王振翠

摘要：研究区处于祁吕贺山字型构造和陇西旋卷构造体系的复合部位，临近刘家峡水库，区域地质构造与水文地质条件复杂，岩性多样，不良地质与特殊性岩土发育，严重制约路线方案布设。本论述从高速公路工程实例出发，针對环库高速公路可能存在的地质问题进行探讨，结合技术可行性、地质类型等多方面的要求，阐述了环库公路可能遇到的地质问题，并提出处治建议。为确保环库高速公路安全通，尽量避开潜在地质高风险区，重视主动控制加固措施，提高公路安全水平。该研究成果可为环库公路选线提供参考。

关键词：环库公路;地质选线;不良地质与特殊性岩土

中图分类号：U416.14文献标志码：A

0 引言

复杂地质环境下公路选线“地质先行”已经成为业内共识，不重视前期地质研究往往造成公路地质灾害频发，后期走廊变更频繁，造成重大经济损失以及人员伤亡[1]。

复杂山区高速公路选线制约因素主要有地形条件、环境保护、矿产资源覆盖等，要充分利用地形特征，尽量避免高填深挖、不良地质与特殊性岩土、活动构造等不利于公路安全与稳定地段[2]，同时也要兼顾保护环境、推动地方经济、旅游，方便周边居民出行[3]。

目前，公路选线主要有生态选线[4]（水源保护区、自然保护区等）、规划选线（城镇规划、产业园区规划等）、工程地质选线[5]（不良地质、特殊性岩土、活动断层等）、安全选线等[6]。

本论述以刘家峡水库环库高速公路某段为例，探讨环库高速公路地质选线的理念和思路。

1 项目概况

刘家峡水库环库高速公路起点位于永靖县三条岘（大台子），与规划兰州至永靖至临夏高速相接，经牛鼻子咀、尤家村、岘塬镇、三塬镇、向阳村、尕白家、海螺山，终点位于积石山县，与临大高速相接，全长74 km。如图1 所示。

区域内海拔落差较大，地形复杂，山川交错，河谷纵横，属于盆地边缘的次高山群及高原丘陵区。地貌形态按其成因，分为侵蚀堆积河谷阶地地貌、剥蚀堆积黄土梁峁沟壑地貌和构造剥蚀石质低中山地貌三种类型。

2 气象与水文

2.1 气象

研究区地处青藏高原东北边缘，气候处于温带半湿润区与高寒阴湿区过渡带，具有大陆性、季风性的山地气候特点，年降雨量小于300 m，标准冻土深度113cm。在全国公路气候自然分区中属黄土高原干湿过渡区（Ⅲ区）的甘东黄土山地区（Ⅲ3区）。

2.2 水文

路线多沿着黄河及支流阶地布设，主要河流由黄河、银川河、吹麻滩河，水库为刘家峡水库。

刘家峡水库：路线沿着水库西侧布设。刘家峡水库位于黄河上游，位于甘肃临夏永靖县城西南1 km 处。水库东起刘家峡大坝，西至炳灵寺峡口，呈西南-东北走向，南接东乡、临夏县，北连永靖县，湖岸线长55 km，水面最宽处6 km，水域面积达130多 km2，蓄水量约57亿多m3，刘家峡水库设计正常蓄水位为1 735 m，设计洪水位为1 735 m，校核洪水位为1 738 m，汛期限制水位为1 726 m，死水位为1 694 m，与上游龙羊峡水库联合调度，两库从2000年进入正常运行状态，根据刘家峡水库2000～ 2012年实际运行水位资料，水位在1 717～ 1735 m之间变动，实际出现的最低运行水位为1 717 m。水域面积达130 km2，呈西南—东北向延伸，达 54 km[7，8]。

3 区域地质条件

3.1 水文地质

研究区地下水的形成有三种类型：基岩裂隙水、黄土丘陵区潜水、河谷潜水。水量大小不等，水质属重碳酸盐钙型水，矿化度在0.4～ 8g/L之间，总硬度10左右，境内各种类型地下水，含水层分布零散，彼此之间独立无联系，水质各异。大部分地下水水质较好，泉水矿化度低，水化学性质一般为重碳酸盐——钙型、碳酸盐——钙镁型。北部山区有硫酸盐、氯化物钠镁型水，矿化度一般较高。

