安塞陜西安塞靖邊高速公路段工程地質(zhì)條件

陜西安塞-靖邊高速公路段是西部道路連接到北海高速公路的高速公路，是陜西省“米”高速公路規(guī)劃建設(shè)的主要組成部分。北端與石家湖銀家湖高速公路相連。它連接著南北，連接著東西交通中心。這在西部的大發(fā)展和經(jīng)濟繁榮中發(fā)揮著重要作用。該公路段南起安塞縣北(K117+000),北止靖邊縣東北的楊家灣(K286+100),全長約110km。路段總體延伸方向為330°,地理坐標(biāo)為北緯36°50′～37°40′、東經(jīng)108°30′～109°30′。安靖高速公路橫跨黃土高原地貌區(qū)和風(fēng)沙地貌區(qū),其間黃土溝壑縱橫,嶺谷相間,危巖崩塌災(zāi)害普遍,濕陷性黃土分布較廣,導(dǎo)致黃土侵蝕及水土流失加劇,沙漠化日趨嚴(yán)重。由于自然和人為因素形成的潛在地質(zhì)災(zāi)害對公路的選線和建設(shè)影響較大,在公路建設(shè)前采用地表地質(zhì)并結(jié)合遙感解譯查明路段工程地質(zhì)條件,對公路選線和建設(shè)非常必要。1該路段的自然地理和地質(zhì)結(jié)構(gòu)1.1地貌、地貌條件安靖高速公路段地理環(huán)境復(fù)雜多變,以白于山—鴨行山—白豬山一線為界,南北環(huán)境差異較大:南部(以安塞縣為主)地處陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū),海拔可由1802m(鐮刀灣鄉(xiāng)高峁山)降至1009m(河灣鄉(xiāng)羅家溝);東部為黃土梁峁溝壑地形,相對高差約150m,河谷寬緩;西部屬河源梁狀丘陵溝壑地形,谷深坡陡,相對高差為200～300m;北部(以靖邊縣為主)自南向北傾斜,由黃土覆蓋的白于山區(qū)漸變?yōu)辄S土梁峁區(qū);最北部為風(fēng)沙草灘盆地區(qū),梁、澗交錯,川道、臺地的地勢平坦開闊,由于地下水位較淺,大小洼地、水庫星羅棋布。從地貌類型上看,安靖高速公路段地處毛烏素沙漠南緣、黃土高原北部,毛烏素沙漠綿延于北,黃土高原橫亙于南,白于山—白豬山呈近東西向居中,構(gòu)成黃土覆蓋的中山地貌。其絕對高差近550m,起終點高差約200m。安靖高速公路段水系密布,主要發(fā)源于白于山,次為鴨行山和白豬山,主要水系有紅柳河、蘆河、延河、橋川河及清水河等。北部的紅柳河及蘆河總體流向由西南向東北,而南部的延河呈北西向東南流向。上述河流平水期水量較少,夏秋季水量及含沙量均較大,水土流失嚴(yán)重,加快了沙漠和黃土地貌的演化過程,直接影響著高速公路的建設(shè)。1.2地質(zhì)概況安靖高速公路段地質(zhì)構(gòu)造比較簡單,黃土覆蓋面積較大,基巖平緩,巖性單一,褶皺斷裂構(gòu)造不甚發(fā)育,基本屬于較穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境(見圖1)。1.2.1地形地貌和地表環(huán)境以白于山—白豬山分水嶺為界,南北地層結(jié)構(gòu)有明顯差異。南部地段,地表廣覆厚約5～10m不等的灰黃色馬蘭組風(fēng)積黃土層,局部馬蘭黃土下可見離石黃土分布,但厚度不大,范圍較小,未見典型的早更新世午城黃土出露。黃土層繼承性覆蓋在古丘陵地貌之上,呈披蓋狀,隨基底古地形起伏而起伏,經(jīng)剝蝕局部可出露于中低山頂部。南部河谷深切,可見Q4-Q3沖積砂礫石層及沖積粘土層,但沉積層較薄,3～5m不等。北部地段、南部鄰近分水嶺一帶地層結(jié)構(gòu)基本同南部相似,往北J2—K1基巖埋深較大。