高速公路沿线特殊地质情况评价研究

张作海 张允阁 董战霞

摘要：本文结合具体工程实际，从高速公路地质选线的角度，对高速公路沿线常见的不良地质和特殊性岩土进行研究，并对不同的情况进行地质评价，对高速公路的设计和施工提出初步处理方法，以便为其他高速公路建设提供经验和借鉴。

关键词：高速公路不良地质 特殊性岩土 地质评价

中图分类号：U416.36+6 文献标识码：A

0 引言

随着我国高速公路通车里程的进一步增长，山区高速公路建设项目也日益增多。不良地质和特殊性岩土是山区高速公路在设计和施工过程中常常遇到的难点问题。以下结合河南省在建的登（封）至汝（州）高速公路，对高速公路沿线的不良地质和特殊性岩土进行评价研究，以期为其他山区高速公路提供经验和借鉴。

1 项目沿线地质地层岩性

登汝高速公路位于郑州登封市和平顶山汝州市，为河南省高速公路网“686”规划其中一纵S49（焦作至桐柏高速公路）登封至汝州段，也是中部地区南北向主要通道的焦作至随州至岳阳高速公路的组成部分，属G55（二广高速）和G4（京港澳高速）的加密通道。项目自S32（永登高速）禹登段卢店单喇叭互通接出，于告成西跨颖河后南行，经白坪乡、大峪乡西，在安沟水库西岸进入北汝河冲积平原，南行搭接G36（宁洛高速）。

由于受构造运动影响，登汝高速公路沿线地层变化较丰富，在中低山地貌区，基岩多出露地表。根据沿线地质调查，路区北部和南部被第四系地层覆盖，高程一般在180-370米之间，北部第四系多由冲洪积为主，厚度一般10-50米左右，南部第四系土层多有残积和洪积为主，厚度一般10-30米左右，局部厚度较大。沿颍河、汝河等河道分布的第四系全新统，岩性主要以粉土、黏性土、砂土和卵、砾石层为主。上更新统多为风力、流水作用及山区残积物质堆积形成，多为黄土状土及粘性土为主，中密、硬塑状，含钙质结核。中更新统主要分布在低山与平原交接的山前平原地区，以坡积和洪积为主。岩性以棕红色、褐红色粉质黏土层，含钙质结核及卵砾石，并夹砂、砂卵石及钙质结核富集层。路区中部主要为中低山地貌，基岩出露，多软硬互层，岩性变化较大，工程性质差别较大。

2 项目沿线不良地质与特殊性岩土

2. 1 不良地质

根据区域地质资料和路线地质调查及勘探结果，项目区内区域地质条件较复杂，地形类型多样、岩性变化繁复，但在本合同段路线范围内自然环境中未发现较大型的不良地质现象，不良地质作用主要为崩塌、滑坡、岩溶、采空区等。

1）崩塌

项目部分路段位于中低山地貌，部分地区地形陡峭，地质构造复杂加之人类活动产生的临空面，为崩塌的形成提供了空间和背景条件。崩塌、落石在项目区多有发生，多属小型崩塌，特别是在上硬下软岩组的陡坡地形区和高角度裂隙发育的陡崖区及发生在脆性岩层中，特别是区域性构造比较发育段，其稳定性差，对路线危害程度一般，主要影响桥梁安全。

2）滑坡

项目区滑坡多属潜在滑坡，覆盖层厚度一般较薄，岩性多以软岩和软硬岩互层为主，在山坡坡脚处易形成松散堆积层，堆积层底面与基岩接触面容易形成滑动面，从而形成滑坡。特别是软质岩石，如片麻岩、片岩等岩石节理裂隙发育，路线多沿冲积沟谷、山脚、半坡穿行，当岩体走向与路线走向小角度相交时，便会产生顺层边坡，挖方段存在滑坡、崩塌等的可能性。其对路线危害程度较严重，主要影响桥梁安全和路基安全。

3）岩溶

项目区部分路段岩性以寒武系石灰岩为主，加之线路区域内构造带发育，张应力、张扭应力、扭应力集中，裂隙密集。地表水、地下水多由山坡沿冲沟部位向坡脚洼地处径流运移，岩溶有自高处向低处发展的趋势。坡脚洼地处地表水、地下水强烈富集，岩溶多沿水流汇集方向、沿层间不同层理接触面、构造裂隙发育带发育，并且地表前部向深部发展。山麓斜坡岩溶表现为地表溶沟、溶槽出露，而坡脚低洼部位表现为岩溶，地下暗河及落水洞，其对路线的危害一般。

4）采空区

项目区部分路段存在采空区地表沉陷，主要为地下矿层大面积采空后，上部岩层失去支撑，产生移动变形，原有平衡条件被破坏，随之产生弯曲，塌落，以致发展到使地表下沉变形。塌陷坑在地表上表现为凹陷盆地形态，剖面形态为缓漏斗状，其四周略高，中间稍低，由于开采煤层厚度不同，覆盖层厚薄不一，形成不同程度的塌坑和积水湖，若干个塌陷坑连为一体，形成大的塌陷区。其对路线的危害程度严重。

