库区公路工程地质问题思索

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1概述

丹江口水利枢纽工程位于湖北省丹江口市，按国家批准分两期开发。初期工程于1958年动工兴建，1973年建成投入运行，正常蓄水位157m，死水位140m。作为南水北调中线水源工程，丹江口大坝加高14．6m后，正常蓄水位上升到170m。丹江口水库正常蓄水位抬高至170m后部分沿江公路将被淹没，造成交通中断，为避免公路淹没对地方经济发展造成不利影响，需对沿江已建公路进行复建。拟建公路东起河南省淅川县，西至大石桥乡(图1)。设计长度35．205km，路面宽9m，路基宽12m，设计车速60km/h(局部地形地质条件复杂地段40km/h)。拟建公路沿线布置有涵洞、桥梁、挡墙等。

2地质概况

2．1地形地貌

本线路经过的地貌单元有鹳河及丹江阶地、丘陵、低山岗地和冲沟等，地形起伏较大。海拔最高处为雷锋垭，高程约236m，最低处为郭嘉渠附近，高程约160m。

2．2地层岩性

线路沿线地层变化较大，从中生代到古生代均有出露，公路沿线分布地层见表1。

2．3地质构造

工程区位于秦岭褶皱系的东边，处于南秦岭印支冒地槽褶皱带之中，北边邻近礼县—榨水华力西优地槽褶皱带和北秦岭加里东褶皱带。2．4水文地质特征由鹳河及丹江阶地、丘陵和岗地、冲沟地貌组成，丘陵和岗地地形起伏大，且沟谷发育，区内地表水排泄条件好。地下水按赋存介质分为第四系孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水。地下水埋深0．5～2．0m，受大气降水补给，水量受降水影响较大，雨季水量大，旱季水量较小。总体上该类地下水贫乏，沿线未见基岩裂隙水以井、泉的形式排泄。岩溶水主要发育在灰岩区，多以泉水形式出露，公路沿线共出露岩溶泉水4处，流量180～350L/min，其中王泉的流量最大，达到约3000L/min。

3主要工程地质问题及工程处理措施

线路存在的主要工程地质问题为膨胀土、软土、滑坡、岩溶、路基不均匀沉降和稳定、顺向坡稳定性、深路堑等。

3．1膨胀土问题

(1)膨胀土沿线分布广泛，线路长度共计12．97km，约占全线长度的36．83%。主要为第四系中上更新统冲积(Q2+3al)粘土层，根据室内试验成果，该土层自由膨胀率41%～49%，具弱膨胀性。该粘土层野外特征为:黄色、棕黄色，局部含姜石，土体微裂隙发育，裂隙走向不规则，局部见灰白色斑块，地表土体干燥时呈坚硬状，雨后呈软可塑状，下部土体呈硬塑—可塑状。膨胀土是一种十分特殊的粘性土，它具有遇水膨胀、失水收缩以及超固结、裂隙发育等特征;研究表明，膨胀土的上述特征是由其自身的矿物成分以及特殊的空隙结构所引起［1］。膨胀土对水的敏感性较强，承载力随含水量的增加而降低，且土体内微裂隙发育，易沿裂隙面破坏，在线路上易引起的问题有路面不均匀变形，挖方段边坡失稳，产生浅层滑坡等。

(2)针对沿线膨胀土路基存在的工程地质问题，提出如下处理措施:①换土，对路床超挖0．3～0．6m，改换成非膨胀土或改良的膨胀土，及时进行分层回填和压实;②边坡形式可采用直线式、折线式、阶梯式，边坡坡比1∶2～1∶2．5，并对边坡进行防护，如挡墙、切石护坡等;③做好路基、路堑边坡坡面的排水措施等。

3．2软土问题

(1)沿线软土段长约266．8m，约占全线长度的0．76%。主要为第四系全新统(Q42al)淤泥质土，分布于沟谷内，层厚1～8．1m，具有触变性、流变性、高压缩、低强度、低透水、不均匀性等特点;本段线路软土的压缩系数达0．61～0．76，具高压缩性。在软土层上筑路和修建涵洞，易引起路面不均匀沉降变形以及涵洞变形破坏的问题。

(2)对软土堤基的处理可选用基础加深、换垫、袋装砂井、灰土桩、砂桩、碎石桩及预制桩等［2］。处理方案应根据当地的地质、水文、施工机具、材料及环境等条件进行经济、技术比较，依据先简后繁、就地取材的原则决定对于地下处理方案，应注意各段间的缓和过渡以减少段间的差异沉降，当单一的处理方案无法满足稳定与沉降要求时，可采用多种措施组合应用。

3．3岩体崩塌及滑坡

测区内共发现斜坡岩体崩塌1处、危岩体1处、滑坡3处。

(1)沿线滑坡发育形成机理与其所处的地形地貌、地层岩性、构造、地下水的活动密切相关。线路经过的地貌单元有鹳河及丹江阶地、丘陵和低山岗地和冲沟等，地形起伏较大，地表覆盖第四系粘土、亚粘土和碎石类土等，下伏白垩系—下第三系(K+E)粉砂质泥岩，地表冲沟发育，地形坡度较陡，在降雨及人为因素影响下，极易形成滑坡。沿线滑坡分布见表2。如西营滑坡，为一岩土质滑坡。滑坡前缘高程171．5m，后缘高程198．1m，滑体厚度5～8m，为一中型滑坡。滑体物质为含碎石粘土、碎石土、碎块石及粉砂质泥岩等，滑面基本沿第四系土体与K+E岩体分界面，并切割了部分碎块石土层和K+E强风化岩体，以滑坡前缘的冲沟为剪出口。该滑坡在近十年仍有滑移迹象，尤其是在暴雨后，已将滑坡体内开挖的水井错断移位近4m。线路选择时对于滑坡应首先选择绕避的原则。绕避困难地段，对小型滑坡应采取清除，大型滑坡应进行综合治理，后缘削坡减压，前缘反压等，必要时可设置挡土墙、抗滑桩等，并做好地下地表水及施工组织设计。

