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［摘要］通過對長春地區開展的大規模地鐵建設中工程地質條件分析，對建設中存在的季節性凍土影響，白堊系泥巖的膨脹及崩解，基巖的風化程度劃分，斷裂帶穿越，地下工程抗浮及基巖設計參數取值等主要的工程地質問題進行詳細分析，并提出相應的勘察技術措施，為地鐵建設工程地質問題分析及設計提供工程地質依據。
［關鍵詞］季節性凍土；膨脹崩解；風化程度；斷裂帶；勘察技術措施
０引言
長春市城市快速軌道交通線網正如火如荼地進行，規劃線網總長度１７９ｋｍ，預計到２０５０年建成。區內第四系覆蓋層分布較為穩定，巖土類型在平面上變化不大，在立面上變化較大，第四系覆蓋層在市區中心至周邊最厚可達３０ｍ，一般在９～１５ｍ，分布特征受地貌及巖性影響，構成基底的地層為白堊系泥巖和泥質粉砂巖，在區內廣泛分布，除局部有零星出露外，大部分被第四系覆蓋。鑒于地區特殊的地質條件，需對可能遇到的復雜地質問題進入深入分析，并提出相應的勘察技術措施，以降低工程風險。
１季節性凍土
１１對工程的影響
長春地區標準凍結深度為１７ｍ，凍結深度內的土層為粉質黏土層，按規范判別凍脹類別為弱～強凍脹土。凍土的凍融及循環變化，導致土的土工試驗指標如含水率、密度、孔隙比、比重、無側限抗壓強度、壓縮模量及抗剪強度指標有所變化，土體膨脹和融化致土體下沉對地基基礎產生不利影響，對基坑工程的影響較為突出。
１２凍土的試驗及測試
常規土試驗按照國標《土工試驗方法標準》進行，凍土試驗按ＭＴ／Ｔ５９３４—１９９６《人工凍土物理力學性質試驗》進行。１）壓縮模量試驗未凍土、一次凍融融土及二次凍融融土的壓縮模量試驗成果如表１所示。從表１可知，凍融后的土樣壓縮模量比未凍土的壓縮模量隨著土樣干密度的增大而降低，二次凍融融土與一次凍融融土的壓縮模量數值比較接近。２）無側限抗壓強度試驗未凍土、一次凍融融土及二次凍融融土的無側限抗壓強度試驗成果如表２所示。從表２可知，凍融后的土樣無側限抗壓強度數值小于未凍土的無側限抗壓強度值側限抗壓強度值小于一次凍融融土的無側限抗壓強度值。３）抗剪強度指標未凍土、一次凍融融土及二次凍融融土的直接剪切試驗成果如表３所示。從上表可知，同一深度凍融后的土樣抗剪強度指標數值小于未凍土的抗剪強度值，二次凍融融土的抗剪強度值比一次凍融融土的抗剪強度數值小。４）凍脹力與凍脹率未凍土、一次凍融融土及二次凍融融土的凍脹力與凍脹率試驗成果如表４所示。從試驗結果來看，地面下３～４ｍ的黏性土樣凍脹力與凍脹率數值很小，凍脹性不明顯，而粉質黏土層凍脹性較明顯。凍脹力與凍脹率均隨著含水量與超塑含水量的增大而增大，隨著干密度的增大而減小，且經過一次凍融循環，凍脹力和凍脹率都略有增加。５）融沉率試驗一次凍結凍土及二次凍結凍土的融沉率試驗成果如表５所示。試驗結果表明凍土的一次融沉率在０４５％～７５９％，二次融沉率在１８７％～８２８％。融沉率基本隨著含水量增大而增大，隨著干密度增大而減小。
２白堊系泥巖
２１泥巖的膨脹崩解問題
地鐵工程結構埋深一般在１５～３０ｍ，基本埋置于全風化和強風化泥巖層中，由于泥巖具有吸水軟化和失水崩解等工程特性，因此查明白堊系泥巖地層崩解性和膨脹性是勘察技術難點之一。
２２勘察技術措施
為判定風化巖的崩解性，對鉆孔內的１５組試樣進行了二次循環崩解試驗，試驗結果表明第一循環耐崩解指數為０～４９９０％，平均耐崩解指數為９６７％。第二循環耐崩解指數為０～１８７８％，平均耐崩解指數為１６６％。按照相關規范巖石耐久性劃分綜合判定長春全風化泥巖及強風化泥巖屬于極低耐久性巖石。為判定風化巖的膨脹性，在鉆孔內采取了３２組土樣進行了膨脹性試驗，風化泥巖土工試驗所得蒙脫石含量為２３７８％～３５１１％，自由膨脹率δｅｆ平均值小于４０％。全風化泥巖膨脹力為１１２～２７８ｋＰａ，平均值為１７１５ｋＰａ，強風化泥巖膨脹力為９８６～１５７２ｋＰａ，平均值為１２４４ｋＰａ。全風化泥巖陽離子交換量ＣＥＣ為１５０８～３０１５ｍｍｏｌ／ｋｇ，平均值為２１８６ｍｍｏｌ／ｋｇ。強風化泥巖陽離子交換量ＣＥＣ為１４５８～３０６６ｍｍｏｌ／ｋｇ，平均值為２３０７ｍｍｏｌ／ｋｇ。依據《膨脹土地區建筑技術規范》相關規定綜合判定長春風化泥巖屬弱膨脹潛勢巖。
３基巖風化程度
３１不同風化程度基巖問題
長春地區第四系覆蓋層下構成基底的地層為白堊系泥巖和泥質粉砂巖，地層存在較大差異，盾構施工及確定樁基礎的樁端持力層需對下伏泥巖的風化程度進行劃分。
３２勘察技術措施