2. 2 特殊性岩土

根据区域地质资料和路线地质调查及勘探结果，项目区内区域地质条件较复杂，地形地貌类型多样，存在特殊性岩土主要为湿陷性黄土和软弱土。

1）黄土

根据区域地质资料及土工实验，路区黄土多分布于断陷盆地和山前倾斜平原，岩性为第四系上更新统黄土状土为主，厚度变化较大，一般5-10米左右。黄土呈中密状，较硬，直立性好，力学强度较高，湿陷系数一般0.84%-2.78%，为轻微湿陷，湿陷量49.8-268.0毫米，主要为非自重Ⅰ级湿陷，局部为Ⅱ级湿陷。

2）软弱土

根据区域地质资料及钻孔资料，路区软弱土多分布在线路南段北汝河冲洪积平原阶地。岩性以粉质粘土、粉土为主，软弱土多呈透镜体存在，工程地质性质较差，影响路基和涵洞基础的稳定性。

3 特殊地质工程地质条件评价

3.1 不良地质

1）崩塌

项目部分路段位于中低山地貌，基岩多有出露，岩性以砂岩、片麻岩、石英片岩等为主，岩体节理、裂隙较发育，多强风化-中风化，极易产生崩塌。路线在该区域通过时，对发现的可能发生崩塌、落石的小型岩块或岩体进行爆破清除，减少因岩体开挖而发生崩塌和落石的影响，若崩塌、落石岩体的范围较大时可采取拉网锚固等措施进行处理。

2）滑坡

项目部分路段滑坡多为潜在滑坡，岩体顺层滑坡主要表现为风化破裂岩层沿下伏倾斜岩层的层面或软弱结构面下滑，碎裂状结构的风化岩体沿软弱结构面产生的滑坡。除地形临空、构造裂隙分割、层面产状等地质因素外，滑坡破坏的主要诱发因素为降水、流水冲蚀坡脚以及工程施工。建议设计和施工时，采取加固和抗滑等措施处理潜在的滑坡和滑塌岩土体。

3）岩溶

项目区部分路段岩性以寒武系灰岩为主，节理、裂隙密集，构造裂隙发育带发育，山麓斜坡岩溶表现为地表溶沟、溶槽出露，而坡脚低洼部位表现为岩溶，地下暗河及落水洞。建议对对已发现的小型溶洞和溶槽进行填筑处理，大型溶洞以桥梁跨越方法通过。

4）采空区

通过野外地质调查，路线部分区域存在煤矿采空区，地表多发生塌陷情况，该采空区开采煤层为二1煤和一3煤，路线经过路段上部主要以粉质黏土和碎石为主，粉质黏土多呈可塑状，碎石多呈中密-密实状，覆盖层厚度大约5-10米左右。其顶板以二叠系太原组（P）砂岩为主，砂岩饱水单轴抗压强度30-50Mpa，岩体节理裂隙发育。该采空区埋深280-350米，开采厚度大约1-3.5米，采厚比大约56-70。附近村庄多发生地表沉陷，房屋多出现裂缝。其危害程度属严重，该采空区属欠稳定-不稳定，发生地面沉陷等地质灾害的可能性大，危险性大。影响桥梁的安全和路基的稳定性，因此，建议路线避让该采空区。如果线位无法避让，建议采取注浆法进行采空区处理。

3.2 特殊性岩土

1）黄土

路区黄土多分布于断陷盆地和山前倾斜平原，岩性为第四系上更新统黄土状土为主，主要为非自重Ⅰ级湿陷。对线路路基工程，填方路段可采用挤密灰土桩或强夯进行处理，挖方路段边坡可按《公路路基设计规范》有关要求进行分析验算其稳定性，酌情采用适当的防护处理，在边沟加铺防渗布，设置排水沟等进行处理。对涵洞、通道基底范围内大面积存在湿陷性黄土的，可采用重锤夯实，并采取防水和结构措施进行处理。

2）软弱土

路区软弱土多分布在线路南段汝河冲洪积平原阶地，岩性以粉质粘土、粉土为主，埋深大约5米左右，水深一般4米左右，工程地质性质较差。对于线路区软弱土路基工程建议验算总变形量和工后变形量，并依此再酌情采用复合地基，并辅以加铺土工材料的垫层过渡处理。对于涵洞通道工程，建议根据基底压力、持力层容许承载力、下卧层强度验算及地基变形量，酌情采用复合地基处理。

4 结语

高速公路是线性工程，跨越区域广，工程质量与沿线地质情况密切相关，而选线工作是所有工作中的重中之重。因此，为了充分发挥公路工程的功能性，就要求设计人员不仅要严格坚持地形选线，更应该密切结合路区地质情况，时刻注重地质选线。

参考文献：

[1] JTG D30-2004. 公路路基设计规范[S].

[2] JTG C20-2011. 公路工程地质勘察规范[S].

[3] JTG/T D31-02-2013. 公路软土地基路堤设计与施工技术细则[S].