干旱荒漠區路基弱膨脹性泥巖地質勘查探討

摘要：基于新疆S21阿勒泰至烏魯木齊新建公路部分段路基土地質條件，進行挖方段路基泥巖膨脹性初判及沿線地質勘查問題的分析探討。結果表明，干旱荒漠區路基弱膨脹性泥巖地質勘查，應在地質調繪、鉆探的基礎上適當加大原位測試，以提升勘探精度，縮短地質勘查周期，以便為弱膨脹性泥巖路基土加固處理方案設計及路基穩定性提升提供依據。

關鍵詞：干旱荒漠區;路基;弱膨脹性泥巖;地質勘查

1" "工程背景

新疆S21阿勒泰至烏魯木齊公路主線為新建高速公路，二期工程主線路線總體自北朝南布設，主線起點K0+000位于奎阿高速（G3014線）K439+212.7處舊路中心位置，設置福海南樞紐互通式立體交叉后，路線一直朝南布設，并在K104+300處設置3個停車區后布設至二期工程終點位置，S21二期項目主線終點樁號為K113+349.826，與S21一期工程起點位置相接，二期工程主線全長約113.35km。

該區內路線主要以路基形式通過。區內第四系全新統沖洪積砂土及礫卵石層，稍濕稍密，工程地質性質較差。泥巖、砂巖屬半成巖，成巖時期短，成巖作用差，泥質膠結，抗風化能力弱，工程地質性質稍好。區內巖層產狀水平，無斷層、褶皺等地質構造發育，未見滑坡、崩塌等不良地質作用或地質災害發育，分布有特殊巖土鹽漬土，鹽漬土為中亞硫酸鹽漬土。

2" "挖方段路基泥巖膨脹性初判

該公路路基挖方段沿線緩丘自然坡度平緩，且無明顯的天然陡坎，地表有裂隙，邊坡土出露部分顯示出部分干旱荒漠區路基弱膨脹性泥巖特性。現場取回風化泥巖塊進行室內浸水試驗，巖塊快速崩解，且干燥后體積收縮較大，初步判定該公路路基長挖方段泥巖具有膨脹性。

根據《鐵路工程特殊巖土勘察規程》，若軟弱巖土所包含的親水礦物質較多，含水率改變后體積變化明顯，遇水快速膨脹、軟化并崩解，失水后又快速收縮開裂，則應按照膨脹性泥巖進行勘察。該規程所給出的膨脹性泥巖判定標準[1]表1所示。

項目沿線泥巖露頭位于K94+100～K97+100段，在K69+240～K78+180段下部也有發育。經取樣測試，其自由膨脹率為42.1%～45.09%，均大于30%，飽和吸水率為16.12%，根據《鐵路工程特殊巖土勘察規程》，屬易崩解巖石、弱膨脹性。膨脹性巖土具有吸水膨脹、失水收縮特性，易造成路堤開裂、邊坡失穩等災害，嚴重影響其后期運營，必須對泥巖進行加固及隔斷，使其各項性能均滿足路基穩定性要求。

干旱荒漠區路基弱膨脹性泥巖引起的路基鼓脹，在工程建設領域較為罕見，記載少，相關研究成果也較少，國內外對于弱膨脹性泥巖工程性能的研究尚處于起步階段，更無統一的路基弱膨脹性泥巖分類標準，設計方面也只是采用換填、截水、排水、保濕等常規性處理措施[2]。基于此，本文主要結合國內外既有的泥巖工程特性研究成果，對該干旱荒漠區段泥巖地基地質勘查問題進行探討，為泥巖加固處理及路基穩定性的提升提供依據。

3" "沿線地質勘查

干旱荒漠區路基弱膨脹性泥巖地質勘查技術，主要包括地質調查測繪、鉆探、原位測試及室內土工試驗等。考慮到干旱荒漠區路基弱膨脹泥巖與膨脹土，在物質組分、構造、物理力學性能、成巖程度等方面存在共性，也存在差異，且膨脹性泥巖中含有親水性礦物，泥巖具有吸水膨脹、軟化等特性，所以各種勘查方法的應用與常規地質勘查基本一致。

3.1" "鉆探技術

鉆探是進行干旱荒漠區地基弱膨脹性泥巖地質勘查的主要方式，為保證所獲取地勘資料的可靠性，應在鉆探過程中減少對土樣的不利擾動，保證所取得芯樣完整。同時，還應采取有效措施克服弱膨脹性泥巖強風化、遇水易崩解、軟弱濕陷等不良問題。

3.1.1" "鉆探及取樣工具

干旱荒漠區弱膨脹性泥巖具有易風化、遇水易崩解的特性，長期性能不穩定，所以無法適應大型機具進出，只能采用性能可靠、結構簡單、分解性強的小型機械。

在弱膨脹性泥巖發育地段進行取樣勘查，應使用直徑至少為108mm、壁厚1.25～2.0mm的固定活塞式的薄壁取土器，采取原狀土樣，以減少對土體的擾動。干旱荒漠區弱膨脹性泥巖中常摻雜粉土或砂土夾層，所以鉆探取樣過程中必須注意對砂層的鑒別。

