广西崇爱高速公路工程地质特性及评价

李红明

(广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007)

1 序言

崇爱高速公路主要处于广西崇左市宁明县境内，广西山字形构造南部，十万大山北麓余脉山地丘陵带，山脉走向与构造线大体一致。路线主要呈南西—北东方向平行展布，总体地势东、南部高，北和西北部稍低，明江河谷平原低平。十万大山总体呈西南—东北走向，呈带状分布于广西最南部，东起广西壮族自治区钦州市贵台镇，西至中越边境。路线途经亭亮镇、明江镇、东安乡、峙浪乡、爱店镇，总体由北向南布设，全长55.174 km。本文通过工程地质条件、水文地质条件及不良地质条件特性分析及评价，为沿线各构筑物的施工、设计提供可靠的工程地质资料[1-3]。

2 地质环境概况

2.1 地形地貌

工程沿线地貌类型主要为：剥蚀丘陵地貌，山丘连绵起伏，高差40～140 m，长约30.6 km，占路线总长的55.45%；剥蚀低山丘陵地貌，地形起伏大，长约10.24 km，占路线总长的18.56%；冲洪积平原地貌，地形平坦，长约6.2 km，占路线总长的11.24%；溶蚀峰丛洼地地貌，地形起伏较大，峰丛林立，长约8.14 km，占路线总长的14.75%(图1)。

图1 剥蚀丘陵、溶蚀峰丛洼地地貌

2.2 地质特征

区域地处南岭纬向构造带西段南缘，新华夏系第二沉降带西南端。受两个构造体系影响，加上西部受康滇“反”字形构造的干扰和西北部右江构造的影响，导致沉积建造复杂多变，岩浆活动剧烈频繁，褶皱断裂非常发育。沿线地层由老到新为二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、新近系和第四系，除第四系外，侏罗系分布范围最广，岩性以泥质砂岩、泥岩为主，还有灰岩、白云质灰岩、硅质岩、酸性火山岩、角砾岩等。

2.3 水文地质

工程沿线地下水按岩性及其赋存形式、水理性质及水力特征可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩构造裂隙水、火成岩风化带网状裂隙水和碳酸盐岩裂隙岩溶水等四大类型，其中碎屑岩构造裂隙水分布最广。项目所处区域气候温暖潮湿，雨量充沛，地表水和地下水的补给方式主要为大气降水，受气象、水文等因素影响较为明显。

3 不良地质体特征

受区域地层岩性条件、构造条件、地形条件以及气象、水文地质条件等的综合影响，沿线地层相对比较破碎，基岩风化程度较高，岩石软硬不均，同时受到岩层、节理等结构面产状影响，浅表层岩土体结构稳定性较差，易发生崩滑等不良地质现象。根据勘察成果资料，本项目不良地质主要为浅层滑塌、崩塌、岩溶、危岩、特殊性岩土等[4]。

3.1 浅层滑塌、崩塌

主要发生于第四系残、坡积土层、全风化岩层及部分裸露的裂隙发育的基岩中，由于地表植被被破坏，或随意开挖，加上长期受雨水冲刷而造成浅层土体的小规模滑塌。侏罗系地层以强风化砂岩、泥岩、页岩为主，基岩表层风化程度较高，节理裂隙发育，岩体破碎，多呈碎块、碎片状，成层性差，这为滑塌的产生提供了条件(图2)。

图2 滑塌、崩塌地质体特征

3.2 危岩、岩溶

此类地质体主要分布于碳酸盐岩区，根据现场调查，危岩主要受陡峭的山峰、构造影响，节理、裂隙比较发育，岩石多被切割成极不稳定的岩块，对路线影响较大。根据高密度电法物探结果及钻孔揭露情况可知，灰岩区局部段地下隐伏岩溶发育，多成溶槽、串珠状溶洞、溶蚀裂隙等，在地表多形成石芽、溶洞。

3.3 特殊性岩土

(1)软土：主要分布于低洼负地形地段，受地下水或长期排水不畅影响，造成土质软化及有机物的淤积，主要以饱和黏性土、淤泥质黏土为主，一般呈流塑—软塑状，分布面积大小不等，厚度深浅不一，大部分路段的软土在1.0～4.0 m之间，最大软土厚度9.5 m。

(2)高液限土：主要分布于灰岩区溶余堆积层、页岩、泥岩及粉砂质泥岩风化层，液限高。风化层厚度受地形及下伏基岩控制，厚度变化较大。该层具有含水率高、液性指数高、抗剪性能差别大、难以压实等工程特性。

(3)膨胀土：主要分布在宁明盆地及周边丘陵地带，该类岩土体的干强度大，液限高(多在30%～70%)，自由膨胀率多在20%～40%，胀缩总率多在2%～9%，具有中等—强膨胀性，场地大气急剧影响深度为3.0～3.6 m。该类岩土含水量高，具有失水开裂、遇水膨胀、软化等不良工程特性，该类膨胀土边坡在没有有效措施的防护下极易垮塌，治理困难[5-7]。