勘察過程中依據國家標準和地方標準的相關規定，通過現場巖芯鉆探及巖芯描述結果、泥巖的野外特征的判別、泥巖的單軸抗壓強度及風化系數計算、泥巖中進行標準貫入試驗、以及剪切波速的測定等手段綜合判別泥巖的不同風化程度。１）國家標準中巖石風化程度劃分方法巖土規范依據巖石的野外特征以及巖石風化程度參考指標，長春白堊系泥巖屬極軟巖，具有浸水軟化崩解特點，難以測得飽和抗壓強度。對于中等風化及其以上泥巖，常以天然狀態代替飽和狀態進行單軸抗壓試驗。此外，國家規范提出泥巖常常不存在完全的風化帶，但長春泥巖具有一定的風化規律，其風化程度劃分對工程建設具有較大意義。２）地方標準風化程度劃分方法吉林省地方以標準貫入試驗的錘擊數判定泥巖的風化程度。在泥巖中進行標貫試驗，影響因素多，標貫試驗無法區分中等風化至未風化泥巖的風化狀態。３）采用波速對泥巖風化程度劃分方法根據不同波速界限內泥巖野外特征與巖土規范及地方標準有關泥巖不同風化程度劃分標準，可據此確定剪切波速劃分泥巖風化程度。根據主要物理力學指標參數的數理統計結果，剪切波速與泥巖的主要物理力學性質存在一定的相關關系，如表６所示。
４斷裂帶
４１斷裂帶問題
根據地質鉆探結果揭示，在永順路可能存在破碎帶。需要通過鉆探、物探等綜合勘探手段查明永順路覆蓋層厚度及是否存在隱伏斷層、破碎帶。
４２勘察技術措施
利用高密度電阻率法，在永順路南側綠化帶，沿６號線線路里程布置兩條高密度測線，測線反演后的視電阻率剖面可知，完整基巖埋深１８～２０ｍ。在破碎帶附近通過加密勘探鉆孔，揭示巖芯破碎，破碎帶兩側地層顏色、巖性差異較大，通過破碎帶及周圍地層波速測試成果對比分析，破碎帶巖層波速值較周邊巖層較低，與高密度電法物探探測結果較相符。
５地下水控制
５１抗浮問題地鐵車站結構埋深一般在１５～３０ｍ，一般采用明挖法施工，上部第四系覆蓋層土層中存在孔隙潛水，構成基底的地層為白堊系泥巖和泥質粉砂巖層賦存承壓水，且水位較高，抗浮水位的確定直接關系到結構防水、防滲設計、外墻及底板結構設計、抗浮穩定性驗算等。
５２勘察技術措施
根據抽水試驗測定的水文地質參數進行地下水控制方案設計，承壓水含水層風化泥巖（部分為泥巖和泥質砂巖互層）抽水試驗測定的泥巖滲透系數范圍值為００７９～３３８０ｍ／ｄ，影響半徑范圍值為３７～２００ｍ；礫巖抽水試驗測定的礫巖滲透系數范圍值為０１５～０２９ｍ／ｄ，影響半徑范圍值為１４～７８ｍ。砂巖抽水試驗測定的砂巖滲透系數范圍值為１２～１３３ｍ／ｄ，影響半徑范圍值為９８～１３０ｍ。根據地下水壓力滲流分析理論，地下水壓力分布規律的研究成果，在綜合考慮區域氣象條件、降水資料、地下水開采量的變化，以及水庫放水造成的河水滲漏等各種自然和人為因素影響的不利情況下，結合擬建場區的設計條件、工程地質與水文地質條件以及地下水的動態變化特征等因素，進行水壓力模擬計算和預測，可定量提供抗浮設防水位。
６工程設計參數
６１參數取值問題
由于現場鉆探難以取樣，砂礫巖和泥巖的承載力值、抗剪強度參數指標以及基床系數等參數多以經驗數據評估方法為主，在合理準確確定相關參數的問題上存在較大分歧。
６２勘察技術措施
通過現場載荷試驗和現場原位剪切試驗，強風化砂礫巖承載力特征值可以取最小值１２３４ｋＰａ，變形模量范圍值為４５１～１１９１ＭＰａ，平均值為８７２ＭＰａ，基準基床系數范圍值為１９０７７５～５０３６８４ｋＮ／ｍ３，可以１９０ＭＰａ／ｍ作為參考值使用。天然狀態下全風化泥巖承載力特征值為３４７ｋＰａ，變形模量為１０２ＭＰａ，浸水狀態下全風化泥巖承載力特征值為２４７ｋＰａ，變形模量為９１ＭＰａ，基準基床系數范圍值為４６２６１～５１７６９ｋＮ／ｍ３，全風化泥巖基準基床系數可以４５～５２ＭＰａ／ｍ作為參考值使用。一組現場直剪試驗表明長春地區強風化礫巖巖體抗剪強度指標值Ｃ＝４２８ｋＰａ，?＝２８４°；全風化泥巖巖體抗剪強度指標Ｃ＝６２７ｋＰａ，?＝１０６作為參考值，其值與室內剪切指標差別不大。
７結語
通過對長春地區季節性凍土的相關物理力學性質，白堊系泥巖的風化程度，斷裂帶穿越，地下工程抗浮及基巖設計參數取值等主要的工程地質問題進行詳細分析，針對各類可能出現的工程地質問題采取了相應的勘察技術措施，為地鐵建設工程地質問題分析及設計施工提供參考依據。
參考文獻：
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［４］李學穎，孫光，高濤長春白堊紀泥巖風化程度的劃分方法［Ｊ］巖土工程技術，２０１５，２９（６）：３２０?３２３
作者:郭紅梅 單位:北京城建勘測設計研究院有限責任公司 城市軌道交通深基坑巖土工程北京市重點實驗室