埃塞俄比亚至吉布提铁路(Dire Dawa-Dawanle段)膨胀土特性研究

高冬平(中土集团福州勘察设计研究院有限公司，福建福州　350013)Study of Properties of Expansive Soil on the Ethiopia to Djibouti Railway

(Dire Dawa-Dawanle Segment)

GAO Dongping

埃塞俄比亚至吉布提铁路(Dire Dawa-Dawanle段)膨胀土特性研究

高冬平(中土集团福州勘察设计研究院有限公司，福建福州350013)Study of Properties of Expansive Soil on the Ethiopia to Djibouti Railway

(Dire Dawa-Dawanle Segment)

GAO Dongping

摘要对本项目范围内膨胀土的特性进行分析研究，提出其与国内膨胀土及当地黑棉土的差异，为本项目膨胀土路基设计提供了合理的处理措施。

关键词埃塞俄比亚膨胀土工程特性

1概述

膨胀土(Expansive soil)是指土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成，具有吸水显著膨胀软化和失水急剧收缩开裂，并能产生往复胀缩变形的高塑性黏性土。含有大量的亲水矿物(蒙脱石和伊利石)是构成膨胀土的物质基础，显著的胀缩特性、强度衰竭性是膨胀土区别于普通黏性土的重要特征。我国膨胀土主要分布于云南、广西、珠江流域，以及陕西、湖北汉江流域一带。从全球范围看，膨胀土在东部非洲及印度、澳大利亚等地分布较广泛，成为当地主要工程地质问题之一。近年来，我国勘察设计企业越来越多地参与海外铁路、公路工程项目，正确认识工程项目所在区域膨胀土的工程特征具有十分重要的意义。

埃塞俄比亚至吉布提铁路是参照中国Ⅱ级铁路标准设计的一条西起埃塞俄比亚首都亚的斯，东至吉布提港口的客货共线电气化铁路，其中Diredawa-Dawanle段全长204 km，起点位于埃塞俄比亚东部城市Diredawa，经过Ayisha，终点位于与埃塞俄比亚接壤的吉布提边境小镇Dawanle。Diredawa-Ayisha段主要为冲洪积平原区，其表层主要为第四系可塑—硬塑的粉质黏土，下伏基岩为第三系(N)的玄武岩、泥岩、砾岩等。Ayisha-Dawanle段主要为低缓浅丘区，表层主要为坡残积的粉质黏土、碎块石，下伏基岩为第三系(N)的玄武岩，上白垩系(Ka)的泥质砂岩、砂岩等。

根据初、定测勘察成果，本段膨胀土主要分布在Diredawa-Ayisha段冲洪积平原区，其表层分布的灰褐色、灰色粉质黏土多具有膨胀性，从宏观地貌地质特征来看，与国内基本类似，其出露地区地形平缓、宽阔，膨胀土多呈灰褐色、灰色，旱季具多裂隙结构，部分垂直裂隙可达60 cm。

Diredawa-Ayisha段全长约160 km，膨胀土分布地段全长约102 km，约占线路全长的64%。

2沿线气象特征

沿线属于干旱—半干旱的热带沙漠—热带草原性气候，由西向东，年平均气温逐渐升高，德雷达瓦的年平均气温为23.3 ℃；一般3～5月气温最高，11～1月气温较低。大部分地区分为两个季节，10～5月为旱季，6月～9月为雨季，年降雨量由西向东逐渐减少。

3主要指标分析

对Diredawa-Ayisha段分布于表层的粉质黏土分成五段分别进行取样测试，按《铁路工程土工试验规程》(TB10102—2010)要求进行相应指标的测试，测试结果如表1。

表1　沿线膨胀土主要测试指标平均值

从表1可以看出，段落(1)、(2)各项指标比较接近，而段落(3)、(4)、(5)比较接近。从区域地质资料及现场勘探结果看，段落(1)(2)下伏基岩及周边地区出露地层岩性为第三系泥岩、砾岩，此段冲洪积地区其物质来源也多为第三系泥岩、砾岩；而(3)、(4)、(5)段落下伏基岩及周边出露地层多为第三系玄武岩，此段其冲洪积地区物质来源也多为第三系玄武岩。因此，两段膨胀土指标的差异性与冲洪积物质来源有密切的关系，原岩岩性对于膨胀土矿物成分有较大的影响，从而进一步影响其膨胀潜势。

