黄土地区常见工程地质问题的浅析及对策事项

摘要：本文从黄土的微观结构特征出发，系统阐述了黄土地区主要工程地质问题，接着研究了黄土地区常见工程地质问题的对策。

关键词：黄土地区；工程地质；对策

中图分类号：E271文献标识码： A

一、前言

工程地质问题的解决措施是保证工程质量优劣的首要前提，工程质量的优劣不仅关系到施工耽误的生存发展，而且关系到国家和人民群众的利益。

二、黄土的微观结构特征

1、孔隙的类型

黄土孔隙按其成因可分为原生孔隙及次生孔隙两大类。次生孔隙这类孔隙的孔壁主要由次生碳酸钙组成。一种是非晶质碳酸钙孔隙沉淀，常呈管道状；一种为结晶质碳酸钙沿孔隙生长呈晶簇状。此外，还可以看到少量由植物遗体和粘土构成的孔壁。原生孔隙是按照碎屑颗粒的排列方式，原生孔隙可分为支架孔隙，镶嵌孔隙和胶结孔隙。

2、孔隙的大小类型

有特大孔隙、大孔隙、中孔隙、小孔隙及微孔隙之分。特大孔隙：孔隙一般大于250微米，在剖面上自上而下显著地减少。大孔隙：孔隙在16到25微米之间，在剖面上自上而下减少。中空隙：孔径在4到16微米之间，在剖面上自上而下减少。小孔隙：孔隙为1到4微米，在剖面上自上而下逐渐增多。微孔隙：孔径一般小于1微米，在剖面上自上而下显著增多。从孔隙的类型来讲，支架孔隙是引起黄土湿陷的主要孔隙，从孔隙的大小来讲，大孔隙和中孔隙则是引起黄土湿陷的主要孔隙。

三、黄土地区主要工程地质问题

1、黄土的湿陷性

由于黄土特殊的成因和结构,它的压密变形表现为压缩变形和湿陷变形。所谓湿陷变形是指黄土在一压力作用下,浸水产生显著附加下沉的现象。这种特有性质,是黄土工程地质研究的主要课题。

（一）、湿陷系数

黄土的湿陷系数是研究与评价黄土湿陷性的重要参数,它的含义可以粗略地概括为单位厚度土层的湿陷值,也就是相对湿陷值。相对湿陷值是指浸水产生附加的变形与浸水前的土样厚度相比较而言的。黄土的湿陷系数,用途很广泛,可以用来衡量黄土是不是具有湿陷性,确定湿陷性黄土层的厚度与深度界限,确定湿陷性强烈程度等等。

（二）、湿陷起始压力

湿陷起始压力,顾名思义是指黄土受水浸湿开始发生湿陷的最小压力,但实用中通常是指在一定湿陷变形情况下开始发生较显著湿陷时的压力。湿陷起始压力在非自重湿陷性黄土场地地基设计、消除建筑物地基湿陷量的地基处理措施选择等方面有着广泛的应用。初测中,根据我院在黄土地区已有的工程实践经验,结合沿线黄土的分布特征,对沿线不同时代和成因的黄土均测定了湿陷起始压力。

（三）、黄土的湿陷类型和湿陷程度

湿陷类型的研究,关系到对湿陷性的评价问题。如前所述,沿线各地貌单元上分布着时代、成因不同的黄土,它们的湿陷特征,诸如湿陷系数、湿陷起始压力、湿陷变形发生、发展的速度、湿陷延续时间及强烈程度等,是有较明显差别的,它们的湿陷类型也不尽相同。不同湿陷类型的黄土,工程上采取的措施是不一样的。因此,正确划分沿线黄土的湿陷类型,对指导铁路工程建设有十分重要的意义。

（四）、湿陷土层厚度

湿陷土层厚度是指湿陷系数大于或等于0.015的湿陷土层的累积厚度,也就是湿陷性黄土的下部界限。沿线湿陷性黄土层的厚度,与它分布的地貌单元、沉积厚度、成因及湿陷类型有关,一般是黄土台源、高阶地上的湿陷土层厚度大于低阶地上的。

（五）、湿陷性黄土工程地质分区

湿陷性黄土的工程地质分区,可以以黄土湿陷等级为基础,结合地形地貌、地层岩性、湿陷土层厚度等来进行,同时还应考虑影响湿陷性的某些因素。

(六)、黄土湿陷的原因与机理

湿陷原因与机理问题,是湿陷性黄土研究领域中的一个基本课题。从本世纪30年现黄土的湿陷性以来,不同学者就力图通过各种途径,包括最新技术的应用,来探求这个问题,对黄土湿陷原因与机理的认识,可以归纳为以下几点:干旱、半干旱的气候环境,使黄土堆积具备了欠压密的大孔隙结构,这是黄土产生湿陷的一个重要条件。黄土在荷载和浸水作用下,结构连接的松弛和强度的削弱是产生湿陷变形的基本原因。黄土微结构特征的不同,即组成黄土骨架颗粒的成分、形态、颗粒间连接的性质,孔隙发育状况的不同,湿陷变形发生的迟缓和剧烈程度就不同。在有侧限的压缩实验中,土的压缩变形本质上是一种粒间受剪现象,能够引起变形的应力大小决定于土的抗剪强度。所以,土的凝聚力和内摩擦力,是影响这种变形的基本因素。在荷载和浸水联合作用下,由于土的结构连接强度的进一步削弱破坏而发生的湿陷变形,则是一个较复杂的物理化学过程。从这个意义上讲,黄土湿陷的机理及原因,至今并未了解得十分清楚。