(2)岩体崩塌主要位于桩号K28+900～K28+915路段内侧边坡，由奥陶系灰岩组成。该段岩体发育两组节理裂隙，裂隙产状为210°∠78°、350°∠74°，与层面切割构成独立的松动块体。目前已有块体崩落现象发生，建议对松动岩块进行清除或锚固。危岩体分布在桩号K31+610～K31+620路段坡面上，由奥陶系的灰岩组成，位于土夜狐洞(溶蚀洞穴)西侧，高10m、宽20m、厚2．5m。现处于潜在不稳定状态，建议对该危岩体进行清除治理。

3．4岩溶

(1)可溶性碳酸盐在沿线分布广泛，以石炭系(C)灰岩和奥陶系(O)灰岩、角砾状灰岩等可溶性碳酸盐为主。据钻探揭露和线路地质调查，岩溶中等发育—弱发育，岩溶以小规模溶蚀为主，地表常见的有溶沟、溶槽，其中以顺坡向发育最为广泛，延伸长度＞3m;钻探揭露溶洞高度一般0．2～4m，无水，部分充填粘土、碎石等。测区有4处岩溶水出露，分布于奥陶系(O)灰岩地段，流量180～3000L/min。

(2)路线经过溶洞、溶沟、溶槽区域，对无充填或填充粘土、碎石的溶蚀孔洞，承载力低，不易作为桥基，必要时可根据地质条件对溶洞进行灌浆回填处理。对溶沟、溶槽地段可刻槽后用混凝土回填处理，刻槽溶度一般为2倍的溶沟或溶槽宽度。桥位区桥基持力层一般应避开岩溶发育段，将基础置于一定厚度的完整岩体上，并施工阶段对岩溶区的桥梁墩桩基础以下进行钻探，保证基础下无溶洞发育或岩桥有足够的厚度。

3．5路基不均匀沉降和稳定问题

线路经过区域地势起伏较大，斜坡分布较广，在基岩斜坡上筑路，多为半挖半填，路基一半为基岩，一半为相对松散填方堆积物，强度不均一，将存在路基不均匀沉降问题，造成路面变形。为减小回填引起的不均匀沉降问题，对回填料的选择一般应采用砂砾及塑性指数和含水量符合规范的土，不使用淤泥、沼泽土、冻土、有机土、含草皮土、生活垃圾等;并对回填土进行分层填筑、分层碾压、夯实。同时做好工程竣工后对高填方路段的沉降观测工作。

3．6顺向边坡稳定性问题

沿线基岩顺向坡分布较多，共1．65km，占线路总长的4．69%。地形坡度一般为20°～40°，坡高10～40m，下伏基岩为白垩系—下第三系(K+E)泥质粉砂岩，岩层倾角一般为10°～35°。在顺向坡段中，多数处于自然稳定状态。当公路施工对边坡进行切角开挖，部分顺向坡段岩层倾角较大，且小于坡角，易导致临空的岩体失稳、滑动，危害公路施工和正常运营。对于顺向坡，宜提高路面高程，尽量减少顺向坡的切角及高度，并对临空的岩体进行支护处理。

3．7深路堑

根据线路设计，线路开挖将形成28处深路堑，开挖深度6～19m，其中岩质边坡13段，土质边坡15段。对于边坡分布岩性为泥质粉砂岩、砂砾岩和页岩的岩体，其抗风化能力差，风化速度快，强风化带一般较厚，强风化深度2．5～5．0m，部分页岩强风化带厚度可达10m左右，强风化岩体破碎、强度低，边坡开挖后将存在崩塌、掉块等不稳定问题。对于土质边坡，坡体主要由第四系粘性土组成，多数坡段粘性土具有弱膨胀性，该类土的裂隙发育，其力学性质不稳定，开挖形成边坡后，由于改变了其自然状态及内部应力状态，导致土体中的裂隙更为发育，地表水更易渗入土体，降低其抗剪强度等力学性质，土体会向剪切破坏方向发展。对深路堑，考虑公路施工过程中和建成后的影响，应对边坡采取挡土墙支护、锚固，设置排水沟，坡脚设置碎石土落台等措施。

4结论

通过对拟建公路沿线的地质勘察，线路通过地区地形起伏，地貌多变，岩性复杂，不良地质和特殊岩土广布;膨胀土、软土、滑坡、岩溶、顺向坡等是线路主要工程地质问题。工程建设在一定程度上会产生新的地质灾害，如高填路基、深路堑、滑坡、崩塌等，同时会加剧软土、膨胀土地质灾害，且随着地下水的不断开采，工程建设改变地下水的流向等，有可能诱发新的岩溶地面塌陷等问题。对沿线的工程地质问题采取有效的治理方法，关系库区公路的正常使用，但公路建设对自然的改变和破坏是持续的，带来的工程地质问题将长期影响库区公路的正常通行，还需对线路沿线进行监测，并采取合理的治理措施。