汪中恒

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西西安 710043)

黔江經(jīng)張家界至常德鐵路(簡稱黔張常鐵路)位于渝東南、鄂西南、湘西北3省市交界地帶，是聯(lián)系西部與東中部主要省會城市的快速鐵路通道，對于改善沿線武陵山區(qū)腹地交通落后現(xiàn)狀，加強區(qū)域間合作、優(yōu)勢互補，促進中西部經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的保證作用。

鐵路于DK77—DK91段通過區(qū)域內(nèi)最大的紅色盆地龍鳳盆地，盆地內(nèi)酉水河第四級階地上有一層連續(xù)的青灰色淤泥質(zhì)土，分布較廣。該淤泥質(zhì)土具有高壓縮性、低強度和高靈敏性等特點。在其上部修建構(gòu)筑物面臨著穩(wěn)定及沉降控制等諸多問題。因此，對此層軟土工程特征進行分析研究具有重大意義。

本單位對黔張常鐵路通過的酉水河第四級階地上軟土工點進行了綜合勘察研究，主要以鉆探、取樣試驗與靜力觸探相結(jié)合的方式，查明了地基土的空間分布特征，獲取各分層的物理力學(xué)參數(shù)。

1 區(qū)內(nèi)軟土分布特征

龍鳳盆地位于鄂西南與湘西北交界地帶，地處武陵山脈腹地，為一小型構(gòu)造盆地，呈長卵形，長軸約25 km，短軸約15 km，疊置在來鳳向斜槽部，長軸與基底延伸方向一致，呈北東—南西方向延伸，盆地四周為高聳的中山區(qū)，酉水河在盆地中部蜿蜒流過。由于構(gòu)造運動，盆地內(nèi)第四系沉積組成了四級基座階地。酉水河第四系沉積階地剖面如圖1所示。第四級階地高出酉水河面約65～75 m，于酉水河左岸分布較廣，第四系更新統(tǒng)早期沉積面積較大。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，在第四級階地上分布有一層青灰色淤泥。

圖1 龍鳳盆地來鳳—石羔山第四系沉積剖面

第四系以來，由于龍鳳盆地的地形上的特點，更新統(tǒng)早期沉積物形成了葫蘆形的第四級基座階地。根據(jù)定測勘探顯示，線路附近地層典型結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示，地表為一厚約5～10 m的棕紅色粉質(zhì)黏土，其下為一層厚約6～8 m的細圓礫土，礫石層下為兩層紅色硬塑狀粉質(zhì)黏土，厚約3～4 m，其中間夾有一層厚約2～3 m青灰色淤泥層;粉質(zhì)黏土之下為一層碎石土層，下伏第三系—白堊系棕紅色砂巖夾泥巖。地層中礫石層為砂質(zhì)鐵質(zhì)膠結(jié)，礫石風(fēng)化較深，呈渾圓狀及半磨圓狀，粒徑較為單一，分層清晰，層面一般呈水平。

圖2 線路附近第四級基座階地沉積地層剖面

由上述可知，區(qū)內(nèi)軟土主要分布于酉水河第四級階地上地層的中部，夾于兩層透水性較弱的黏性土層中，為一層較為連續(xù)的軟土。根據(jù)勘探顯示，本層軟土厚度變化較大，厚約0.5～5.0 m不等。

2 區(qū)內(nèi)軟土成因探索

由第四級階地葫蘆形地形及階地地層沉積韻律分析，酉水河第四級基座階地上地層屬河湖相沉積。

由于本區(qū)地處武陵山脈腹地，屬中亞熱帶山地季風(fēng)濕潤型氣候，年平均降雨量1 200～1 500 mm，年最大降雨量2 251.3 mm，年平均降雨日數(shù)為180～212 d，而年平均蒸發(fā)量一般為937.8～1 036.6 mm，小于降雨量。故地下水一般有較好的補給，水位埋深一般在5～10 m，季節(jié)變化較小。而由于淤泥層位于兩層粉質(zhì)黏土之間，上下均有較好的隔水層，且由于地層一般呈水平，軟土層中水排泄不暢，故至今處于飽水狀態(tài)，未固結(jié)，仍為軟土。

3 區(qū)內(nèi)軟土的物理力學(xué)性質(zhì)

酉水河第四級階地上軟土一般呈青灰色，成分以黏粒為主，含腐殖質(zhì)，一般為軟塑～流塑。根據(jù)本次勘探孔取樣試驗結(jié)果及野外的地質(zhì)調(diào)查，給出了軟土的物理力學(xué)特性值。

3.1 物理性質(zhì)

通過試驗直接確定的物理性質(zhì)指標有:土的天然含水率、顆粒密度、濕密度、液限、塑限，再根據(jù)上述指標計算出土的干密度、天然孔隙比、飽和度、液限指數(shù)和塑性指數(shù)等，試驗結(jié)果見表1。由試驗結(jié)果可知，該淤泥質(zhì)黏土呈軟塑狀，天然含水率小于液限，但天然孔隙比＞1，有機質(zhì)含量＞5，屬于淤泥質(zhì)土，其物理性質(zhì)為軟土性質(zhì)。

