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本文作者：姚永勝朱洪洲唐伯明肖巧林工作單位：重慶交通大學(xué)

火山巖的物理力學(xué)性質(zhì)及工程特性

火山巖包括玄武巖、安山巖、花崗巖等，而火山爆發(fā)后的噴出巖，一般稱之為玄武巖。在公路建設(shè)中，主要涉及的是玄武巖。因此，筆者主要討論玄武巖的化學(xué)成分、物理力學(xué)性質(zhì)和工程特性等。化學(xué)成分玄武巖的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO（還有少量的K2O、Na2O），其中SiO2含量最多，約占成分總量的1/2左右。全新世玄武巖巖石化學(xué)成分見表1[7]。物理力學(xué)性質(zhì)玄武巖耐久性甚高，節(jié)理多，且節(jié)理面多成六邊形，新鮮完整的玄武巖為高強(qiáng)度、高模量、具有脆彈性特征的各向同性巖體。玄武巖巖石致密、堅(jiān)硬、性脆，上部多風(fēng)化呈碎塊狀或球狀，其容重一般為28～33kN/m3[8-9]。玄武巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rc為21.2～78.8MPa，平均50.8MPa，屬于硬巖[10]。工程特性火山巖熔空洞地區(qū)中的玄武巖柱狀節(jié)理較發(fā)育，且存在各種原生結(jié)構(gòu)面，在物理風(fēng)化及重力作用下，崩塌落石十分發(fā)育。在路基修筑之前，首先需對地基進(jìn)行勘察和分析，對不滿足地基承載力的路段，應(yīng)采取處治措施，以滿足地基的承載力要求和穩(wěn)定性等。在路塹段時，下面的山坡上經(jīng)常分布著大量的玄武巖崩塌巖塊，且崩塌巖塊由于巖性組合及產(chǎn)狀的不同，玄武巖發(fā)生崩塌落石的概率也將不一樣。在路基填方段，由于洞穴、裂隙、節(jié)理發(fā)育，在公路的建設(shè)和運(yùn)營階段可能出現(xiàn)塌陷、不均勻沉降等病害。因此，在路基填筑時，對施工工藝和施工質(zhì)量要求更高，同時也要注意路基及邊坡的防護(hù)和防水，避免沖刷。

火山巖熔空洞地區(qū)公路病害分析

火山巖熔空洞地區(qū)屬于一種特殊的地質(zhì)體，在工程建設(shè)時需依據(jù)其特點(diǎn)而特殊對待。在以往的鐵路和水壩修建過程中，已遇到過類似的地質(zhì)，并有一些研究。比如，在內(nèi)蒙古的張集鐵路中，于國新，等[11]從地貌特征、地層特點(diǎn)、力學(xué)性質(zhì)、路基工程、邊坡、隧道等方面，詳細(xì)分析了該地區(qū)的玄武巖分布及其工程特性。此外，在貴州、浙江、江蘇等地，也有一些關(guān)于玄武巖地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害研究，主要涉及的是邊坡和邊坡穩(wěn)定性方面的探討[10-11]。但在火山巖熔空洞地區(qū)修建高等級公路方面的研究成果還很少。該地區(qū)修建公路時，會遇到開挖堅(jiān)硬巖石難度大、巖體裂隙發(fā)育及開挖薄層軟質(zhì)巖石后，施工場地受到限制等諸多不利因素[12]，需要公路建設(shè)者進(jìn)一步研究和總結(jié)?；鹕絿姲l(fā)的巖漿隨著地表流動時，在不同的內(nèi)外部因素（如巖漿的礦物組成、地形、地貌、溫度、濕度等條件）共同作用下，最終形成了火山巖熔空洞地區(qū)的不良地質(zhì)體。這對公路工程的建設(shè)和后期運(yùn)營存在著極大的安全隱患，而地質(zhì)體中的地下空洞、巖熔隧道、塌陷坑、溝槽等對公路建設(shè)的影響更為突出（圖2）。(a)巖熔隧道火山巖熔地下空洞對公路工程的危害裸露型熔洞由于幾何尺寸的差異在地基表面形成了高低不平的基巖面，且熔洞內(nèi)填充著大量的風(fēng)化沉積物（主要為高液限土），這將可能導(dǎo)致修筑在其上的路基產(chǎn)生沉降不均或結(jié)構(gòu)物的地基承載力能滿足規(guī)范要求等；覆蓋型熔洞則可能因頂板太薄或強(qiáng)度不夠，從而導(dǎo)致熔洞頂板的突然塌陷；大面積的蜂窩狀熔洞群則可能會引起路塹邊坡的坍塌或路基填方段的不均勻沉降。巖熔隧道對公路路基危害巖熔隧道頂板中的巖體裂隙發(fā)育且在長期的地質(zhì)風(fēng)化及外荷載作用的影響下，使得頂板巖體產(chǎn)生松動或巖石強(qiáng)度降低，進(jìn)而影響其穩(wěn)定性，而當(dāng)頂板承載力不能滿足規(guī)范要求時，則會使修筑在其上面的路基產(chǎn)生突然性塌陷或邊坡失穩(wěn)等病害[12-13]。巖熔陷坑對公路路基危害在坑底、坑邊、坑頂四周發(fā)育著環(huán)狀裂隙且陷坑內(nèi)充填有大量的風(fēng)化沉積物；而在坑側(cè)壁及坑邊角可能有殘留的小熔洞，以及在坑底雜亂堆積大小不等的棱角狀塊石或形狀大小各異的巖堆等；它們都將對公路路基的填筑、壓實(shí)和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響[14-15]。3.4熔溝、熔槽及柱狀節(jié)理對公路路基的危害溝槽、基巖的凹凸不平及其巖性差異，使得路基或結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻受力，從而引起不均勻沉降或開裂；而柱狀節(jié)理則影響巖體的完整性和強(qiáng)度，進(jìn)而可能導(dǎo)致路基的變形不均或沉陷等病害。

