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论工程地质问题的分析和解决在工程建设中的意义
摘要：
在大规模的道路建设中经常会遇到各种不良地质构造和不良地质现象，它们给建筑工程的稳定和正常使用造成危害。有时道路工程必须通过地质构造不利的部位和不良地质现象多发的地段，因此对道路工程的损害时有发生。
不良地质构造对道路边坡造成破坏的处理措施应是以防为主，及时治理。从两方面考虑制定治理措施。一是降低可能变形下滑岩体的下滑力；二是加强可能滑动面上的抗滑力。可采取地面排水、岩体内排水、削坡减重与反压、修支挡构筑物、锚固、灌浆、修护面等措施。还应考虑地震、断层等不良地质构造对道路工程的影响
关键字：工程地质问题；路基边坡稳定性；分析和解决 一．概述
地质问题是指与人类工程活动有关的地质问题。它影响建筑物修建的技术可能性、经济合理性和安全可靠性。如建筑物所处地质环境的区域构造稳定问题、地基岩体稳定问题、地下硐室围岩稳定问题和边坡岩体稳定问题、水库渗漏问题、淤积问题、浸没问题、边岸再造及坝下游冲刷问题，以及与上述问题相联系的建筑场地的规划、设计和施工条件等方面的问题。工程地质工作的基本任务在于对人类工程活动可能遇到或引起的各种工程地质问题作出预测和确切评价，从地质方面保证工程建设的技术可行性、经济合理性和安全可靠性。
工程地质问题是指已有的工程地质条件在工程建筑和运行期间会产生一些新的变化和发展，构成威胁影响工程建筑安全的地质问题称为工程地质问题。由于工程地质条件复杂多变，不同类型的工程对工程地质条件的要求又不尽相同，所以工程地质问题是多种多样的。就土木工程而言，主要的工程地质问题包括：
（1） 地基稳定性问题：是工业与民用建筑工程常遇到的主要工程地质问题，它包括强度和变形两个方面。此外岩溶、土洞等不良地质作用和现象都会影响地基稳定。铁路、公路等工程建筑则会遇到路基稳定性问题。
（2） 斜坡稳定性问题：自然界的天然斜坡是经受长期地表地质作用达到相对协调平衡的产物，人类工程活动尤其是道路工程需开挖和填筑人工边坡（路堑、路堤、堤坝、基坑等），斜坡稳定对防止地质灾害发生及保证地基稳定十分重要。斜坡地层岩性、地质构造特征是影响其稳定性的物质基础，风化作用、地应力、地震、地表水、和地下水等对斜坡软弱结构面作用往往破环斜坡稳定，而地形地貌和气候条件是影响其稳定的重要因素。
（3） 洞室围岩稳定性问题：地下洞室被包围于岩土体介质（围岩）中，在洞室开挖和建设过程中破坏了地下岩体原始平衡条件，便会出现一系列不稳定现象，常遇到围岩塌方、地下睡涌水等。一般在工程建设规划和选址时要进行区域稳定性评价，研究地质体在地质历史中受力状况和变形过程，做好山体稳定性评价，研究岩体结构特性，预测岩体变形破坏规律，进行岩体稳定性评价以及考虑建筑物和岩体结构的相互作用。这些都是防止工程失误和事故，保证洞室围岩稳定所必需的工作。
（4） 区域稳定性问题：地震、震陷和液化以及活断层对工程稳定性的影响，自1976年唐山地震后越来越引起土木工程界的注意。对于大型水电工程、地下工程以及建筑群密布的城市地区，区域稳定性问题应该是需要首先论证的问题。 二.主要工程地质问题
道路路基包括路堤、路堑和半路堤、半路堑式等。在平原地区修建道路路基比较简单，工程地质问题较少，但在丘陵区，尤其是在地形起伏较大的山区修建铁路时，路基工程量较大，往往需要通过高填或深挖才能满足线路最大纵向坡度的要求。因此，路基的主要工程地质问题是：路基边坡稳定性问题，路基基底稳定性问题，道路冻害问题以及天然建筑材料问题等。 1、路基边坡稳定性
路基边坡包括天然边坡、旁山线路的半填半挖路基边坡以及深路堑的人工边坡等。
任何边坡都具有一定的坡度和高度，在重力作用下，边坡岩土体均处于一定的应力状态，在河流的冲刷或工程的影响下，随着边坡高度的增长和坡度的加大，其中应力状态也不断增强。当剪应力大于岩土体的强度时，边坡即发生不同形式的变形与破坏。其破坏形式主要表现为滑坡、崩塌和错落。
