复杂地貌条件下甘肃某公路土体工程性质评价

王丹微 庞大鹏

(1.吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，吉林 长春 130118; 2.东北电力设计院有限公司，吉林 长春 130000)

某公路西端位于甘肃省瓜州县境内，东端位于玉门市境内，主要有侵蚀—剥蚀丘陵地貌、山前冲洪积平原地貌区及平原农田及风积小丘沙地区等地貌。山前冲洪积平原主要为戈壁滩及风积小丘砂地，部分被开垦为耕地。地势较开阔，地表有一定起伏，总体高程由西北向东南沿公路走向逐渐降低。

1 地层岩性

甘肃某公路工程地质勘察采用多种方法，包括工程地质钻探、原位测试与室内土工试验相结合等手段[1]，得出该公路沿线通过的地层主要有第四系的粘性土、砂类土、碎石土，及下伏泥岩、砂砾岩、花岗岩、角闪岩。上部第四系地层沿公路随地貌变化较大，根据其不同地貌特征可将路基地层岩性大致划分为如下类别[2]。

1.1 丘陵地貌区

该地貌单元内的地层岩性在本次勘察揭露深度范围内上部为残坡积碎石土，黄褐色，混多量盐质结晶；下伏基岩岩性主要为花岗岩及角闪岩。

地层按从上到下的顺序分述如下：

强风化花岗岩：黄褐色、黄灰色，矿物成分以石英、长石为主，粒状结构，块状构造，强风化状态，破碎，节理裂隙极发育，节理间距较小，切割岩体呈碎石、碎块状，节理面张开，为盐质结晶充填，属软岩，属坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

强风化角闪岩：灰色，主要矿物成分为角闪石及斜长石，粒状结构，块状构造，强风化状态，破碎，节理裂隙极发育，节理间距较小，切割岩体呈碎石、碎块状，节理面张开，为盐质结晶充填，属软岩，属坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

中等风化花岗岩：肉红色、杂色，矿物成分以石英、长石为主，粒状结构，块状构造，中等风化状态，较完整，节理裂隙稍发育，切割岩体呈碎块状、块状，节理面张开，部分为盐质结晶充填，属较坚硬岩，属坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅲ级。

中等风化角闪岩：灰黑色，主要矿物成分为角闪石及斜长石，粒状结构，块状构造，中等风化状态，较完整，节理裂隙稍发育，切割岩体呈碎块状、块状，节理面张开，部分为盐质结晶充填，属较坚硬岩，属坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅲ级。

微风化花岗岩：肉红色、杂色，矿物成分以石英、长石为主，粒状结构，块状构造，微风化状态，较完整，节理裂隙不发育，属坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅱ级。该层厚度较大，本次勘察未能穿透该层。

微风化角闪岩：灰黑色，主要矿物成分为角闪石及斜长石，粒状结构，块状构造，微风化状态，较完整，节理裂隙不发育，属坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅱ级。该层厚度较大，本次勘察未能穿透该层。

1.2 山前戈壁及丘陵间平地地貌区

该地貌单元内的地层岩性在钻孔揭露深度范围内上部为第四系冲洪积地层，主要为粘性土、砾砂、圆砾，下伏基岩为砂砾岩及花岗岩[3]。该地段内地层岩性从上至下为：

粉质粘土：黄褐色，局部混盐质结晶，可塑～硬塑状态，稍有光泽，无摇振反应，干强度、韧性中等，夹有粉土及粉砂薄层，混多量粉土团块，局部地段相变为粉土，部分地段下部混有多量圆砾。

粉土：黄褐、浅灰，稍密状态，稍湿～饱和，无光泽，摇振反应中等，干强度、韧性低，夹有粉质粘土及粉砂薄层，混多量粘粒，局部地段相变为粉砂。

粉砂：黄褐、浅灰，稍密状态，稍湿～饱和，主要矿物成分为石英、长石，级配一般，为混粒，夹薄层粉质粘土、粉土，混多量粘性土，磨圆较好。

细砂：黄褐、浅灰，中密状态，稍湿～饱和，主要矿物成分为石英、长石，级配一般，为混粒，混粘性土及圆砾，磨圆较好，夹薄层粉质粘土、粉土。

砾砂：黄褐、中密状态，稍湿～饱和，主要矿物成分为石英、长石，级配一般，为混粒，混粘性土及圆砾，磨圆较好，夹薄层粉质粘土、粉土，部分地段相变为细砂，局部为中等～强胶结。