第三系和第四系沉積增厚,地層也較全,個別剖面顯示(喬溝灣),除上部Q3—Q1風(fēng)積黃土外,下部還可見N2紅色粘土層,厚度50～100m不等,一般未見基巖出露,地表大部分被現(xiàn)代風(fēng)沙沉積覆蓋。值得注意的是,風(fēng)沙沉積下所見黃土屬Q(mào)2離石黃土,即地表風(fēng)沙沉積可與黃土高原馬蘭黃土相對比。這種現(xiàn)象可有兩種解釋:①沙體與馬蘭黃土分屬同時代不同環(huán)境沉積;②北部沙漠下的馬蘭黃土被風(fēng)蝕和沙漠化。比較而言,前者的可能性較大。北部區(qū)很少有基巖出露,以沖積沙泥沉積為主。1.2.2基巖構(gòu)造型式安靖高速公路段隸屬華北板塊中的鄂爾多斯晚古生代—中新生代上迭式盆地,是由周緣河套、渭河、銀川及山西斷陷帶所圍限的相對構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。第四系下伏的基巖構(gòu)造型式主要表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造,中生代地層單斜緩傾,褶皺構(gòu)造不發(fā)育,具地臺構(gòu)造特征。由于本區(qū)黃土廣覆,斷裂在地表的跡象和證據(jù)較少,主要根據(jù)水系變化、溝壑深切、航磁異常及影像特征等綜合分析推斷。據(jù)安塞及靖邊遙感地質(zhì)調(diào)查,路段內(nèi)對公路建設(shè)有影響的斷裂共13條,而且均為隱伏狀的基底斷裂。其中F1,F2,F4,F6和F7斷裂規(guī)模較大,延伸較遠,與公路設(shè)計線直交或斜交,但對公路選線和建設(shè)的影響甚微。1.2.3交通基底斷裂活動的加強根據(jù)黃河中游地震(M≥6)震中分布及地震烈度區(qū)劃圖可知,安靖高速公路段及其鄰區(qū)位于由鄂爾多斯周緣新構(gòu)造強烈活動帶及高等級地震發(fā)育帶所圍限的較穩(wěn)定地臺區(qū)。無論從新構(gòu)造的展布、活動性,還是從史前地震災(zāi)害上看,較周緣有明顯的差異。即路段內(nèi)不僅新構(gòu)造少,活動弱,而且地震強度低,即使有,也周期長,震級小,多為微震,目前對公路建設(shè)影響不大。但是,隨著鄂爾多斯地臺周緣新構(gòu)造活動的增強,加上路段內(nèi)自然或人為活動等綜合因素(地下固、液態(tài)礦產(chǎn)資源和水資源的過量開采等),基底斷裂活動有增強的趨勢。因此,從公路建設(shè)的長遠規(guī)劃考慮,不排除在公路設(shè)計帶內(nèi)的基底斷裂有局部活化的可能,仍需重點防范,做到萬無一失。2巖石和土木工程材料的類型安靖高速公路沿線及鄰區(qū)內(nèi)的巖土體類型主要為松散土體,次為部分半堅硬及堅硬沉積巖類,北部有零星沙漠覆蓋。2.1巖石體類型2.1.1地基及工程地質(zhì)特征根據(jù)土體的成因特征、巖性組合及物理力學(xué)性質(zhì)等,路段區(qū)域內(nèi)土體可劃分為含礫砂土、粘性土和風(fēng)積黃土3類。含礫砂土主要分布于延河、蘆河及其支流的河漫灘和一級階地下部,以含礫中粗砂為主,結(jié)構(gòu)疏松,密實性差,水位埋深淺,易砂土液化,基本承載力250～500kPa,干容重1.9～2.3g/cm3,滲透系數(shù)50～300m/d。粘性土主要見于河谷階地、澗地和掌地范圍,以全新統(tǒng)—上更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土和上新統(tǒng)紅粘土為主,常夾砂土透鏡體和鈣結(jié)核層,厚度變化大。