4膨胀潜势划分

《膨胀土地区建筑技术规范》(GB50112—2013)对于膨胀土膨胀潜势分级规定如表2。

表2　《膨胀土地区建筑技术规范》膨胀土膨胀潜势分级标准

《铁路工程特殊岩土勘察规程》(TB10038—2012)对于膨胀土膨胀潜势分级规定如表3。

表3　《铁路工程特殊岩土勘察规程》膨胀土膨胀潜势分级标准

注：当土质符合表列任意2项以上指标时，即判定为该等级。

按以上两种规范，对各段膨胀潜势判定如表4。

表4　沿线膨胀土膨胀潜势分级

从表4可以看出，按两种规范进行判别，其最终结果会有较大的差异，有的甚至相差两档，例如段落(4)按《膨胀土地区建筑技术规范》(GB50112—2013)判定为弱膨胀潜势，而按《铁路工程特殊岩土勘察规程》(TB10038—2012)则判定为强膨胀潜势。

由于《膨胀土地区建筑技术规范》(GB50112—2013)中只根据单一指标自由膨胀率进行膨胀潜势判定，而自由膨胀率测定的实验操作过程受其他因素干扰较大，该指标的可靠性也存在一定争议。有研究表明，单纯采用自由膨胀率对膨胀土进行分类时常会产生一定的误判，鉴于本项目按中国铁路标准进行建设，对膨胀土膨胀潜势进行判定时应按照铁路标准执行，采用三种指标综合判定。

想要对农作物的产量进行有效地提升，那么就一定要做好相关的施肥管理工作，进行科学合理的施肥。对于那些比较敏感的农作物，一定要小心谨慎的进行施肥，选择适当的肥料，进而对其生长质量进行有效地提升。同时还要注意肥料的使用量，切记不能进行过度施肥。

5与黑棉土的特性差异

埃塞东部高原地区广泛分布有一种俗称“黑棉土”的膨胀性土，其工程特性与本段膨胀土类似，均具有天然密度小、天然孔隙比大，有中—强膨胀性、中等—高压缩性等特征，对工程建设有较大的影响，但其与本段分布的膨胀土间存在一定的差异。首先从颜色上来看，黑棉土的颜色上更深，其基本上呈现灰黑色、黑色；其次从分布区域上来看，其一般分布在低缓丘陵区，主要为坡残积成因，而本段膨胀土主要分布在冲洪积平原区，为冲洪积成因；从自由膨胀率方面来说，黑棉土的自由膨胀率一般大于80%，而本段膨胀土其自由膨胀率一般介于40%～80%之间。

6膨胀土路基设计原则

根据国内外路基工程建设经验，控制膨胀土不发生剧烈的干湿循环，减少对膨胀性地层的人为干扰，是膨胀土地区路基设计的出发点。

基于对上述膨胀土的特性研究，结合当地实际情，参照《铁路特殊路基设计规范》(TB10035—2006)，对本线膨胀土路基采取了以下设计原则：

(1)全线路基地段不得采用膨胀土作为路基填料。

(2)路基基床表层、及底层全部换填符合铁路标准要求的材料。

(3)基床底层的换填措施，对于弱中膨胀土处理厚度不应小于0.5 m，强膨胀土处理厚度不小于基床底层深度。

(4)加强引排地下水及坡面积水，同时在基床底层顶面及换填底面全断面铺设一层中粗砂夹复合土工膜封闭。

7结束语

通对本段膨胀土特性进行研究，分析《铁路工程特殊岩土勘察规程》与《膨胀土地区建筑技术规范》中对膨胀土判定的差异性，并对产生差异性的原因进行阐述，同时提出其与“黑棉土”的差异，为本段膨胀土路基设计提出了合理的设计原则，对类似地区铁路项目的膨胀土路基勘察设计有一定的指导及借鉴意义。

参考文献

[1]TB10102—2010铁路工程土工试验规程[S]

[2]GB50112—2013膨胀土地区建筑技术规范[S]

[3]TB10038—2001铁路工程特殊岩土勘察规程[S]

[4]TB10035—2006铁路特殊路基设计规范[S]

[5]桂金祥，杨英.大丽铁路玄武岩全风化带膨胀土的工程特性及治理[J].铁道勘察，2005(1)

[6]张英春，等.太中银铁路膨胀土(岩)地层膨胀潜势探讨[J].铁道勘察，2007(3)

[7]徐正宣，等.埃塞俄比亚铁路黑棉土勘察方法及工程特性研究[J].铁道工程学报，2014(2)

[8]宋茂兴，等.埃塞俄比亚膨胀土判别及处理方法在AK97公路项目的应用[J].中华民居，2014(1)

中图分类号：TU195

文献标识码：A

文章编号：1672-7479(2015)03-0013-02

作者简介：高冬平(1972—)，男，1996年毕业于西南交通大学水文地质与工程地质专业，工学学士，高级工程师。

收稿日期：2015-03-16