3.2 区域地质构造

区域地质构造处于祁吕贺山字型构造和陇西旋卷构造体系的复合部位，属祁连山与秦岭褶皱带之间，区域构造上属于祁连山加里东褶皱带-中祁连隆起带，系祁连山褶皱带临夏-临洮向斜盆地的西部边沿，是夹于拉脊山断裂、西秦岭北缘断裂和马衔山断裂所围限的具坳陷性质的盆地（如图2所示）。线路与王哥集逆断层相交，属于非活动性断层。

王哥集逆断层：位于向阳码头至银川河一段，主断裂与路线分别相交于 AK47+700段，以隧道形式小角度通过;该断层主要发生于白垩统至新近统之间，属于非全新世活动逆断裂，延伸方向为20°，延伸长度约18 km，断层面一般倾向北西，倾角40°～ 60°（320°∠40°）。本断层有一分支进入下盘新近系之中，其走向也为北东延伸，断层面倾向北西，倾角74°，与路线相交于 AK44+100段小角度相交，路线主要以桥梁形式通过，对桥梁影响较小，建议桥桩穿透断层破碎带，置于稳定地层。因断层切割 AK40～ AK44、AK47～ AK49段山体斜坡坡顶多呈断层三角面，坡陡，覆盖大厚度黄土层，下伏新近系岩体破碎，斜坡稳定性差，滑坡发育，建议临坡段滑坡进行绕避，并做好支挡防护措施。

3.3 地层岩性

研究区出露地层主要为三叠系、白垩系、新近系和第四系中更新统、上更新统、全新统地层及加里东期火山岩。其中更新统黄土、新近系泥岩、细砂岩为本区主要地层，也是易滑地层，控制区域不良地质与特殊性岩土的发育，如图3所示。

3.4 新构造运动及地震

3.4.1 新构造运动

新构造运动在本区以垂直升降运动为主，最明显的标志为河流开阔河段发育了Ⅰ ～Ⅴ级阶地。由于历次构造的影响，形成了第四系与新近系不整合接触。中、新生界的褶皱一般不很发育，多呈短轴形式，轴向不明显。

3.4.2地震

研究区处于南北地震带的兰州—通渭地震亚带，该地震亚带北界为景泰地震亚带，南界位于临夏、临洮、秦安一线以北，东西两端分别延入陕西、青海境内。地震烈度Ⅶ～ Ⅷ度。

4 不良地质与特殊性岩土

通过野外地质调查以及遥感解译，线路区及走廊带内，不良地质主要有滑坡、泥石流、岸坡坍塌等，特殊性岩土为湿陷性黄土、膨胀性泥岩、淤泥质土。

4.1 不良地质

4.1.1滑坡

研究区滑坡主要分布向阳码头至合心坪斜坡一带。滑坡类型为黄土滑坡、黄土-泥岩滑坡，其滑体由各种成因的黄土和新近系泥岩共同组成，主要分布于刘家峡水库西南侧斜坡段，如图4 所示。

临近水库段山体基岩破碎，冲沟发育，上部风积黄土、冲积黄土，下部新近系泥岩、砾岩。滑坡多临近刘家峡水库，黄河流水切割形成高位临空后，在重力卸荷及降雨作用下形成大-巨型滑坡，其边界多呈弧状展布，滑动方向与自然斜坡垂直，发育高度200～ 500 m，滑坡后缘明显，多呈圈椅状，坡体呈舌状或簸箕状，多为大型或巨型牵引式黄土-泥岩滑坡，滑坡规模大，并以深层滑坡居多。本次共发现滑坡32处，对小型滑塌体采用清除处理+坡脚支挡措施处治。大型、巨型滑坡地质风险高且不易处治，采取绕避措施。如图5 所示。

4.1.2泥石流

研究区泥石流主要发育于刘家峡水库西岸沟谷地带，植被覆盖极差，区内地层黄土具大孔隙，结构疏松，垂直节理发育等特征，下伏基岩新近系泥岩、砾岩略具成岩作用，风化强烈，受强降雨和水流侵蚀后极易崩解，形成滑坡和崩塌等堆积在沟道和岸坡之上，为泥石流提供充足的固体物源。