2、黄土斜坡变形

郑西客运专线(陕西境内段)走行于渭河阶地、洪积扇及黄土台源区,在河谷斜坡、沟谷岸边、破碎的源边,都分布有不同地质时期的大量的斜坡变形体或正在发育的新的斜坡变形体,摸清沿线黄土斜坡变形的分布规律,分析影响斜坡稳定的因素,预测可能产生斜坡变形的地带,是黄土地区工程地质研究的又一重要课题,对工程地质选线工作大有裨益。

（一）、沿线黄土斜坡变形的类型

郑西客运专线沿线地处渭河平原区,地形较为平坦开阔,斜坡变形主要出现在黄土台源边、源上深切沟谷岸坡、台源与阶地、高阶地与低阶地的接触带。主要有滑坡、错落、崩塌、溜坍及坡面冲刷等几种类型。其中滑坡、错落、崩塌三种现象危害最大,冲刷及溜坍一般为长期缓慢的侵蚀过程,但长年累月发展扩大也会引起斜坡的严重变形。本次勘察对源边规模较大的滑坡(如张家岭滑坡)、黄土源上斜坡变形较剧烈的深切沟内(如远望沟不良地质体)对线路影响较大,均予以了绕避。

（二）、斜坡变形产生的原因

黄土斜坡变形产生的原因,无外乎黄土特有的性质、微地貌条件、斜坡过高过陡、水文地质条件、风化作用、地表径流冲刷、排水不良及地震作用影响等因素,归纳起来,可以总结为内在因素、外界条件和人为影响三个主要方面。

3、人为坑洞

沿线黄土人为红洞主要有窑洞、古墓穴、盗墓坑、井、人防工程(地道)、地窖等,黄土残源区、高阶地区局部零星分布。对线路有一定影响。

4、地震液化

沿线地震动峰值加速度值为0.20g,地震动反应谱特征周期0.35s。渭河河漫滩及一级阶地地下水位以下分布的塑性指数扣小于10的砂质黄土根据静力触探及标贯资料,局部地段的具地震液化性;沿线渭河比较大的支流如撞洛沟、磨沟河及罗敷河等的一级阶地上也有零星的砂质黄土地震液化层分布。此外黄土下部广泛分布的饱和粉土,松散一稍密粉、细砂、中砂层,部分地段也具地震液化现象.

四、黄土地区常见工程地质问题的对策

1、选线原则

黄土地区的工程地质条件较为复杂，在选线阶段，应尽可能利用宽坦河谷、较宽沟谷及地下水不发育的分水岭地区。凡是强烈发育的黄土沟谷及由含水土层构成的分水岭带，应设法绕避。渭洛河特大桥位于渭河冲积平原东南部，东起大荔县西侧，西至西安市临潼区新丰镇，东西走向，桥址起迄里程为 DK757+850.54 至DK829+193.44，中心里程为 793+521.99,全长为 71.3429km。该工点桥梁所跨道路主要有：G108 国道、渭蒲高速（在建）、S201 省道、S107 省道、关中环线等。桥梁所跨既有铁路线有：渭化专用线、何零联络线、西延联络线、包西联络线、侯西联络线,桥梁所跨越的河流主要有：洛河、渭河等,交通较为便利。但总的来看，线路方案的选择是比较合理的。

2、工程措施的选择

如前所述，在黄土地区常见的工程地质问题主要的有湿陷性、不良地质（人工坑洞）、地震液化、松软土层，局部地段还存在着斜坡变形的现象。线路通过上述不良地质和特殊岩土地段时，对工程完工后沉降有特殊要求的客运专线来说，为了保证工程的安全、可靠、合理、可行。给工程设计理念和工程地基处理措施提出了新的要求。下面对上述不良地质和特殊岩土处理方法简要介绍。

（一）、湿陷性黄土的工程处理措施

黄土湿陷性对工程的危害主要是浸水后使建筑物产生不均匀沉降或突然沉陷。采取的基础处理方法要根据土层物理力学指标、湿陷土层厚度等因素，经沉降检算，结合工程设置情况选择采取科学的地基处理方法。常用灰土挤密桩法、强夯法、重锤夯实法、土、灰土垫层法和桩基法等。当地基处理措施不能完全保证沉降要求时，宜采用刚架线路通过或桥通过。

（二）、不良地质（人工坑（洞））的工程处理措施

对线路分布的人工坑（洞），可采用人工回填夯实的方法。

（三）、地震液化层的工程处理措施

地震液化层常用的工程处理方法为振冲碎石桩法、振冲沉管砂石桩法、爆破法等。

（四）、松软土工程处理措施

松软土和软土一般表现为强度低，具中、高压缩性，不能满足客运专线路基工程沉降的严格要求时。可采用换填、强夯或碎石桩、粉喷桩等措施进行处理，对于某些埋深和厚度较大、处理困难，经路基检算后仍难以控制沉降的地段，则需考虑以桥通过。

五、结束语

从实践出发对当前黄土地区常见工程地质问题以及措施等相关知识，进行了粗略的分析和研究。综上分析，着手解决地质问题工作的主要任务是运用科学的方法，促进技术工作的开展。

参考文献：

[1] 钱鸿缙,王继唐.湿陷性黄土地基[M].中国建筑工业出版社,2005.

[2] 林在贯.黄土湿陷性及其湿度的关系[J].水文地质工程地质,2000

[3] 赵景波,陈 云.黄土的孔隙与湿陷性研究[J].工程地质学报,2004