中马铁路饱和软黄土浅析

李慎岗

(兰州铁道设计院有限公司，甘肃兰州　730000)

Analysis of saturated soft loesss in Zhongma railway

LI Shengang

中马铁路饱和软黄土浅析

李慎岗

(兰州铁道设计院有限公司，甘肃兰州730000)

Analysis of saturated soft loesss in Zhongma railway

LI Shengang

摘要饱和软黄土在中马铁路中具有分布隐蔽、规律性差、工程性质差、危害大、勘察困难等特点，介绍饱和软黄土在中马铁路中的解义、分布、成因、工程特性及其对工程影响情况，确定针对性的勘察方法并提出工程处理措施建议。

关键词中马铁路饱和软黄土成因分析工程特性

中(中川)马(马家坪)铁路是甘肃省首条地方投资铁路，属于国铁I级铁路，起于新建中川镇中川北车站，终至永登县既有兰新线马家坪车站。线路总体走向自东向西，自新建中川北车站引出，沿正西方向走行于倾斜平原区，经西小川横跨东干渠及长涝池，沿长川子沟走行于黄土梁峁区，穿大头岘，沿砂沟顺沟而下，跨连霍高速公路后，进入庄浪河河谷区，于马家坪车站引入兰武二线[1]。其中饱和软黄土主要分布在中马线后半段的黄土梁峁区及砂沟阶地区。

1饱和软黄土解义

饱和软黄土与饱和度大于80%、湿陷性已退化的饱和黄土[2]不同，饱和软黄土是指湿陷性黄土受水浸湿后，未经过较长时间及大的上覆压力的压密作用[3]，其湿陷性虽已退化，但大孔隙仍基本保存完整，结构也未彻底破坏，在新增荷载作用下，会出现较大的压缩变形。当饱和度再度降低到小于70%时，还会完全或部分恢复其湿陷性。而通常的饱和黄土由于早期受水浸湿或湿陷过，并经历过长期且较大上覆土自重压力的压密作用，孔隙比已明显降低，大孔隙已被压缩到接近一般黏性土，其压缩性大大降低，密度显著增大，不但当前不具湿陷性，即使今后再度失水，也完全不会恢复其湿陷性[4]。而中马铁路饱和软黄土则特指分布在本条铁路范围内的由于地表灌溉渠水较长期渗漏淤积，导致在地表下几米至十几米甚至几十米内黄土层出现上层滞水，受上层滞水长期浸泡而饱和变软的黄土层。

2分布

经地质勘察及施工验证，本线饱和软黄土主要分布于黄土梁峁区中的DK88+440～DK93+525段及砂沟阶地区中的D1K95+980～D1K96+560段，大体断续分为8个段落，单个段落长40～800 m不等，合计总长约2.7 km，上覆盖层厚度多在0～25 m之间，局部30～45 m，饱和软黄土厚度在2～15 m之间，具有沿渠水(主要为东干渠及其支渠)随机分布、分布隐蔽、规律性差、上覆层及自身厚度变化范围大等分布特点。

3成因分析

总体而言，中马线饱和软黄土是由于渠水(主要为东干渠及其支渠)渗漏及部分大气降水及地表灌溉水渗透至地下，并在地表下几米至十几米甚至几十米内黄土中汇聚淤积，在一定时间、一定空间、一定条件下达到相对动态平衡，形成上层滞水，黄土受上层滞水长期浸泡而饱和变软、性质变化而形成饱和软黄土[5]，如图1所示。

图1　饱和软黄土成因

4工程特性

由饱和软黄土分布特点与形成原因可知，其分布隐蔽、规律性差、变化范围大，且易随外界水文变化、灌溉渠底不可控渗漏点的增多增大等条件变化而变化，不可控因素多，对其进行准确勘察十分困难。

饱和软黄土自身具有含水率高、孔隙比较高、中-高压缩性、承载力低等特性。统计分析表明，饱和软黄土的含水率多在29.5%～32.5% 之间，其饱和度大多在90%以上;饱和软黄土多为软塑和流塑状态，孔隙比大于0.8;天然含水量与液限非常接近[6]，液限约在30%～32%左右，塑限约在17.5%～20.5%之间，其液性指数常大于0.8;压缩系数普遍大于0.4 MPa-1，为中偏高压缩和高压缩，承载力低。静力触探结果显示，其锥尖阻力qc多在800 kPa以下，相对应基本承载力σ0多在75 kPa以下。