一般而言，對于無摻雜層或少摻雜層的巖層，應當通過標準貫入試驗進行土樣密度測試，并取擾動土樣進行顆粒分析試驗。對于摻雜淤泥等成分的巖層，應利用內環刀式取砂器取原狀土，并通過室內土工試驗進行性能測試。

3.1.2" "鉆探及取樣方法

干旱荒漠區弱膨脹性泥巖鉆孔應通過干法鉆進，對于常年處于地下水位以下的飽和性黏土，可改用泥漿護壁鉆進。弱膨脹性泥巖發育地區地下水位埋藏較深，泥巖地層基本位于地下水位以上，淤泥質黏土滲透性差，其含水率受泥漿的影響不明顯，所以干旱荒漠區弱膨脹性泥巖鉆探基本采用泥漿鉆進，對于粉土夾層軟黏土應干法鉆進。

干旱荒漠區弱膨脹性泥巖鉆探取樣過程中，為避免對土樣的不利擾動，應在接近取土深度前避免鉆具下壓及沖擊孔底，且在取樣前通過無水鉆進方式清孔，并根據地層實際情況，選擇采用快速壓入法、重錘一擊法、重錘少擊法盡快取樣。

3.2" "原位測試技術

為較好保持原狀土天然應力狀態，應采用原位測試技術。其測定結果具有較好的代表性，并對室內土工試驗起到補充作用。根據工程區巖土條件、類似工程經驗及方法本身的適用性，進行原位測試方法選擇。對于干旱荒漠區路基弱膨脹性泥巖地質勘查，較為常用的原位測試技術包括靜力觸探、十字板剪切試驗等。

本新建高速公路S21二期工程主線主要采用靜力觸探測試技術，即利用貫入阻力和土體工程特性之間的相關關系，進行路基土力學分層、土體強度、地基承載力、沉樁阻力等的估算。靜力觸探試驗還能根據孔壓消散程度，進行原位土固結系數的確定，為路基弱膨脹土變形沉降評價提供原位測試指標。

為保證原位測試試驗結果的準確性，在測試時，應保證靜力觸探孔深度達到軟土分布層，以靜力觸探孔為參數孔和技術孔進行地質層次劃分，并起到對照、印證土層物理力學指標與土層名稱、厚度是否相符的作用。

參數孔應設置在鉆探孔點周圍5.0m范圍內，且觸探孔間距應能對橫向、縱向地質斷面及地層分界范圍的區分起到配合作用。本新建公路路基弱膨脹性泥巖地質靜力觸探孔縱向間距控制[3]標準見表2。為保證檢測效果，簡單場地需按照1個/km的數量增設靜力觸探孔，復雜場地應按照2個/km的數量增設靜力觸探孔。

3.3" "地質勘查結果

所進行的地質勘查及試驗結果顯示，干旱荒漠區路基弱膨脹性泥巖結構致密，成巖過程中包含部分結合水，且大氣對地表巖體影響深度淺。通常形成地下水隔水層，自然狀態下的弱膨脹性泥巖浸水速度緩慢，遇水后膨脹性能表現不明顯，且巖塊遇水發生崩解。一旦出現膨脹，便會從巖轉變為土，且不具有從土轉變為巖的逆轉特性。

弱膨脹性泥巖長期暴露后會發生失水收縮變形及遇水膨脹，引發路基及路塹邊坡失穩。通常情況下，弱膨脹性泥巖所具有的濕脹干縮性僅出現在受大氣影響的深度范圍內，大氣影響深度以下地層含水率較為穩定，故脹縮性極小。而工程所在新疆地區尚無大氣影響深度準確判定的可靠資料，故本分析中大氣影響深度，按照一般場地大氣影響深度不超過5m的情況確定。

4nbsp; 結論

綜上所述，干旱荒漠區路基弱膨脹性泥巖對工程施工質量存在較大危害，在工程施工前必須采用綜合勘查技術加強地質勘查，加大原位測試，提升勘測精度，縮短勘查周期，并在相關規范的基礎上，適當增加橫向勘測點布設。應根據勘查結果為干旱荒漠區路基弱膨脹性泥巖加固及隔斷提供依據，以使其各項性能均滿足路基穩定性要求。

參考文獻

[1] 中鐵地基勘察設計院集團有限公司.鐵路工程特殊巖土勘察規程（TB10038-2012）[S].中國鐵道出版社.2012.

[2] 張廣豐.干旱區高速鐵路膨脹性泥巖路基處理措施研究[J].鐵道工程學報.2016（10）：45-50.

[3] 中交第一公路勘察設計研究院.公路工程地質勘察規范（JTG"C20-2011）[S].人民交通出版社.2011.