土质边坡的变形主要决定于土的矿物成分，特别是亲水性强的粘土矿物及其含量，在地下水的作用下，粘土的膨胀使土体的强度显著降低，加速边坡的变形。影响土质边坡稳定性的因素，除受地质(成分、结构和成因类型)、水文地质和自然因素影响外，施工方法是否正确也有很大关系。如违反开挖顺序，或在坡体上存土加载，修建水池及其他建筑物，不合理地开挖便道以及爆破等都能引起滑坡的发生和发展。
岩质边坡的变形主要决定于岩体中各种软弱结构面的性状及其组合关系，它对边坡的变形起着控制作用。在人工边坡形成临空面的条件下，必须具体分析被切割的山体中各种软弱结构面可能起滑动和切割岩体的作用，只有同时具备临空面、滑动面和切割面三个基本条件，岩质边坡的变形才有发生的可能。影响岩质边坡稳定性的主要因素是岩石性质、构造情况、岩体结构类型、水文地质条件、边坡要素及其规模以及施工条件等。此外，岩石的风化，大气降水的冲刷，地下水的渗流，温差的变化，干湿的交替，裂隙充填物的吸水膨胀等作用，坡体上的堆积加载，地震以及人类的工程活动等都能促使边坡变形的发生和发展。
由于开挖路堑而形成的人工边坡，改变了天然山坡的稳定条件，加大了山坡的陡度和高度，使山坡的边界条件发生变化，破坏自然山坡原有应力状态以及岩土体的原生结构，加大临空面，使岩土体暴露于地表，不仅受到大气降水的冲刷和侵蚀，而且又经受各种风化营力的作用，加速岩土体的风化进程，导致岩土体强度的降低，促进山坡不稳定因素的发展。同时，开挖的临空面又往往使各类软弱结构面(层面、节理面、断层面、古滑坡面等)组合而成的滑落体失去支持，为山坡的失稳创造了条件。此外，有时因开挖而切割含水层，地下水渗出产生动水压力，或因渗水冻结而产生冻胀力，更进一步破坏了山坡岩土体的稳定性。
路堑边坡不仅可能产生工程滑坡，而且在一定条件下，还能引起古滑坡复活。由于古滑坡发生时间较长，在各种外营力的长期作用下，其外表形迹早已被改造成平缓的山坡地形，若不注意观察，很难发现。当施工开挖使其滑动面临空时，很易引起处于休止阶段的古滑坡重新活动，造成边坡不稳定。如成昆线嘎立车站附近，位于牛日河左岸一级阶地以上的斜坡地带，在施工中曾引起古滑坡的复活。此外，其他山区线路也常出现古滑坡复活的情况。
山区铁路，即使线路在较平缓的山坡地段通过，有时路基必须采用深挖方案，就需重视该地段深挖路堑边坡的稳定性问题，这是因为有些平缓山坡的工程地质条件较复杂，岩性种类繁多，风化程度各异，基岩面起伏不平，其上又常为第四纪冲积、坡积、洪积、冰积等成因类型的土层所覆盖，土体多由砂类土和碎石类
土所组成，其中常含有不规则的粘土透镜体，土层饱水后呈软塑—流塑状态，在这种地方开挖路堑，往往出现边坡变形问题。
人工边坡一经开挖，有的立即发生变形，威胁施工的安全，也有的需要相当长时期才发生变形，使铁路的正常运营受到影响。滑坡变形对路基的危害程度，主要决定于滑坡的性质、规模、滑体中含水情况以及滑动面的倾斜程度。只有掌握滑坡变形发生和发展的规律，才能得出正确的结论，提出有效的防治措施，减少或避免滑坡对铁路工程的危害。
边坡稳定性分析必须建立在正确的地质分析基础上，首先要求对地质环境充分了解，找出滑坡发生演变的主导因素，确定滑坡的边界条件，正确选取计算参数，然后选择适用的计算公式，按力学分析法进行计算，评定边坡的稳定性。在一定条件下，也可采用工程地质类比法进行边坡稳定性分析，此法主要是把已有边坡的设计经验应用于工程地质条件、斜坡类型及其模式等相似的新边坡，通过类比，对边坡的稳定性进行评价，最终确定其坡角和坡高。
不稳定边坡的治理原则是以防为主，及时根治。防治的含义包括线路绕避规模较大而难以整治的斜坡地段；消除或改变促使边坡稳定性恶化的主导因素，防止发生危害性较大的破坏。常用的治理措施有：
① 修筑锚杆挡墙、成排设置抗滑桩、抗滑明硐等支挡性建筑物；
② 对于规模小的滑体或不良的地质体可全部消除，但对规模大的滑坡，则主要采用上部刷方、下部填方(所谓“削头补足”的办法)来减缓坡度、增加斜坡的稳定性，或者改变边坡结构，降低坡高；
③修筑天沟、侧沟、盲沟、支撑渗沟及堵塞滑坡裂缝等，防止地表水和地下水渗入滑体内，避免岩土因受湿而抗滑力进一步降低；
④有时在边坡表面上，局部或全部用灰浆或沥青进行抹面，喷射水泥砂浆，修筑浆砌片石或混凝土护坡，采用骨架支撑式护坡及种植草皮等，以防止大气降水对边坡面的冲刷和岩石风化；
⑤有些情况下可采用掺砂翻夯、硅化法、焙烧法等土质改良方法，提高土体的力学强度，使边坡达到稳定。 2、路基基底变形与稳定性