4 岩组划分及物理力学特性

4.1 工程地质岩组划分

根据岩土体组成成分、岩性特征、物理力学性质、时代成因以及公路工程地质特点，将其划分为较软—较硬碎屑岩组、较硬—坚硬岩浆岩组、较硬—坚硬碳酸盐岩岩组、软岩—半成岩岩组、松散结构岩土等5个工程地质岩组。

较软—较硬碎屑岩组：由砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、页岩等碎屑岩组成的岩组。呈薄—中厚层状，抗风化能力较差，全风化层厚度1～2 m，强风化层厚5.0～25.0 m，中风化层埋深不均匀，节理比较发育。

较硬—坚硬岩浆岩组：由酸性火山岩、长石石英斑岩等岩浆岩组成。该岩组岩质坚硬，风化层较厚，全风化层厚2～5 m，强风化层呈碎块状，有锈染现象，厚2～20 m，透水性强，中风化基岩埋藏较深。

较硬—坚硬碳酸盐岩岩组：由灰岩、白云岩、白云质灰岩等岩石组成。该岩组呈薄—中层状，岩石坚硬，抗风化能力强，岩石物理力学性质良好。

软岩—半成岩岩组：由泥岩、粉砂岩等半成岩组成。该岩组中的泥岩具有中等—强膨胀性，饱和后岩体易软化、泥化，失水后开裂，抗风化能力差。该岩组地层的边坡，在没有有效防护的措施下极易垮塌，治理困难，对公路边坡稳定影响较大。

松散结构岩土组：由第四系覆盖层组成的岩组，分布范围广，种类众多，残坡积、冲洪积等类型及其过渡类型均有分布。

4.2 岩土体物理力学特性

沿线各岩组岩土物理力学参数的获取主要通过野外勘察对比、现场原位测试、路线勘察取样试验、工点钻探勘察取样试验勘察数据分析等方法进行(表1)。

表1 基岩主要物理力学指标表

5 工程地质评价

5.1 区域稳定性评价

本项目沿线断层多互相交错，表明该地区历史时期构造活动强烈。根据现场调查和钻探结果，地表未发现断裂构造迹象。断层通过位置基本以路基形式通过，无变形敏感构筑物。断层对公路工程的影响，主要集中在断层挤压造成的边坡岩体破碎、边坡稳定问题以及局部段地下水较丰富等，均可通过相应的工程措施予以处理，对工程建设影响较小，适宜公路工程建设[3]。

5.2 水文地质条件评价

沿线的地下水类型主要为松散岩类孔隙水、碎屑岩构造裂隙水、火成岩风化带网状裂隙水和碳酸盐岩裂隙岩溶水等4大类型。

松散岩类孔隙水，富水性较为丰富，受大气降雨及地表水的补给，一般在阶地前缘陡坎和冲沟切割处以下降泉形式排泄。对无防护的工程建设项目、桥梁施工、分布于低洼地带的涵洞和挡土墙等构筑物的基础开挖有一定影响。

碎屑岩构造裂隙水，分布面积大，补给来源为大气降水，水量变化较大，旱季时水量微弱，雨季时水量较大，在冲沟中以泉水的形式流向山沟，形成溪流。由于构造裂隙水埋深较大，一般对路基影响不大。但丰富的降水和地下水对边坡的稳定性会造成一定的不利影响，应采取合适的防排水工程措施消除或减小其影响。

火成岩风化带网状裂隙水，主要分布在酸性火山岩全—微风化带网状裂隙之中，分布面积较大。水位埋深随地形变化较大，主要是大气降雨渗入补给，主要沿构造裂隙、风化裂隙、断裂带及不同岩性相同的层内构造径流，于溪沟、冲沟、坡脚、缓坡等地貌部位以泉水和散流片状渗出出露排泄，径流、排泄条件受地形地貌、地质结构等因素控制。一般对路基影响不大，丰富的降水和地下水对边坡的稳定性会造成一定的不利影响，应采取合适的防排水工程措施消除或减小其影响。

碳酸盐岩裂隙岩溶水水量中等—丰富。其中碳酸盐岩裂隙岩溶水埋深较大，一般对路基影响不大。

5.3 路线工程地质评价

项目所处区域地质背景复杂，将全线划分为较硬—坚硬碳酸盐岩类工程地质分区(Ⅰ区)、较软—较硬碎屑岩类工程地质分区(Ⅱ区)、较硬—坚硬火山岩类工程地质分区(Ⅲ区)、第四系冲洪积平原工程地质分区(Ⅳ区)4个工程地质分区(表2)。

表2 路线工程地质分区说明

5.4 不良地质体评价

(1)浅层滑塌、崩塌。路线主线范围内共发现5处小型滑塌、1处崩塌。滑塌主要受雨水冲刷，发生于第四系残坡积土层、全风化岩层及部分裸露的裂隙发育的基岩中，规模较小，建议对路线范围内的滑塌体采用彻底清除，同时加强边坡防护和排水设计。崩塌体后缘宽约25 m，长约35 m，高差约为25 m，厚3～5 m，物质为碎石土，体积约为3 000 m3，崩塌后壁有基岩出露，为侏罗系砂岩夹泥岩，该崩塌体位于拟建线路区，对工程建设影响较大，建议对该滑塌体进行清除，放缓该段边坡，加强边坡防护，完善截排水系统。

