中馬鐵路飽和軟黃土淺析

李慎崗

(蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅蘭州　730000)

Analysis of saturated soft loesss in Zhongma railway

LI Shengang

中馬鐵路飽和軟黃土淺析

李慎崗

(蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅蘭州730000)

Analysis of saturated soft loesss in Zhongma railway

LI Shengang

摘要飽和軟黃土在中馬鐵路中具有分布隱蔽、規律性差、工程性質差、危害大、勘察困難等特點，介紹飽和軟黃土在中馬鐵路中的解義、分布、成因、工程特性及其對工程影響情況，確定針對性的勘察方法并提出工程處理措施建議。

關鍵詞中馬鐵路飽和軟黃土成因分析工程特性

中(中川)馬(馬家坪)鐵路是甘肅省首條地方投資鐵路，屬于國鐵I級鐵路，起于新建中川鎮中川北車站，終至永登縣既有蘭新線馬家坪車站。線路總體走向自東向西，自新建中川北車站引出，沿正西方向走行于傾斜平原區，經西小川橫跨東干渠及長澇池，沿長川子溝走行于黃土梁峁區，穿大頭峴，沿砂溝順溝而下，跨連霍高速公路后，進入莊浪河河谷區，于馬家坪車站引入蘭武二線[1]。其中飽和軟黃土主要分布在中馬線后半段的黃土梁峁區及砂溝階地區。

1飽和軟黃土解義

飽和軟黃土與飽和度大于80%、濕陷性已退化的飽和黃土[2]不同，飽和軟黃土是指濕陷性黃土受水浸濕后，未經過較長時間及大的上覆壓力的壓密作用[3]，其濕陷性雖已退化，但大孔隙仍基本保存完整，結構也未徹底破壞，在新增荷載作用下，會出現較大的壓縮變形。當飽和度再度降低到小于70%時，還會完全或部分恢復其濕陷性。而通常的飽和黃土由于早期受水浸濕或濕陷過，并經歷過長期且較大上覆土自重壓力的壓密作用，孔隙比已明顯降低，大孔隙已被壓縮到接近一般黏性土，其壓縮性大大降低，密度顯著增大，不但當前不具濕陷性，即使今后再度失水，也完全不會恢復其濕陷性[4]。而中馬鐵路飽和軟黃土則特指分布在本條鐵路范圍內的由于地表灌溉渠水較長期滲漏淤積，導致在地表下幾米至十幾米甚至幾十米內黃土層出現上層滯水，受上層滯水長期浸泡而飽和變軟的黃土層。

2分布

經地質勘察及施工驗證，本線飽和軟黃土主要分布于黃土梁峁區中的DK88+440～DK93+525段及砂溝階地區中的D1K95+980～D1K96+560段，大體斷續分為8個段落，單個段落長40～800 m不等，合計總長約2.7 km，上覆蓋層厚度多在0～25 m之間，局部30～45 m，飽和軟黃土厚度在2～15 m之間，具有沿渠水(主要為東干渠及其支渠)隨機分布、分布隱蔽、規律性差、上覆層及自身厚度變化范圍大等分布特點。

3成因分析

總體而言，中馬線飽和軟黃土是由于渠水(主要為東干渠及其支渠)滲漏及部分大氣降水及地表灌溉水滲透至地下，并在地表下幾米至十幾米甚至幾十米內黃土中匯聚淤積，在一定時間、一定空間、一定條件下達到相對動態平衡，形成上層滯水，黃土受上層滯水長期浸泡而飽和變軟、性質變化而形成飽和軟黃土[5]，如圖1所示。

圖1　飽和軟黃土成因

4工程特性

由飽和軟黃土分布特點與形成原因可知，其分布隱蔽、規律性差、變化范圍大，且易隨外界水文變化、灌溉渠底不可控滲漏點的增多增大等條件變化而變化，不可控因素多，對其進行準確勘察十分困難。

飽和軟黃土自身具有含水率高、孔隙比較高、中-高壓縮性、承載力低等特性。統計分析表明，飽和軟黃土的含水率多在29.5%～32.5% 之間，其飽和度大多在90%以上;飽和軟黃土多為軟塑和流塑狀態，孔隙比大于0.8;天然含水量與液限非常接近[6]，液限約在30%～32%左右，塑限約在17.5%～20.5%之間，其液性指數常大于0.8;壓縮系數普遍大于0.4 MPa-1，為中偏高壓縮和高壓縮，承載力低。靜力觸探結果顯示，其錐尖阻力qc多在800 kPa以下，相對應基本承載力σ0多在75 kPa以下。

