庫區公路工程地質問題思索

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1概述

丹江口水利樞紐工程位于湖北省丹江口市，按國家批準分兩期開發。初期工程于1958年動工興建，1973年建成投入運行，正常蓄水位157m，死水位140m。作為南水北調中線水源工程，丹江口大壩加高14．6m后，正常蓄水位上升到170m。丹江口水庫正常蓄水位抬高至170m后部分沿江公路將被淹沒，造成交通中斷，為避免公路淹沒對地方經濟發展造成不利影響，需對沿江已建公路進行復建。擬建公路東起河南省淅川縣，西至大石橋鄉(圖1)。設計長度35．205km，路面寬9m，路基寬12m，設計車速60km/h(局部地形地質條件復雜地段40km/h)。擬建公路沿線布置有涵洞、橋梁、擋墻等。

2地質概況

2．1地形地貌

本線路經過的地貌單元有鸛河及丹江階地、丘陵、低山崗地和沖溝等，地形起伏較大。海拔最高處為雷鋒埡，高程約236m，最低處為郭嘉渠附近，高程約160m。

2．2地層巖性

線路沿線地層變化較大，從中生代到古生代均有出露，公路沿線分布地層見表1。

2．3地質構造

工程區位于秦嶺褶皺系的東邊，處于南秦嶺印支冒地槽褶皺帶之中，北邊鄰近禮縣—榨水華力西優地槽褶皺帶和北秦嶺加里東褶皺帶。2．4水文地質特征由鸛河及丹江階地、丘陵和崗地、沖溝地貌組成，丘陵和崗地地形起伏大，且溝谷發育，區內地表水排泄條件好。地下水按賦存介質分為第四系孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水。地下水埋深0．5～2．0m，受大氣降水補給，水量受降水影響較大，雨季水量大，旱季水量較小。總體上該類地下水貧乏，沿線未見基巖裂隙水以井、泉的形式排泄。巖溶水主要發育在灰巖區，多以泉水形式出露，公路沿線共出露巖溶泉水4處，流量180～350L/min，其中王泉的流量最大，達到約3000L/min。

3主要工程地質問題及工程處理措施

線路存在的主要工程地質問題為膨脹土、軟土、滑坡、巖溶、路基不均勻沉降和穩定、順向坡穩定性、深路塹等。

3．1膨脹土問題

(1)膨脹土沿線分布廣泛，線路長度共計12．97km，約占全線長度的36．83%。主要為第四系中上更新統沖積(Q2+3al)粘土層，根據室內試驗成果，該土層自由膨脹率41%～49%，具弱膨脹性。該粘土層野外特征為:黃色、棕黃色，局部含姜石，土體微裂隙發育，裂隙走向不規則，局部見灰白色斑塊，地表土體干燥時呈堅硬狀，雨后呈軟可塑狀，下部土體呈硬塑—可塑狀。膨脹土是一種十分特殊的粘性土，它具有遇水膨脹、失水收縮以及超固結、裂隙發育等特征;研究表明，膨脹土的上述特征是由其自身的礦物成分以及特殊的空隙結構所引起［1］。膨脹土對水的敏感性較強，承載力隨含水量的增加而降低，且土體內微裂隙發育，易沿裂隙面破壞，在線路上易引起的問題有路面不均勻變形，挖方段邊坡失穩，產生淺層滑坡等。

(2)針對沿線膨脹土路基存在的工程地質問題，提出如下處理措施:①換土，對路床超挖0．3～0．6m，改換成非膨脹土或改良的膨脹土，及時進行分層回填和壓實;②邊坡形式可采用直線式、折線式、階梯式，邊坡坡比1∶2～1∶2．5，并對邊坡進行防護，如擋墻、切石護坡等;③做好路基、路塹邊坡坡面的排水措施等。

3．2軟土問題

(1)沿線軟土段長約266．8m，約占全線長度的0．76%。主要為第四系全新統(Q42al)淤泥質土，分布于溝谷內，層厚1～8．1m，具有觸變性、流變性、高壓縮、低強度、低透水、不均勻性等特點;本段線路軟土的壓縮系數達0．61～0．76，具高壓縮性。在軟土層上筑路和修建涵洞，易引起路面不均勻沉降變形以及涵洞變形破壞的問題。

(2)對軟土堤基的處理可選用基礎加深、換墊、袋裝砂井、灰土樁、砂樁、碎石樁及預制樁等［2］。處理方案應根據當地的地質、水文、施工機具、材料及環境等條件進行經濟、技術比較，依據先簡后繁、就地取材的原則決定對于地下處理方案，應注意各段間的緩和過渡以減少段間的差異沉降，當單一的處理方案無法滿足穩定與沉降要求時，可采用多種措施組合應用。

3．3巖體崩塌及滑坡

測區內共發現斜坡巖體崩塌1處、危巖體1處、滑坡3處。

(1)沿線滑坡發育形成機理與其所處的地形地貌、地層巖性、構造、地下水的活動密切相關。線路經過的地貌單元有鸛河及丹江階地、丘陵和低山崗地和沖溝等，地形起伏較大，地表覆蓋第四系粘土、亞粘土和碎石類土等，下伏白堊系—下第三系(K+E)粉砂質泥巖，地表沖溝發育，地形坡度較陡，在降雨及人為因素影響下，極易形成滑坡。沿線滑坡分布見表2。如西營滑坡，為一巖土質滑坡。滑坡前緣高程171．5m，后緣高程198．1m，滑體厚度5～8m，為一中型滑坡。滑體物質為含碎石粘土、碎石土、碎塊石及粉砂質泥巖等，滑面基本沿第四系土體與K+E巖體分界面，并切割了部分碎塊石土層和K+E強風化巖體，以滑坡前緣的沖溝為剪出口。該滑坡在近十年仍有滑移跡象，尤其是在暴雨后，已將滑坡體內開挖的水井錯斷移位近4m。線路選擇時對于滑坡應首先選擇繞避的原則。繞避困難地段，對小型滑坡應采取清除，大型滑坡應進行綜合治理，后緣削坡減壓，前緣反壓等，必要時可設置擋土墻、抗滑樁等，并做好地下地表水及施工組織設計。