粉質(zhì)土呈中壓縮性,壓縮系數(shù)0.01～0.07,孔隙比0.72～0.88,濕陷系數(shù)≤0.03,承載力基本值200～150kPa,滲透系數(shù)0.05～0.5m/d,或基本不透水。第四紀(jì)風(fēng)積黃土,尤其是表層Q4-Q3濕陷黃土,以粉土為主,夾多層灰棕色古土壤,底部含鈣質(zhì)結(jié)核,厚5～10m不等。自上而下,土體密實程度增強,大孔隙減少,工程地質(zhì)屬性變好,濕陷性黃土孔隙比0.93～1.11,濕陷系數(shù)0.02～0.08,天然干容重1.31～1.50g/cm3,具中等濕陷性,易形成黃土陷穴等巖溶地貌。中、下更新統(tǒng)黃土及濕陷性黃土中古土壤層的工程地質(zhì)條件相對較好,孔隙小而承載力大,一般不具濕陷性。2.1.2細(xì)砂和粉砂結(jié)構(gòu)見于靖邊古長城一線以北,長城以南地表亦有零星沙體覆蓋,構(gòu)成流動、半固定沙丘及固定沙地。沙體以松散的細(xì)砂和粉砂為主,次為中砂,粒度自西北向東南遞減,單粒結(jié)構(gòu),孔隙率40%～50%,干容重1.4～1.8g/cm3,密度1.8～2.0g/cm3,滲透系數(shù)3～50m/d,透水性及壓縮性均強,內(nèi)聚力≈0。該類沙體除沙漠化侵襲頻發(fā)外,局部飽和狀態(tài)的砂土經(jīng)強震可誘發(fā)砂土液化,對公路建設(shè)有較大的影響。2.1.3工程地質(zhì)性質(zhì)主要見于分水嶺及其以南路段各深切河谷兩側(cè)及部分基巖裸露區(qū),以中侏羅統(tǒng)和下白堊統(tǒng)碎屑巖和碳酸鹽巖為主。其中:下白堊統(tǒng)洛河組白云質(zhì)灰?guī)r、中細(xì)粒石英砂巖、粉砂巖(出露較少)的抗壓強度1020～1350kg/cm2,巖石堅硬致密,弱透水性,具良好的工程地質(zhì)性質(zhì);較為廣泛出露的白堊系和侏羅系砂巖和砂泥巖、泥灰?guī)r、泥巖及煤層等,巖石堅硬且質(zhì)脆,抗壓強度200～400kg/cm2,具有較好的工程地質(zhì)屬性。2.2風(fēng)積沙灘地質(zhì)區(qū)根據(jù)地貌類型和巖土體工程地質(zhì)特征,將設(shè)計路線帶劃分為3個工程地質(zhì)區(qū),即風(fēng)積沙漠灘地、風(fēng)積黃土梁峁及河谷階地、澗地工程地質(zhì)區(qū)。上述工程地質(zhì)區(qū)還可根據(jù)微地貌及巖性特征進一步劃分為若干亞區(qū),不同區(qū)、亞區(qū)工程地質(zhì)條件有明顯差異,對高速公路選線至關(guān)重要(見表1)。3地下水水文氣象條件研究安靖高速公路設(shè)計帶內(nèi)構(gòu)造、地貌、巖性特征及水文氣象條件,是沿線地下水補給、徑流及排泄的主要控制因素。根據(jù)地下水賦存條件和化學(xué)物理性質(zhì),該路線帶內(nèi)地下水主要有潛水和承壓水兩類。3.1地下水徑流、下滲特征潛水的化學(xué)特征主要受地形、氣候及徑排條件的制約,路段內(nèi)黃土梁峁區(qū),地勢高而且地層破碎。黃土層中潛水具有就地補給和排泄的特征,徑流良好。因而,其水質(zhì)主要取決于黃土層本身易溶巖含量,多形成礦化度小于1的重碳酸型水。灘地地下水徑流不暢,埋深淺,蒸發(fā)快,易形成礦化度較大的SO2?442-型水(1～3g/L)。沙丘地帶因地勢較平坦,易接受大氣降水和下滲,形成礦化度小于1的重碳酸型水。河谷階(澗)地區(qū)潛水水化學(xué)特征受基巖裂隙水化學(xué)特征控制。承壓水的化學(xué)特征一般為,淺層的水質(zhì)優(yōu)于深層的,平原區(qū)的水質(zhì)優(yōu)于山地區(qū)。