圆砾：黄褐、中密状态，稍湿～饱和，母岩成分为火成岩，一般粒径2 mm～10 mm，最大粒径为60 mm，磨圆较好，风化较弱，较坚固，充填物为砂及粉质粘土，局部为中等～强胶结，具水平层理。

泥岩：黄褐色、红褐色，主要矿物成分为泥质矿物，泥质结构，块状构造，钙质胶结，为极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

强风化砂砾岩：黄褐色，母岩成分为火成岩，颗粒粒径变化较大，一般为0.5 cm～10 cm，碎屑结构，块状构造，钙质胶结，局部风化呈圆砾状。属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

中等风化砂砾岩：黄褐色，母岩成分为火成岩，颗粒粒径变化较大，一般为0.5 cm～10 cm，碎屑结构，块状构造，钙质胶结，中等风化状态，风化呈块状，局部相变为细砂岩。属软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

强风化花岗岩：黄褐色、黄灰色，矿物成分以石英、长石为主，粒状结构，块状构造，强风化状态，破碎，节理裂隙极发育，节理间距较小，切割岩体呈碎石、碎块状，节理面张开，为盐质结晶充填，属软岩，属坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

中等风化花岗岩：肉红色、杂色，矿物成分以石英、长石为主，粒状结构，块状构造，中等风化状态，较完整，节理裂隙稍发育，切割岩体呈碎块状、块状，节理面张开，部分为盐质结晶充填，属较坚硬岩，属坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅲ级。

微风化花岗岩：肉红色、杂色，矿物成分以石英、长石为主，粒状结构，块状构造，微风化状态，较完整，节理裂隙不发育，属坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅱ级。该层厚度较大，本次勘察未能穿透该层。

1.3 平原农田及风积小丘沙地区

该地貌单元内的地层岩性在本次勘察揭露深度范围内上部为冲洪积粘性土、砂土，下伏基岩为砂砾岩。

场地地层按从上到下的顺序分述如下：

粉质粘土：黄褐色，局部混盐质结晶，软塑～可塑状态，稍有光泽，无摇振反应，干强度、韧性中等，夹有粉土及粉砂薄层，混多量粉土团块，局部地段相变为粉土，部分地段下部混有多量圆砾。

粉土：黄褐、浅灰，稍密，稍湿～饱和，无光泽，摇振反应中等，干强度、韧性低，夹有粉质粘土及粉砂薄层，混多量粘粒，局部地段相变为粉砂。

粉砂：黄褐、浅灰，稍密状态，稍湿～饱和，主要矿物成分为石英、长石，级配一般，为混粒，夹薄层粉质粘土、粉土，混多量粘性土，磨圆较好。

细砂：黄褐、浅灰，中密状态，稍湿～饱和，主要矿物成分为石英、长石，级配一般，为混粒，混粘性土及圆砾，磨圆较好，夹薄层粉质粘土、粉土。

砾砂：黄褐、中密状态，稍湿～饱和，主要矿物成分为石英、长石，级配一般，为混粒，混粘性土及圆砾，磨圆较好，夹薄层粉质粘土、粉土，部分地段相变为细砂，局部为中等～强胶结。

圆砾：黄褐、中密状态，稍湿～饱和，母岩成分为火成岩，一般粒径2 mm～10 mm，最大粒径为60 mm，磨圆较好，风化较弱，较坚固，充填物为砂及粉质粘土，局部为中等～强胶结，具水平层理。

泥岩：黄褐色、红褐色，主要矿物成分为泥质矿物，泥质结构，块状构造，钙质胶结，为极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

强风化砂砾岩：黄褐色，母岩成分为火成岩，颗粒粒径变化较大，一般为0.5 cm～10 cm，碎屑结构，块状构造，钙质胶结，局部风化呈圆砾状。属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