(2)巖體崩塌主要位于樁號K28+900～K28+915路段內側邊坡，由奧陶系灰巖組成。該段巖體發育兩組節理裂隙，裂隙產狀為210°∠78°、350°∠74°，與層面切割構成獨立的松動塊體。目前已有塊體崩落現象發生，建議對松動巖塊進行清除或錨固。危巖體分布在樁號K31+610～K31+620路段坡面上，由奧陶系的灰巖組成，位于土夜狐洞(溶蝕洞穴)西側，高10m、寬20m、厚2．5m。現處于潛在不穩定狀態，建議對該危巖體進行清除治理。

3．4巖溶

(1)可溶性碳酸鹽在沿線分布廣泛，以石炭系(C)灰巖和奧陶系(O)灰巖、角礫狀灰巖等可溶性碳酸鹽為主。據鉆探揭露和線路地質調查，巖溶中等發育—弱發育，巖溶以小規模溶蝕為主，地表常見的有溶溝、溶槽，其中以順坡向發育最為廣泛，延伸長度＞3m;鉆探揭露溶洞高度一般0．2～4m，無水，部分充填粘土、碎石等。測區有4處巖溶水出露，分布于奧陶系(O)灰巖地段，流量180～3000L/min。

(2)路線經過溶洞、溶溝、溶槽區域，對無充填或填充粘土、碎石的溶蝕孔洞，承載力低，不易作為橋基，必要時可根據地質條件對溶洞進行灌漿回填處理。對溶溝、溶槽地段可刻槽后用混凝土回填處理，刻槽溶度一般為2倍的溶溝或溶槽寬度。橋位區橋基持力層一般應避開巖溶發育段，將基礎置于一定厚度的完整巖體上，并施工階段對巖溶區的橋梁墩樁基礎以下進行鉆探，保證基礎下無溶洞發育或巖橋有足夠的厚度。

3．5路基不均勻沉降和穩定問題

線路經過區域地勢起伏較大，斜坡分布較廣，在基巖斜坡上筑路，多為半挖半填，路基一半為基巖，一半為相對松散填方堆積物，強度不均一，將存在路基不均勻沉降問題，造成路面變形。為減小回填引起的不均勻沉降問題，對回填料的選擇一般應采用砂礫及塑性指數和含水量符合規范的土，不使用淤泥、沼澤土、凍土、有機土、含草皮土、生活垃圾等;并對回填土進行分層填筑、分層碾壓、夯實。同時做好工程竣工后對高填方路段的沉降觀測工作。

3．6順向邊坡穩定性問題

沿線基巖順向坡分布較多，共1．65km，占線路總長的4．69%。地形坡度一般為20°～40°，坡高10～40m，下伏基巖為白堊系—下第三系(K+E)泥質粉砂巖，巖層傾角一般為10°～35°。在順向坡段中，多數處于自然穩定狀態。當公路施工對邊坡進行切角開挖，部分順向坡段巖層傾角較大，且小于坡角，易導致臨空的巖體失穩、滑動，危害公路施工和正常運營。對于順向坡，宜提高路面高程，盡量減少順向坡的切角及高度，并對臨空的巖體進行支護處理。

3．7深路塹

根據線路設計，線路開挖將形成28處深路塹，開挖深度6～19m，其中巖質邊坡13段，土質邊坡15段。對于邊坡分布巖性為泥質粉砂巖、砂礫巖和頁巖的巖體，其抗風化能力差，風化速度快，強風化帶一般較厚，強風化深度2．5～5．0m，部分頁巖強風化帶厚度可達10m左右，強風化巖體破碎、強度低，邊坡開挖后將存在崩塌、掉塊等不穩定問題。對于土質邊坡，坡體主要由第四系粘性土組成，多數坡段粘性土具有弱膨脹性，該類土的裂隙發育，其力學性質不穩定，開挖形成邊坡后，由于改變了其自然狀態及內部應力狀態，導致土體中的裂隙更為發育，地表水更易滲入土體，降低其抗剪強度等力學性質，土體會向剪切破壞方向發展。對深路塹，考慮公路施工過程中和建成后的影響，應對邊坡采取擋土墻支護、錨固，設置排水溝，坡腳設置碎石土落臺等措施。

4結論

通過對擬建公路沿線的地質勘察，線路通過地區地形起伏，地貌多變，巖性復雜，不良地質和特殊巖土廣布;膨脹土、軟土、滑坡、巖溶、順向坡等是線路主要工程地質問題。工程建設在一定程度上會產生新的地質災害，如高填路基、深路塹、滑坡、崩塌等，同時會加劇軟土、膨脹土地質災害，且隨著地下水的不斷開采，工程建設改變地下水的流向等，有可能誘發新的巖溶地面塌陷等問題。對沿線的工程地質問題采取有效的治理方法，關系庫區公路的正常使用，但公路建設對自然的改變和破壞是持續的，帶來的工程地質問題將長期影響庫區公路的正常通行，還需對線路沿線進行監測，并采取合理的治理措施。