降雨是泥石流产生的动力条件，多发生于6 ～9 月份，均由暴雨所诱发，属于大中型暴雨型泥石流，均处于发育期。由于研究区新构造运动处于稳定上升期，沟床强烈下切且紊乱，常具有猛冲猛淤的特点，往往在短时间运移大量的固体物质，使主沟纵坡不断进行调整。

泥石流物质组成颗粒差异性大，由黏粒、粉粒、砂粒、圆砾、碎块石等大小不同的粒径混杂而成。流域形成多呈沟谷型，呈 V 型谷，主沟纵坡降一般40‰～ 300‰，流域面积一般0.1 ～5.0 km2，基本能划分出形成区、流通区及堆积区，通常上段为清水补给区，下段为固体物质供给区。危害区为沟口洪积扇和沟道两岸，以冲淤、淤埋为主，流体重度一般大于16 kN/m3，层流有阵流、紊流，悬力大，冲击力大，磨蚀力强等特点。路线跨越10处泥石流沟，建议沟心桥桩设置防撞措施，或设置导流渠。

4.1.3岸坡坍塌

主要分布于刘家峡水库上游，水库采用“冬蓄夏泄”的调度方式，冬季水位一般在1 733～ 1735 m，夏季水位1 723～ 1724 m，水位调幅变化可达10～ 12 m，如此大的水位变幅，使库岸地质条件、水文条件大大改变。经多年运行，多数库岸段坍塌已基本停止，属塌岸后期，在设计正常蓄水位1735 m 以下多形成缓坡，为浅滩带，基本处于稳定状态。1735 m 以上多为黄土塬台地貌，为陡峻土质岸坡，岸坡稳定性差或较差，由于对库岸没有进行必要的防护，在库水浸泡、侧蚀作用下常有大、小规模不等的塌岸发生，库岸仍不断向岸外在扩展。

另外在黄土塬台面建成了众多提灌工程，由于长期漫灌，灌溉回归水大量渗入地下，改变了库岸天然水文地质条件，进一步加剧了库岸的坍塌破坏。水库塌岸，造成岸线后移，严重威胁坡顶公路运行安全。

路线经过段属于岩土混合岸坡、土质岸坡、泥岩岸坡三类，上部覆盖层黄土厚度在1.5～ 5.0 m，坡脚有泥岩出露。土体结构松散，局部架空，抗冲刷能力较好，多形成陡坡，垂直裂隙发育，易发生岸边卸荷，岩体软弱破碎，泥钙质胶结差，在水位变动及风浪的作用下，受干湿交替变化和风浪冲刷发生软化崩解，从而导致岸坡发生破坏，抗冲刷能力差，塌岸较频繁。

4.2 特殊性岩土

4.2.1湿陷性黄土

沿线湿陷性黄土可分为：第四系全新统湿陷性黄土状土（Q4al+pl） ，主要分布在河流级Ⅰ、Ⅱ阶地之上，厚度一般2 ～8 m 左右，具有Ⅱ级（中等）～ Ⅲ级（严重）自重湿陷性，对路基有一定影响;第四系上更新统风积黄土（Q3eol） 和冲积黄土（Q3al） 主要分布于黄土残塬和高阶地区，黄土陷穴较为发育，土体垂直节理和大孔隙发育，具有自重湿陷性，湿陷深度大于10 m，湿陷等级多为Ⅲ级（严重）- Ⅳ级（很严重）自重湿陷。

湿陷性黄土对路基可采用强夯碾压或灰土换填等处理措施，经处理后对线路不会构成重大危害。尽量避免高边坡出现，不可避免时可采用1：1～ 1.25的坡率进行放坡处理，对形成的高边坡坡面应进行全面防护，防护措施可采用格构防护，在格沟内覆土种草或者采用浆砌块石进行防护。

4.2.2膨胀型泥岩

主要分布于刘家峡水库西岸段，地层为新近系临夏组泥岩、砂质泥岩，属软质黏土岩，通过地质调绘发现，该岩石暴露于空气易风化，遇水易软化膨胀、崩解，受雨水冲刷易发生变形破坏。根据工程试验，泥岩自由膨胀率 Fs 为40% ～55%，依据《公路工程地质勘察规范》JTG C20-2011表 8.3.4膨脹土分级标准，泥岩具有弱膨胀性，在设计时应考虑其膨胀性。