路基基底稳定性多发生于填方路堤地段，其主要表现形式为滑移、挤出和塌陷。一般路堤和高填路堤对路基基底的要求是要有足够的承载力，它不仅承受列车在运营中产生的动荷载，而且还承受很大的填土压力，因此，基底土的变形性质和变形量的大小主要决定于基底土的力学性质、基底面的倾斜程度、软层或软弱结构面的性质与产状等。此外，水文地质条件也是促进基底不稳定的因素，它往往使基底发生巨大的塑性变形而造成路基的破坏。如路基底下有软弱的泥质夹层，当其倾向与坡向一致时，若在其下方开挖取土或在上方填土加重，都会引起路堤整个滑移；当高填路堤通过河漫滩或阶地时，若基底下分布有饱水厚层淤泥，在高填路堤的压力下，往往使基底产生挤出变形；也有的由于基底下岩溶洞穴的塌陷而引起路堤严重变形，如成昆线南段就有路堤塌陷的实例。路基基底若为软粘土、淤泥、泥炭、粉砂、风化泥岩或软弱夹层所组成，应结合岩土体的地质特征和水文地质条件进行稳定性分析，若不稳定时，可选用下列措施进行处理： ①放缓路堤边坡，扩大基底面积，使基底压力小于岩土体的允许承载力； ②在通过淤泥软土地区时路堤两侧修筑反压护道； ③把基底软弱土层部分换填或在其上加垫层；
④采用砂井预压排除软土中的水分，提高其强度；
⑤架桥通过或改线绕避等。 3、道路冻害
道路冻害包括冬季路基土体因冻结作用而引起路面冻胀和春季因融化作用而使路基翻浆。结果都会使路基产生变形破坏，甚至形成显著的不均匀冻胀和路基土强度发生极大改变，危害道路的安全和正常使用。
道路冻害具有季节性。冬季，在负气温长期作用下，路基土中水的冻结和水的迁移作用，使土体中水分重新分布，并平行于冻结界面而形成数层冻层，局部地段尚有冰透镜体或冰块，因而使土体体积增大(约9%)而产生路基隆起现象；春季，地表冰层融化较早，而下层尚未解冻，融化层的水分难以下渗，致使上层土的含水量增大而软化，强度显著降低，在外荷作用下，路基出现翻浆现象。翻浆是道路严重冻害的一种特殊现象，它不仅与冻胀有密切关系，而且与运输量的发展有关。在冻胀量相同的条件下，交通频繁的地区，其翻浆现象更为严重。翻浆对铁路影响较小，但对公路的危害比较明显。
影响道路冻胀的主要因素是：负气温的高低，冻结期的长短，路基土层性质和含水情况，土体的成因类型及其层状结构，水文地质条件，地形特征和植被情况等。
根据水的补给情况，道路冻胀的类型可分为表面冻胀和深源冻胀两种，前者是在地下水埋深较大地区，由于大气降水和地表水渗入和积聚于路基中而迅速冻结形成的，其主要原因是路基结构不合理，或养护不周，致使道碴排水不良造成的，其冻胀量较小，一般为30～40mm，最大达60mm，但也有不发生地表变形的。深源冻胀多发育在冻结深度大于地下水埋深或毛细管水带接近地表的地区。路堑基底为粉质粘性土，冻结速度缓慢，地下水补给源丰富，水分迁移强，极易形成深源冻胀，其冻胀量较大，一般为200～400mm，最大达600mm，尤其是不均匀冻胀对于要求较高的铁路来说，危害极大。甚至有的隧道因冻胀而使列车不能通过。
防止道路冻害的措施有：
①铺设毛细割断层，以断绝补给水源；
②把粉、粘粒含量较高的冻胀性土换为粗分散的砂砾石抗冻胀性土；
③采用纵横盲沟和竖井，排除地表水，降低地下水位，减少路基土的含水情况；
④提高路基标高；
⑤修筑隔热层，防止冻结向路基深处发展等。 4、建筑材料
路基工程需要天然建筑材料的种类较多，包括道碴、土料、片石、砂和碎石等。它不仅在数量上需要量较大，而且要求各种建材产地沿线两侧零散分布，但在山区修筑高路堤时却常遇土料缺乏；在平原区和软岩山区，常常找不到强度符合要求的护坡片石和道碴等，因此，寻找符合要求的天然建材有时成为铁路选线的关键性问题，常常被迫采用高桥代替高路堤的设计方案，甚至“移线就土”，提高线路的造价。
三.对地质问题的解决方法
在大规模的道路建设中经常会遇到各种不良地质构造和不良地质现象，它们给建筑工程的稳定和正常使用造成危害。有时道路工程必须通过地质构造不利的部位和不良地质现象多发的地段，因此对道路工程的损害时有发生。
道路通过岩石地区，岩层与岩石路堑边坡的产状关系控制着边坡的稳定性。一般情况下当岩层倾向与边坡坡向一致，岩层倾角大于或等于边坡坡角时，边坡