中等风化砂砾岩：黄褐色，母岩成分为火成岩，颗粒粒径变化较大，一般为0.5 cm～10 cm，碎屑结构，块状构造，钙质胶结，中等风化状态，风化呈块状，局部相变为细砂岩，属软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

2 土体的物理力学性质

公路沿线地层随不同地貌的单元变化而变化，但总体层位较少，物理力学性质差异性、离散性不大，整体层位规律性较强，根据本次勘测和已有勘测资料，可对各地貌单元下的地层土体物理力学性质进行评价。

2.1 硬塑粉质粘土

该层主要分布在平原地层上部，厚度随地形变化较大，分布于表层时含有多种植物根系，层底深度大多小于路基开挖深度。勘察过程中在该层中取得了大量土样进行了室内土工实验。

根据室内土工试验结果及当地工程建筑经验，综合推荐本层土的地基容许承载力[σ]=260 kPa，重度γ=19.5 kN/m3，内摩擦角φ=16.9°，内聚力C=37.1 kPa，压缩模量ES1-2=9.1 MPa。

2.2 可塑粉质粘土

该层主要分布在平原处，夹有粉土及粉砂薄层，混多量粉土团块，局部地段相变为粉土，部分地段下部混有多量圆砾，分布于表层时含有多种植物根系。勘察过程中在该层中取得了大量土样进行了室内土工实验。

根据室内土工试验结果及当地工程建筑经验，综合推荐本层土的天然地基容许承载力[σ]=180 kPa，重度γ=19.7 kN/m3，内摩擦角φ=15.5°，内聚力C=28.7 kPa，压缩模量ES1-2=6.7 MPa。

2.3 软塑粉质粘土

该层主要分布于河漫滩的上部，及平原水位附近，厚度不大，夹有粉土及粉砂薄层，混多量粉土团块，局部地段相变为粉土，力学性质较差。勘察过程中在该层中取得了多个土样进行了室内土工实验。

根据室内土工试验结果及当地工程建筑经验，综合推荐本层土的地基容许承载力[σ]=120 kPa，重度γ=19.3 kN/m3，内摩擦角φ=5.5°，内聚力C=6.9 kPa，压缩模量ES1-2=4.9 MPa。

2.4 稍密粉土

该层主要分布平原处，厚度及分布变化较大，部分地段分布有多层。勘察过程中在该层中取得了多个土样进行了室内土工实验。

根据室内土工试验结果及当地工程建筑经验，综合推荐本层土的天然地基容许承载力[σ]=150 kPa，重度γ=19.4 kN/m3，内摩擦角φ=13.5°，内聚力C=9.7 kPa，压缩模量ES1-2=7.0 MPa。

2.5 公路沿线路基土的物理力学指标统计

根据本次勘探、土工试验，及当地建筑经验，综合推荐各层土的物理力学指标参数如表1所示。

表1 土体物理力学指标统计表

3 土体工程性质评价

1)根据本次勘察资料，大部分地段可采用天然地基，路基持力层可为粉质粘土层、砂类土层、圆砾层，卵石层及风化岩石层。

2)在局部地段，地下水位埋藏较浅，对于荷重较大的路段，在软塑状态的粉质粘土层、粉土或粉砂层的路基，建议针对底部软弱土层采用适当的地基处理方案；由于部分地段砂类土及碎石土为中等～强胶结，路基土工程性质较好。

3)在平原区地下水主要赋存在粘性土层，部分平原区及丘陵间平地地段地下水主要赋存在砂类土中，补给充分，具有一定的承压性。

4 结语

1)该公路沿线通过的地层主要有第四系的粘性土、砂类土、碎石土，及下伏泥岩、砂砾岩、花岗岩、角闪岩，其中上部第四系地层沿公路随地貌变化较大。

2)该公路沿线在不同地貌条件下，路基持力层应选择不同的土体。在平原区，可选用粘性土作为持力层，在丘陵区可将砂类土作为持力层。

3)由于该公路局部地段地下水埋深较浅，应适当降低地下水位，从而保证路基稳定性。