4.2.3淤泥质土

主要分布于刘家峡水库库区。上部为冲积黄土与砂砾互层，或者完全为冲积黄土，该层厚度20～ 25 m，多呈淤泥状，压缩性高，承载力低;新近系泥岩胶结疏松，且遇水易软化崩解特性，承载力较低。随着库水淤泥的逐年沉积以及地震影响，对桥梁桩基可能产生负摩阻力。建议桥桩穿透淤泥质土层，以中风化泥岩作为桥桩持力层，并考虑负摩阻力产生下拉荷载对桥桩的影响，适当延长桩长。

5 典型工点评价

路线走廊区内主要工点为韭滩隧道，和炳灵寺黄河大桥，两者地质条复杂，施工难度大，属于控制性工程。

韭滩岭隧道：隧道长3.2 km 。地处构造剥蚀石质低中山区。路线以隧道形式穿越马家山弧形山体。山体呈月牙状，山脊呈鱼脊状，海拔1 720～ 2160 m，高差约 440 m，地形起伏变化大，整体坡陡西缓东陡。东侧斜坡滑坡发育，冲沟发育，地表支离破碎。西侧斜坡基岩裸露，多呈陡崖状，整体较整齐。地层岩性上部为第四系中更新统（Q2al+pl）碎石土：杂色，稍密-中密，稍湿，泥质微胶结，粒径一般在2 ～5 cm，最大粒径可达20 cm，砂土填充，骨架颗粒以花岗岩、砂岩、片麻岩碎屑为主。为不良工程地质岩组，边坡稳定性差，开挖易滑塌，围岩稳定性差，围岩级别Ⅴ级。新近系临夏组（ N） 泥岩：棕红色，层状构造，泥质结构，成岩差，属于极软岩，围岩稳定性差，围岩级别Ⅴ级。白垩系（K） ：暗紫红色砂砾岩，厚层状构造，夹薄层砂岩，砾岩由滚圆度很差的砾石组成，局部为角砾岩，其成分随地而异，胶结物为砂质、泥质，当砂质成分增多时，即变为砂砾岩，一般分选很差，层理发育不好，该层成岩程度差，勘探机械易扰动破碎，锤击易碎，抗压强度低，遇水易崩解，围岩稳定性差，围岩级别Ⅴ级。

炳灵寺黄河大桥：长约1.6 km，位于侵蚀堆积河谷低阶地区。路线以桥梁形式跨越刘家峡水库库区及淹没区。该段地形受库水位升降影响明显，一般6 ～8 月份库水位下降，淹没区Ⅱ ～Ⅲ级阶地出露，向河谷方向倾斜。自上而下依次为淤泥粉土层-黄土状粉土层-砂卵石呈-新近系泥岩呈，分述如下：（1） 淤泥质粉土层：褐黄色，土质较均匀，含沙量较大，基本不含黏粒，孔隙发育，软塑，局部夹有冲、淤积薄细砂层，最大厚度约15 m;（2） 黄土状粉土：黄褐色，土质较均匀，大孔隙发育，稍密，厚度变化较大，一般10～ 20 m;（3）卵石层：杂色，磨圆度较好，粒径以2 ～8 cm 为主，填充物以中粗砂为主，卵石含量占60% ～65% 。厚约10～ 15 m;（4）新近系泥岩：棕红色，层状构造，泥质结构，略成岩，属于极软岩。特殊性岩土主要为因库水侵泡形成的淤泥质土，根据原有土层厚度以及新近系泥岩胶结疏松，且遇水易软化崩解特性，建议刘家峡特大桥淤泥层深度按30 m 考虑。

主要工程地质问题：（1） 岸坡稳定性问题;（2）桥桩抗浮稳定性问题。

6 结论

（1） 本论述通过遥感解译以及地质调查，对研究区范围内地形地貌、水文地质、区域地质、地层岩性、不良地质与特殊性岩土等工程地质特性研究，确定了路线走廊带内不良地质与特殊性岩土类型、分布以及其成因机制。通过分析不良地质与特殊岩土对路线走廊方案的影响，并提出针对性的处治措施。

（2） 针对环库高速公路可能存在的地质问题进行探讨，结合技术可行性、地质类型等多方面的要求，阐述了环库公路可能遇到的地质问题，并提出处治建议。为确保环库高速公路安全通，尽量避开潜在地质高风险区，重视主动控制加固措施，提升公路安全水平。

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