埃塞俄比亞至吉布提鐵路(Dire Dawa-Dawanle段)膨脹土特性研究

高冬平(中土集團福州勘察設計研究院有限公司，福建福州　350013)Study of Properties of Expansive Soil on the Ethiopia to Djibouti Railway

(Dire Dawa-Dawanle Segment)

GAO Dongping

埃塞俄比亞至吉布提鐵路(Dire Dawa-Dawanle段)膨脹土特性研究

高冬平(中土集團福州勘察設計研究院有限公司，福建福州350013)Study of Properties of Expansive Soil on the Ethiopia to Djibouti Railway

(Dire Dawa-Dawanle Segment)

GAO Dongping

摘要對本項目范圍內膨脹土的特性進行分析研究，提出其與國內膨脹土及當地黑棉土的差異，為本項目膨脹土路基設計提供了合理的處理措施。

關鍵詞埃塞俄比亞膨脹土工程特性

1概述

膨脹土(Expansive soil)是指土中黏粒成分主要由親水性礦物組成，具有吸水顯著膨脹軟化和失水急劇收縮開裂，并能產生往復脹縮變形的高塑性黏性土。含有大量的親水礦物(蒙脫石和伊利石)是構成膨脹土的物質基礎，顯著的脹縮特性、強度衰竭性是膨脹土區別于普通黏性土的重要特征。我國膨脹土主要分布于云南、廣西、珠江流域，以及陜西、湖北漢江流域一帶。從全球范圍看，膨脹土在東部非洲及印度、澳大利亞等地分布較廣泛，成為當地主要工程地質問題之一。近年來，我國勘察設計企業越來越多地參與海外鐵路、公路工程項目，正確認識工程項目所在區域膨脹土的工程特征具有十分重要的意義。

埃塞俄比亞至吉布提鐵路是參照中國Ⅱ級鐵路標準設計的一條西起埃塞俄比亞首都亞的斯，東至吉布提港口的客貨共線電氣化鐵路，其中Diredawa-Dawanle段全長204 km，起點位于埃塞俄比亞東部城市Diredawa，經過Ayisha，終點位于與埃塞俄比亞接壤的吉布提邊境小鎮Dawanle。Diredawa-Ayisha段主要為沖洪積平原區，其表層主要為第四系可塑—硬塑的粉質黏土，下伏基巖為第三系(N)的玄武巖、泥巖、礫巖等。Ayisha-Dawanle段主要為低緩淺丘區，表層主要為坡殘積的粉質黏土、碎塊石，下伏基巖為第三系(N)的玄武巖，上白堊系(Ka)的泥質砂巖、砂巖等。

根據初、定測勘察成果，本段膨脹土主要分布在Diredawa-Ayisha段沖洪積平原區，其表層分布的灰褐色、灰色粉質黏土多具有膨脹性，從宏觀地貌地質特征來看，與國內基本類似，其出露地區地形平緩、寬闊，膨脹土多呈灰褐色、灰色，旱季具多裂隙結構，部分垂直裂隙可達60 cm。

Diredawa-Ayisha段全長約160 km，膨脹土分布地段全長約102 km，約占線路全長的64%。

2沿線氣象特征

沿線屬于干旱—半干旱的熱帶沙漠—熱帶草原性氣候，由西向東，年平均氣溫逐漸升高，德雷達瓦的年平均氣溫為23.3 ℃；一般3～5月氣溫最高，11～1月氣溫較低。大部分地區分為兩個季節，10～5月為旱季，6月～9月為雨季，年降雨量由西向東逐漸減少。

3主要指標分析

對Diredawa-Ayisha段分布于表層的粉質黏土分成五段分別進行取樣測試，按《鐵路工程土工試驗規程》(TB10102—2010)要求進行相應指標的測試，測試結果如表1。

表1　沿線膨脹土主要測試指標平均值

從表1可以看出，段落(1)、(2)各項指標比較接近，而段落(3)、(4)、(5)比較接近。從區域地質資料及現場勘探結果看，段落(1)(2)下伏基巖及周邊地區出露地層巖性為第三系泥巖、礫巖，此段沖洪積地區其物質來源也多為第三系泥巖、礫巖；而(3)、(4)、(5)段落下伏基巖及周邊出露地層多為第三系玄武巖，此段其沖洪積地區物質來源也多為第三系玄武巖。因此，兩段膨脹土指標的差異性與沖洪積物質來源有密切的關系，原巖巖性對于膨脹土礦物成分有較大的影響，從而進一步影響其膨脹潛勢。