白堊系洛河組碎屑巖的水質(zhì)較佳,礦化度一般為1g/L左右。中侏羅統(tǒng)砂頁巖水化學(xué)成分與埋深密切相關(guān),尤其在侵蝕面以下,隨深度增加水質(zhì)條件變差,礦化度可由1～3g/L增至3～20g/L,水化學(xué)類型為SO2?442--Cl-型或Cl-型,礦化度較高。這是由于中生代地層為一套干燥氣候條件下形成的易溶鹽含量較高的富煤、油沉積建造。3.2地下水類型3.2.1地下水開井積水水其形成與新生代的松散沉積層及其相關(guān)地貌有成因聯(lián)系。潛水資源主要分布在第四系沖湖積層孔隙和風(fēng)成黃土孔隙裂隙中,地下潛水埋深一般數(shù)米到數(shù)十米不等,最大埋深可達60m(黃土梁峁區(qū)和基巖區(qū))。單井涌水量視地貌和沉積類型不同而異:黃土梁峁地貌(層)區(qū)一般小于10m3/d;第四紀(jì)沖湖積灘地區(qū)100～900m3/d,最高可達2000m3/d;階地、澗地中的沖積層為50～200m3/d;中生代碎屑巖變化較大,一般100～1000m3/d。3.2.2造層中中細(xì)粒砂巖和砂頁巖間互層主要分布于下白堊統(tǒng)和中侏羅統(tǒng)碎屑巖中,含水層為向北西微傾的單斜構(gòu)造層中的中細(xì)粒砂巖和砂頁巖間互層,孔隙大,交錯層理及裂隙發(fā)育,為地下水賦存創(chuàng)造了良好條件。其泉流量一般為0.2～2.5m3/h,單井涌水量為200～700m3/d,局部地段可在溝谷中自流。4選取的特殊地質(zhì)環(huán)境安靖高速公路段是不良地質(zhì)體頻繁發(fā)作的路段,是當(dāng)代大氣環(huán)流(風(fēng)、雨)作用在路線帶內(nèi)特定地質(zhì)、地貌環(huán)境下的一種災(zāi)害體,同時無時無刻不在變化,對公路選線建設(shè)和維護至關(guān)重要。據(jù)路段內(nèi)地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件不同,不同路段內(nèi)災(zāi)害體類型和危害程度亦不同。路段內(nèi)主要不良地質(zhì)體有以下幾類。4.1深谷底物的配方,深谷,崩塌及危巖體主要分布于延河上游及其支流康河、橋川河的凹岸,尤其是白于山—白豬山段的深切河谷中。由于中生代紅色基巖分布于高處,河曲發(fā)育,砂、泥巖呈互層且膠結(jié)程度差,在凹岸強烈掏蝕作用下,均形成水平狀巖穴及陡峻巖壁,構(gòu)成不穩(wěn)定危巖帶并繼而產(chǎn)生大量基巖崩塌體。經(jīng)調(diào)查,路段內(nèi)規(guī)模較大,對公路有明顯影響的崩塌體約16處,危巖數(shù)十處。4.2黃土滑坡的種類路段內(nèi)滑坡災(zāi)害主要發(fā)育在黃土層分布區(qū)及部分基巖段,該區(qū)黃土層為繼承性成因,多呈傾斜狀,以中、上更新統(tǒng)黃土為主,在溝谷坡地,主、支流交會處及人工開挖段易發(fā)生黃土滑坡。但是,由于黃土沉積層較薄,出露高度較大且呈披蓋狀,典型的較大規(guī)模的滑坡體不多,所見者均為古滑坡,目前處于較穩(wěn)定狀態(tài),且多屬滑崩性質(zhì)。路段內(nèi)調(diào)繪出明顯滑坡十多處,以黃土滑坡為主。4.3濕陷災(zāi)害對公路選線的影響本路段的中、南部多被上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)濕陷黃土覆蓋。其孔隙大,結(jié)構(gòu)疏松,垂直節(jié)理發(fā)育,濕陷系數(shù)0.076～0.040,侵蝕后在自重壓力下,易發(fā)生濕陷,并形成典型的串珠狀陷穴、洞和黃土橋等