(2)岩溶。拟建公路的岩溶以隐伏型溶洞为主，岩溶区对于桥梁主要影响桥基和桥台的稳定性，对于路基易引起地面塌陷等。对桥基范围内的溶洞建议加长桩长，对桥台处出现的溶洞可采取端承桩桥台或填堵、灌浆强夯等。对路基范围内的溶洞建议采取充填、支补、强夯等措施。

(3)危岩。危石的危害主要为给施工和公路运营带来较大的安全隐患。经本阶段详细勘察，查明沿线危岩主要分布在灰岩斜坡，山峰较高大、陡峭，且受构造影响，节理、裂隙比较发育，岩石多被切割成极不稳定的岩块，对路线影响较大，应采取爆破清除、主动防护网等措施重点防护。

(4)特殊岩土。软土：软土主要分布于冲沟、河谷地形中，一般发育，软土厚度多在1.0～3.5 m之间，最大软土厚度9.5 m，全线分布广泛。软土对路基的不良影响主要表现在土体结构疏松、含水量大，具有低强度、高压缩性、触变性、流变性、不均匀性等特征，地基稳定性差，路堤直接填筑于软土地基上容易产生过大沉降或不均匀沉降，导致路基下沉、整体圆弧滑动或地基向两侧鼓胀而失稳，此外还会产生长期、缓慢、大量的工后沉降，不经处理的软土不能作为地基持力层。

根据软土的分布特点及其工程地质特征，项目采用换填法和碎石桩的方法处治。换填法：用于处治厚度和范围均较小的软土，适用深度一般小于4.0 m。对于面积较狭窄，厚度小于5 m 的软土路段，亦可采用换填法进行处治，换填材料可结合沿线土石挖方分布情况选用开山石渣，对地下水水位以下的换填材料应采用不易水解的次坚石。换填材料的选择应结合沿线材料的储量、运距、造价情况，因地制宜，优选经济合理的材料。碎石桩：用于软弱土厚度大于4.0 m且分布较广，地形较为平坦，地下水丰富，软基换填施工困难路段。碎石桩径可根据软基厚度和软土性质综合确定，桩长由软土层厚度确定，持力层宜取风化基岩或层厚稳定的坚实土层。持力层为坚实土层时，桩端应穿过软弱土层并嵌入持力层不少于1 m；持力层为风化基岩时桩端应至岩面[6]。

高液限土：该类土多呈棕红或褐黄色，厚度一般为 1～4 m，局部超过 15 m，多具有高含水率、高液限(>50%)、高塑性指数及高孔隙比的性质，局部具有弱膨胀性，厚度变化大，通常自上而下由硬变软，纵深裂隙发育。该类土难压实、压缩性大、压缩变形稳定时间较长，且具强度低等特性，不能直接作为路基填料使用。红黏土路段的该类土，厚度深，挖方及低填浅挖地段应作路床超挖换填处理。其他段的高液限黏土厚度均在2 m以内，路基挖方段已经完全清除，低填方段建议采用清除换填合格填料填筑。

膨胀土(岩)：主要由新近系邕宁群泥岩、半成岩等风化堆积形成。膨胀土路段的挖方路床、低填浅挖等均需要进行超挖换填，对于挖方边坡应进行针对性设计，宜采用加筋土挡墙进行防护；对于填方段应加强路堤排水，建议设置排水垫层+护脚矮墙。

6 结论

(1)工程沿线地形多变，起伏较大，路线多沿坡脚、洼地及丘间沟谷展布，地形条件一般。第四纪以来，地壳处于相对稳定阶段，沿线区域构造稳定性较好，适宜公路工程建设。

(2)工程沿线发现的不良地质以浅层滑塌、崩塌、岩溶、危岩为主，对路线有一定程度影响，无影响路线方案的重大不良地质问题，具备公路工程建设条件。

(3)工程沿线的特殊岩土有高液限土、膨胀土、软土等，应进行相应的处理后，满足公路建设要求。

(4)沿线桥位区工程地质条件总体较好，灰岩区边坡岩体完整性较好，边坡整体稳定性高；火山岩区边坡，风化覆盖层厚度大，抗风化能力差，抗冲刷能力低，坡体稳定性较差；砂岩、泥岩、页岩区顺层边坡，边坡稳定性较差；砂岩、泥岩、页岩区切层、逆向边坡，节理裂隙发育或全风化—强风化层较厚路段，边坡稳定性较好。对稳定性好的边坡以绿化设计为主，同时完善排水系统。对稳定性较差的边坡应加强边坡防护，加强排水设计。拟建项目深挖路堑较多，工程地质条件较差，应加强设计。