表1 軟土的物理性質(zhì)指標

3.2 力學(xué)性質(zhì)

3.2.1 壓縮性

22組軟土樣本壓縮實驗結(jié)果見表2。

表2 軟土的壓縮試驗指標

由試驗結(jié)果可知，該層軟土壓縮系數(shù)a0.1～0.2=0.58 MPa－1，壓縮模量 ES0.1～0.2=3.84 MPa。該類黏土的壓縮系數(shù)a0.1～0.2＞0.5，屬高壓縮性土層。

3.2.2 滲透性

黏土層的滲透性取決于土體顆粒的形狀、大小、不均勻系數(shù)和水的黏滯性等。由土樣室內(nèi)試驗結(jié)果可知:該軟弱黏性土的水平滲透系數(shù)Kh=4.5×10－7cm/s，垂直滲透系數(shù)Kv=3.3×10－7cm/s。

該類軟土屬弱滲透性地層，排水滲透性能差，土體難固結(jié)。

3.2.3 觸變性

根據(jù)室內(nèi)三軸試驗結(jié)果(12組樣本平均統(tǒng)計值)，該層軟土無側(cè)限抗壓強度qu=93.14 kPa(原狀土)，靈敏度St=3.44。

該層軟弱土的靈敏度2＜St＜4，屬中靈敏度土，土體結(jié)構(gòu)被擾動后，土體強度降低較快。當軟土地基受振動荷載后，易產(chǎn)生側(cè)向滑動、沉降等現(xiàn)象。

3.2.4 抗剪強度指標

根據(jù)室內(nèi)試驗12組樣本抗剪強度指標見表3。

表3 軟土抗剪強度指標

一般平原區(qū)第四系全新統(tǒng)軟土內(nèi)摩擦角φ＜5°，而從試驗資料可知，酉水河第四級階地上分布的軟土抗剪強度參數(shù)指標偏低，但高于一般平原區(qū)第四系全新統(tǒng)軟土指標。

3.2.5 地基承載力的確定

根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(TB 10012—2007)附錄D第8條規(guī)定:軟土地基容許承載力［σ］按下式確定

式中:h為基礎(chǔ)底面的埋置深度;γ為基底以上土的天然重度的平均值;Cu為不排水抗剪強度;k為安全系數(shù)，可視軟土的靈敏度及建筑物對變形的要求選用1.5～2.5。

由于黔張常鐵路主要以路基形式在本區(qū)內(nèi)通過，可選取k=1.5，而由前述抗剪強度指標可知 Cu=27.3 kPa。計算可得軟土地基容許承載力［σ］=93.55 kPa。

4 鐵路通過時軟土工程處理措施

區(qū)內(nèi)軟土僅分布于酉水河第四級階地上，但埋深變化較大，且厚度不均，夾于兩層粉質(zhì)黏土之間，在勘察過程中易將其忽略，而且由于其厚度變化較大，故本段路基工程可能產(chǎn)生路堤不均勻沉降、路塹邊坡滑塌失穩(wěn)等工程地質(zhì)問題。在鐵路勘察、初測階段發(fā)現(xiàn)本層軟土?xí)r就非常重視，定測階段特別加強了對該軟土層的勘探、試驗、測試的力度，基本查明了其分布范圍、規(guī)律及物理力學(xué)性質(zhì)。鑒于該層埋深較大，厚度較小，且上下均有碎石土層可作為較好的排水通道，施工時可采用排水固結(jié)法進行處理。

5 結(jié)論

1)酉水河第四級階地上分布的軟土為第四系更新統(tǒng)早期河湖相沉積，由于地下水位埋深較淺，且區(qū)域降水量極大，本層軟土長年處于飽水狀態(tài)，且排水不暢，故而具軟土特征。

2)本層軟土物理力學(xué)性質(zhì)與第四系全新統(tǒng)的軟土相似，同樣具有高含水量、高孔隙比、高壓縮性、高靈敏度、低滲透性的特點。

3)本層軟土的抗剪強度指標一般大于第四系全新統(tǒng)軟土，其地基承載力也稍高，但比一般土要差，可積極的利用這一特性。

4)鐵路路基通過時可采用排水固結(jié)法對本層軟土進行處理。

［1］湖北省地質(zhì)局.中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)報告(1∶200 000咸豐幅)［R］.湖北:湖北省地質(zhì)局，1968.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB 10012—2007 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10038—2012 鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2012.

［4］中鐵第一勘察設(shè)計院.鐵路工程地質(zhì)手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［5］胡榮華，余海忠，張明，等.確定軟土固結(jié)系數(shù)方法的研究［J］.鐵道建筑，2010(2):74-81.