5对工程的危害

饱和软黄土对工程的危害主要在于其隐蔽性强、精确勘察困难、易被遗漏或夸大，导致勘察设计失真及工程量的增减，甚至遗留安全隐患，易导致出现地面与地基过大沉降及其上构筑物破坏等情况[7]。例如地质调查中铁路沿线多处分布的地裂缝及黄土错落溜坍，即是由于其下沉并拉裂而导致出现的外在表现。除此之外，对铁路工程建设及运营的危害性还体现在由于其较低的承载力及抗剪强度，当其埋深较浅时，一般不能满足其上构筑物对地基土强度的要求。由于饱和软黄土层分布不均，层厚变化大，局部呈透镜体分布，也易导致构筑物不均匀沉降、倾斜或开裂。且由于形成饱和软黄土的上层滞水一直处于动态平衡中，稳定性差，相应饱和软黄土层厚度就随时具有可变性，随着上层滞水厚度变化而相应增厚及变薄，而无论如何变化，都会引起相对地表及其上构筑物较大的变形，从而形成危害。另外，如果地表截、排水及防渗等措施不当，也极可能会新增饱和软黄土段落，对已建工程构成较大威胁。总之，饱和软黄土对铁路工程勘察设计、施工直至运营均有一定影响及危害性。

6勘察方法要点

多渠道收集、查阅既有可利用资料，搜集大量本线及其临近既有兰武二线资料，查阅类似软弱夹层工程勘察实例，这些既有资料大大丰富了对中马线整体地质情况及饱和软黄土的的认识，并可以节省勘察投入，提高勘察效率。

根据其成因及分布规律，确定临近东干渠及其支渠等重点段落，重点调查、重点突破。

对重点段落结合工程设置综合运用钻探及静力触探，采用内插法确定饱和软黄土的分布范围边界、分层厚度、硬壳及其下部硬层、变化幅度等[8]，再结合原位测试及室内试验确定其固结状态、物理力学性质、水理性质等。

7工程处理措施建议

对于埋深较浅，厚度较薄的饱和软黄土通常采取先行截排水措施(一般是改渠使之远离铁路线路、加固灌溉渠、禁止或减少铁路周边灌溉频次及用量等)再进行翻晒或换填处理等措施。

7.1　桩基处理

桥涵工程在在遭遇饱和软黄土时，一般直接采取桩基础穿过软弱夹层，由于饱和软黄土呈软塑、局部流塑状，桩基处理时，尽量采用静压桩，次之采用灌注桩。路基工程一般采取碎石桩处理，由于饱和软黄土和下部饱和黄土经常同时存在，且厚度较大，孔隙水压力较大，可能会引起桩的上浮问题，故打桩时宜从中间向外围依次施工。

7.2　避免扰动

当饱和软黄土埋深很大、厚度较薄、地表硬层厚度较大、满足一般路基承载力要求时，应尽量避免对饱和软黄土的扰动，防止形成“橡皮土”。

7.3　结构措施

由于饱和软黄土层厚不一，偶尔呈透镜体分布，容易造成构筑物不均匀沉降、倾斜或构筑物开裂。故在饱和软黄土段建议增大结构的整体刚度，并根据饱和软黄土分布范围和分布厚度优化建筑平面布置。

8结论

地表灌溉渠水渗漏淤积是形成中马铁路饱和软黄土的主要原因，是在一定时间、一定空间、一定条件下达到的相对动态平衡，自身稳定性差，分布随机、隐蔽、规律性差，上覆层及自身厚度变化范围大，且具有孔隙比大、含水率高、强度低、压缩性强、承载力差、呈软塑或流塑状态等物理力学特性，对工程影响及危害较大。

针对饱和软黄土各种特点，通过收集、查阅既有可利用资料，确定重点段落，重点调查、重点突破，并对重点段落结合工程设置综合运用钻探、静力触探及各种原位测试及室内试验等，查明饱和软黄土的分布范围边界、分层厚度、硬壳及其下部硬层、变化幅度、固结状态、物理力学性质、水理性质等。

对饱和软黄土发育地段，可结合饱和软黄土发育情况及工程设置，分别采取先截排水、后翻晒或换填处理、桩基处理、避免扰动及采取结构措施等处理方案。

参考文献

[1]兰州铁道设计院有限公司.中川至马家坪铁路Ⅱ标段施工图总说明[R].兰州：兰州铁道设计院有限公司，2013

[2]高虎艳，邓国华.饱和软黄土的力学与工程性质分析[J].水利与建筑工程学报，2012，10(3):38-42

[3]常士膘，张苏民.工程地质手册：第四版[M].北京:中国建筑工业出版社，2007

[4]吴燕开，陈红伟，张志征.饱和黄土的性质与非饱和黄土流变模型[J].岩土力学，2004，25(7):1143-1146

[5]于国新，自明洲，许兆义.西安地区饱和软黄土工程地质特征研究[J].工程地质学报，2006，14(2):196-199

[6]于国新.北环铁路的工程地质环境[J].铁道勘察，2005，10(5):39-41

[7]铁道第一勘察设计院.铁路工程地质手册[M].北京:中国铁道出版社，2002

[8]铁道第一勘察设计院.TB10012—2007铁路工程地质勘察规范[S].北京:中国铁道出版社，2007

中图分类号：U212.22

文献标识码：A

文章编号：1672-7479(2015)02-0053-02

作者简介：李慎岗，男，2005年毕业于长安大学地质工程专业，工程师。

收稿日期：2015-01-13