黃土地區鐵路建設中重大工程地質問題的研究

彭選

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

黃土地區鐵路建設中重大工程地質問題的研究

彭選

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

黃土地區的工程地質問題很多,因此黃土地區的鐵路工程建設常常會出現多種工程病害,給鐵路運營和養護帶來了較大的危害。本文針對黃土地區比較常見的地質問題,基于黃土地區鐵路工程建設選線與工程設置的基本原則,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黃土路基的處置方案,僅作參考。

黃土地區 鐵路建設 地質問題 地基處置

黃土的形成來自于第四紀，主要在干旱或半干旱地區。該土體呈淡黃色、褐黃色或深黃色，以粉質顆粒為主，含有豐富的碳酸鈣成分，大空隙、垂直節理發育是其主要特點。由于黃土分布廣泛，工程特性獨特，因而在工程建設中極受關注。黃土地區涉及重大工程地質問題的研究十分豐富，從多年來有關黃土地區建設高標準、高等級的鐵路工程實踐中也出現了很多棘手的新問題，這些問題都需要采取新型處置措施進行合理梳理，極具現實意義。

1 黃土地區重大工程地質問題歸納

黃土地區重大工程地質問題涉及問題很多，與普通地區工程地質問題比較而言，既有共同點，也有特殊性。比較常見的工程地質問題包括濕陷性土、飽和土、松軟土、斜坡形變、泥流問題、陷穴問題和砂質土地震液化等。

1.1 濕陷性土

濕陷性土常出現于新土或新近堆積土，這種地質問題在鐵路建設中應給予足夠的重視和評價。濕陷性土厚度與分布地貌單元、濕陷類型和沉積層厚度關系緊密。通常，黃土的臺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級濕陷自重為主，土層厚度一般為10～30m不等，局部地區可以超過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，仍呈現飽和狀態，一般飽和度不低于80%。它的主要地質問題主要體現在強度很小、壓縮性很大，完全不能滿足構筑物對地基的承載要求，必需嚴格處置。

1.3 松軟黃土

松軟黃土是定義在鐵路建設中一種針對地基強度判別的概念。從既有工程的勘察報告中看出，因新近堆積土或新土因黃土獨有的特性和沉積條件的影響，所以 PS ≤ 3MPa或［ σ］≤ 180kPa 。因此，對于松軟黃土地基不能滿足鐵路建設路基形變控制要求的，需嚴格處置地基。

1.4 斜坡形變

斜坡形變主要包括滑坡、錯落、崩塌、溜塌和破面沖刷等形式，它作為黃土地區工程地質問題最為突出的一種，主要出現在塬邊、河流和谷崖邊等部位，發現規律與地區地層構造和黃土獨有的抗水流侵潤沖刷有關。存在斜坡形變的黃土地區，鐵路建設所面臨的影響是巨大的，需高度關注。

1.5 泥流問題

黃土地區的水土流失情況嚴重，部分崖邊形變產生沖溝，特別在強降水作用下很容易形成泥流問題，對于上部構造物的影響很大，因此在工程通過沖溝位置要設置橋涵時應多加注意，預留足夠的凈空。

1.6 陷穴問題

黃土陷穴問題主要集中于塬上、高階邊緣和沖溝內，沖溝內的陷穴多以串珠形狀散布，下部貫通。陷穴的發育是濕陷性和地表水滲透作用的產物，尤其對斜坡地帶影響巨大，需仔細查明發育原理與狀態，及時整治。陷穴在斜坡和緩坡地帶呈密集發育，通常囊括既有形變體和正在發育的形變體，鐵路建設工程勘察應給予重點關注，特別是工程選線方案的制定多以避讓為主。

1.7 砂質土地震液化

砂質土屬于可液化地層的范疇，七級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行地震液化的判別，然后依據判定結果制定相應的防液化整治方案。

2 黃土地區中鐵路建設工程選線及設置

2.1 工程選線

首先，應用遙感技術判釋，并通過地面測繪、理清工作區域內的地貌、地形和地質條件，特別是滑坡和錯落地質現象的發育，應避讓深谷、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置在地形完整、山體穩定和排水便利的地帶，從而保證工程選線方案的穩定性。其次，對擬定選線方案輔以地面測繪、物探和其他鉆探手段，詳細調查工程沿線的地質情況，重點對路塹、橋臺和隧道洞口仰坡的穩定條件進行勘察，進一步細化方案內容，以此優化和比選最佳線路方案。

2.2 工程設置

黃土地區中鐵路建設工程設置的基本原則是：宜橋則橋，宜隧則隧，宜路則路。工程設置不應排水條件方面做出過多的改變，盡量做到合理可行，不可人為減少排水橋涵工程的數量。反之，在對排水系統設置中還需進一步加強，特別是路基排水和橋涵工程要形成完美對接。除此以外，排水天溝的設置不宜以人工回填土方，而逆向的排水溝不宜設計太長。

3 濕陷性黃土地基的處置辦法與適用條件

濕陷性黃土地基對于工程建設的危害不言而喻，其主要包括因濕陷引起地基下沉進而導致構筑物基礎的不均勻沉降問題。對于這類問題的處置原則是盡量消除濕陷性，比較常見的處置辦法有土灰擠密樁、土灰墊層、預浸水和樁基礎等。

(1)土灰擠密樁。本法擁有原位處置和處置深度大等優勢，主要適用于濕陷性深度在5～15m以內且處于地下水位以上的黃土地基。另外，地基含水量超過24%，或飽和度超過65%均不得選擇此法；(2)土灰墊層。本法最為常見，主要被應用于厚度1～3m以內的黃土地基；(3)預浸水。本法主要利用自重濕陷的原理。施工前，對大面積地基進行預先浸水，使其產生自重濕陷，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的地基，主要缺點在于需要用水、工期較長；(4)樁基礎。利用樁基礎穿透黃土地基，將上部構造物的荷載通過樁端傳遞給堅實土層，這樣的做法可無視地基的浸水問題，安全性高和施工速度快是其主要優勢。然而，樁基礎施工成本較高的特點也不得不考慮到經濟是否合理。因此，對于上部構荷載大或浸水可能性較大的重要構筑物，考慮樁基礎處置不良地基是較為合理的。

4 結語

綜上所述，以黃土地區鐵路建設中重大工程地質問題研究展開論述，歸納黃土地區重大工程地質問題，剖析黃土地區中鐵路建設工程選線及設置原則，并就濕陷性黃土地基的處置辦法與適用條件作簡略探討，指出結合工程重要程度和其他地基要求制定相應的合理的黃土地基處置方案，以此達到科學合理且經濟可行的目的。

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[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].陜西交通職業技術學院學報,2011,(3).

彭選(1981—),男,漢族,河南新鄉原陽人,學士學位,工程師,2005年畢業于華北水利水電學院巖土工程系土木工程專業,畢業后至中鐵工程設計咨詢集團有限公司從事地質類工作。