火山巖熔空洞地區(qū)高等級公路建設(shè)展望

盡管在火山巖熔空洞地區(qū)修建高等級公路會遇到很多困難，但隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和公路的建設(shè)水平、科研水平不斷提升，公路科研人員和建設(shè)者已積累了一定的工程經(jīng)驗(yàn)。但為了保證公路的設(shè)計(jì)、施工和后期運(yùn)營階段的安全性，在以下幾個方面還需進(jìn)一步的發(fā)展和完善[16]。4.1勘察技術(shù)由于火山巖熔空洞地區(qū)屬于不良地質(zhì)體，那么如何運(yùn)用物探、鉆探、聲波檢測等勘探方法，查明地質(zhì)情況，以便更好地指導(dǎo)公路建設(shè)的設(shè)計(jì)和施工等顯得尤為重要。同時，對路基挖填方、構(gòu)造物、橋涵隧道等中的一些重點(diǎn)和關(guān)鍵部位需要進(jìn)行更為詳細(xì)的勘察。公路設(shè)計(jì)在前期工作和地質(zhì)勘探結(jié)束后，結(jié)合火山巖熔空洞地區(qū)的實(shí)際情況，如何對修筑其上的公路進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證公路修建及后期運(yùn)營時的安全，仍是一項(xiàng)重要任務(wù)。同時，在保證安全性的前提下，也要注重公路設(shè)計(jì)時的經(jīng)濟(jì)性和適用性等，也是公路設(shè)計(jì)工作者的重要任務(wù)之一。地基處治在對火山巖熔空洞地區(qū)的地基在進(jìn)行處治時，選取什么樣的技術(shù)手段和方法進(jìn)行處治，亦相當(dāng)重要。常用的處治方法有注漿法、強(qiáng)夯法、沖擊壓實(shí)法、橋跨法、板跨法、揭開洞頂回填法等，對各種方法進(jìn)行理論分析并通過試驗(yàn)路段驗(yàn)證后，選取一種或幾種方法作為主要的處治手段。同時，地基處治時的施工工藝流程、技術(shù)指標(biāo)和控制指標(biāo)等需制定專門的實(shí)施方案。施工過程中，施工單位和監(jiān)理單位對重點(diǎn)和關(guān)鍵部位需進(jìn)行重點(diǎn)控制，以保證地基處治的工程質(zhì)量及后期公路運(yùn)營階段的安全性。路基修筑在火山巖熔空洞地區(qū)路堤和路塹的修筑時，需重點(diǎn)考慮選用什么樣的試驗(yàn)路段、選取何種填筑材料、采用何種施工工藝、注意哪些控制要點(diǎn)，以及修筑過程和后期的檢測、效果評價等方面。同時，依據(jù)室內(nèi)外試驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)，因地制宜，綜合分析和驗(yàn)證后，進(jìn)而制定出一套完整、詳細(xì)、適用的實(shí)施方案。