5對工程的危害

飽和軟黃土對工程的危害主要在于其隱蔽性強、精確勘察困難、易被遺漏或夸大，導致勘察設計失真及工程量的增減，甚至遺留安全隱患，易導致出現地面與地基過大沉降及其上構筑物破壞等情況[7]。例如地質調查中鐵路沿線多處分布的地裂縫及黃土錯落溜坍，即是由于其下沉并拉裂而導致出現的外在表現。除此之外，對鐵路工程建設及運營的危害性還體現在由于其較低的承載力及抗剪強度，當其埋深較淺時，一般不能滿足其上構筑物對地基土強度的要求。由于飽和軟黃土層分布不均，層厚變化大，局部呈透鏡體分布，也易導致構筑物不均勻沉降、傾斜或開裂。且由于形成飽和軟黃土的上層滯水一直處于動態平衡中，穩定性差，相應飽和軟黃土層厚度就隨時具有可變性，隨著上層滯水厚度變化而相應增厚及變薄，而無論如何變化，都會引起相對地表及其上構筑物較大的變形，從而形成危害。另外，如果地表截、排水及防滲等措施不當，也極可能會新增飽和軟黃土段落，對已建工程構成較大威脅。總之，飽和軟黃土對鐵路工程勘察設計、施工直至運營均有一定影響及危害性。

6勘察方法要點

多渠道收集、查閱既有可利用資料，搜集大量本線及其臨近既有蘭武二線資料，查閱類似軟弱夾層工程勘察實例，這些既有資料大大豐富了對中馬線整體地質情況及飽和軟黃土的的認識，并可以節省勘察投入，提高勘察效率。

根據其成因及分布規律，確定臨近東干渠及其支渠等重點段落，重點調查、重點突破。

對重點段落結合工程設置綜合運用鉆探及靜力觸探，采用內插法確定飽和軟黃土的分布范圍邊界、分層厚度、硬殼及其下部硬層、變化幅度等[8]，再結合原位測試及室內試驗確定其固結狀態、物理力學性質、水理性質等。

7工程處理措施建議

對于埋深較淺，厚度較薄的飽和軟黃土通常采取先行截排水措施(一般是改渠使之遠離鐵路線路、加固灌溉渠、禁止或減少鐵路周邊灌溉頻次及用量等)再進行翻曬或換填處理等措施。

7.1　樁基處理

橋涵工程在在遭遇飽和軟黃土時，一般直接采取樁基礎穿過軟弱夾層，由于飽和軟黃土呈軟塑、局部流塑狀，樁基處理時，盡量采用靜壓樁，次之采用灌注樁。路基工程一般采取碎石樁處理，由于飽和軟黃土和下部飽和黃土經常同時存在，且厚度較大，孔隙水壓力較大，可能會引起樁的上浮問題，故打樁時宜從中間向外圍依次施工。

7.2　避免擾動

當飽和軟黃土埋深很大、厚度較薄、地表硬層厚度較大、滿足一般路基承載力要求時，應盡量避免對飽和軟黃土的擾動，防止形成“橡皮土”。

7.3　結構措施

由于飽和軟黃土層厚不一，偶爾呈透鏡體分布，容易造成構筑物不均勻沉降、傾斜或構筑物開裂。故在飽和軟黃土段建議增大結構的整體剛度，并根據飽和軟黃土分布范圍和分布厚度優化建筑平面布置。

8結論

地表灌溉渠水滲漏淤積是形成中馬鐵路飽和軟黃土的主要原因，是在一定時間、一定空間、一定條件下達到的相對動態平衡，自身穩定性差，分布隨機、隱蔽、規律性差，上覆層及自身厚度變化范圍大，且具有孔隙比大、含水率高、強度低、壓縮性強、承載力差、呈軟塑或流塑狀態等物理力學特性，對工程影響及危害較大。

針對飽和軟黃土各種特點，通過收集、查閱既有可利用資料，確定重點段落，重點調查、重點突破，并對重點段落結合工程設置綜合運用鉆探、靜力觸探及各種原位測試及室內試驗等，查明飽和軟黃土的分布范圍邊界、分層厚度、硬殼及其下部硬層、變化幅度、固結狀態、物理力學性質、水理性質等。

對飽和軟黃土發育地段，可結合飽和軟黃土發育情況及工程設置，分別采取先截排水、后翻曬或換填處理、樁基處理、避免擾動及采取結構措施等處理方案。

參考文獻

[1]蘭州鐵道設計院有限公司.中川至馬家坪鐵路Ⅱ標段施工圖總說明[R].蘭州：蘭州鐵道設計院有限公司，2013

[2]高虎艷，鄧國華.飽和軟黃土的力學與工程性質分析[J].水利與建筑工程學報，2012，10(3):38-42

[3]常士膘，張蘇民.工程地質手冊：第四版[M].北京:中國建筑工業出版社，2007

[4]吳燕開，陳紅偉，張志征.飽和黃土的性質與非飽和黃土流變模型[J].巖土力學，2004，25(7):1143-1146

[5]于國新，自明洲，許兆義.西安地區飽和軟黃土工程地質特征研究[J].工程地質學報，2006，14(2):196-199

[6]于國新.北環鐵路的工程地質環境[J].鐵道勘察，2005，10(5):39-41

[7]鐵道第一勘察設計院.鐵路工程地質手冊[M].北京:中國鐵道出版社，2002

[8]鐵道第一勘察設計院.TB10012—2007鐵路工程地質勘察規范[S].北京:中國鐵道出版社，2007

中圖分類號：U212.22

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)02-0053-02

作者簡介：李慎崗，男，2005年畢業于長安大學地質工程專業，工程師。

收稿日期：2015-01-13