝕谷地，略高出最大沙丘，橋梁高度一般小于25 m。風(fēng)沙中等危害區(qū)地層巖性相同，地下水深埋，故而地質(zhì)條件基本類似。

1)地質(zhì)條件。

風(fēng)蝕殘丘出露第四系下更新統(tǒng)(Q1)含鹽巖砂巖夾泥巖，膠結(jié)差屬半成巖。由于鹽漬土的積鹽、脫鹽作用，使得淺表層土質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞，故全風(fēng)化層(W4)厚度1 m～3 m，下為弱風(fēng)化層(W2)。

2)地質(zhì)條件評價及工程措施意見。

橋址區(qū)主要工程地質(zhì)問題為風(fēng)沙和土腐蝕性，基巖為半成巖，易風(fēng)化剝落，地下水深埋，工程地質(zhì)條件差。

a.橋梁建議采用樁基礎(chǔ)，置于Q1半成巖地層中。位于風(fēng)蝕谷地風(fēng)積沙層上的墩臺，應(yīng)考慮其流動性，可在一定范圍內(nèi)灌注水泥漿等措施進(jìn)行固沙處理。

b.由于風(fēng)積沙中含鹽，對暴露于地表上的鋼材、混凝土等，應(yīng)有防腐措施。此外，還須考慮風(fēng)沙的磨蝕作用(建議磨蝕環(huán)境M1)，季節(jié)性凍土考慮其凍融環(huán)境。

4 結(jié)語

在此次鐵路沿線地質(zhì)勘察過程中，通過遙感解譯、地質(zhì)調(diào)繪和靜力觸探等勘察手段并結(jié)合室內(nèi)試驗，研究得到了一里坪鐵路沿線的工程地質(zhì)問題并得到以下結(jié)論：

1)鐵路沿線的特殊巖土主要是軟土、松軟土、 鹽漬土、鹽巖及鹽漬巖、季節(jié)性凍土，并得到了各類土體的主要分布狀況。

2)針對以上不良地質(zhì)巖土，提出了對沿線路基工程應(yīng)該結(jié)合橋梁工程的處治措施，指導(dǎo)施工。