4膨脹潛勢劃分

《膨脹土地區建筑技術規范》(GB50112—2013)對于膨脹土膨脹潛勢分級規定如表2。

表2　《膨脹土地區建筑技術規范》膨脹土膨脹潛勢分級標準

《鐵路工程特殊巖土勘察規程》(TB10038—2012)對于膨脹土膨脹潛勢分級規定如表3。

表3　《鐵路工程特殊巖土勘察規程》膨脹土膨脹潛勢分級標準

注：當土質符合表列任意2項以上指標時，即判定為該等級。

按以上兩種規范，對各段膨脹潛勢判定如表4。

表4　沿線膨脹土膨脹潛勢分級

從表4可以看出，按兩種規范進行判別，其最終結果會有較大的差異，有的甚至相差兩檔，例如段落(4)按《膨脹土地區建筑技術規范》(GB50112—2013)判定為弱膨脹潛勢，而按《鐵路工程特殊巖土勘察規程》(TB10038—2012)則判定為強膨脹潛勢。

由于《膨脹土地區建筑技術規范》(GB50112—2013)中只根據單一指標自由膨脹率進行膨脹潛勢判定，而自由膨脹率測定的實驗操作過程受其他因素干擾較大，該指標的可靠性也存在一定爭議。有研究表明，單純采用自由膨脹率對膨脹土進行分類時常會產生一定的誤判，鑒于本項目按中國鐵路標準進行建設，對膨脹土膨脹潛勢進行判定時應按照鐵路標準執行，采用三種指標綜合判定。

想要對農作物的產量進行有效地提升，那么就一定要做好相關的施肥管理工作，進行科學合理的施肥。對于那些比較敏感的農作物，一定要小心謹慎的進行施肥，選擇適當的肥料，進而對其生長質量進行有效地提升。同時還要注意肥料的使用量，切記不能進行過度施肥。

5與黑棉土的特性差異

埃塞東部高原地區廣泛分布有一種俗稱“黑棉土”的膨脹性土，其工程特性與本段膨脹土類似，均具有天然密度小、天然孔隙比大，有中—強膨脹性、中等—高壓縮性等特征，對工程建設有較大的影響，但其與本段分布的膨脹土間存在一定的差異。首先從顏色上來看，黑棉土的顏色上更深，其基本上呈現灰黑色、黑色；其次從分布區域上來看，其一般分布在低緩丘陵區，主要為坡殘積成因，而本段膨脹土主要分布在沖洪積平原區，為沖洪積成因；從自由膨脹率方面來說，黑棉土的自由膨脹率一般大于80%，而本段膨脹土其自由膨脹率一般介于40%～80%之間。

6膨脹土路基設計原則

根據國內外路基工程建設經驗，控制膨脹土不發生劇烈的干濕循環，減少對膨脹性地層的人為干擾，是膨脹土地區路基設計的出發點。

基于對上述膨脹土的特性研究，結合當地實際情，參照《鐵路特殊路基設計規范》(TB10035—2006)，對本線膨脹土路基采取了以下設計原則：

(1)全線路基地段不得采用膨脹土作為路基填料。

(2)路基基床表層、及底層全部換填符合鐵路標準要求的材料。

(3)基床底層的換填措施，對于弱中膨脹土處理厚度不應小于0.5 m，強膨脹土處理厚度不小于基床底層深度。

(4)加強引排地下水及坡面積水，同時在基床底層頂面及換填底面全斷面鋪設一層中粗砂夾復合土工膜封閉。

7結束語

通對本段膨脹土特性進行研究，分析《鐵路工程特殊巖土勘察規程》與《膨脹土地區建筑技術規范》中對膨脹土判定的差異性，并對產生差異性的原因進行闡述，同時提出其與“黑棉土”的差異，為本段膨脹土路基設計提出了合理的設計原則，對類似地區鐵路項目的膨脹土路基勘察設計有一定的指導及借鑒意義。

參考文獻

[1]TB10102—2010鐵路工程土工試驗規程[S]

[2]GB50112—2013膨脹土地區建筑技術規范[S]

[3]TB10038—2001鐵路工程特殊巖土勘察規程[S]

[4]TB10035—2006鐵路特殊路基設計規范[S]

[5]桂金祥，楊英.大麗鐵路玄武巖全風化帶膨脹土的工程特性及治理[J].鐵道勘察，2005(1)

[6]張英春，等.太中銀鐵路膨脹土(巖)地層膨脹潛勢探討[J].鐵道勘察，2007(3)

[7]徐正宣，等.埃塞俄比亞鐵路黑棉土勘察方法及工程特性研究[J].鐵道工程學報，2014(2)

[8]宋茂興，等.埃塞俄比亞膨脹土判別及處理方法在AK97公路項目的應用[J].中華民居，2014(1)

中圖分類號：TU195

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)03-0013-02

作者簡介：高冬平(1972—)，男，1996年畢業于西南交通大學水文地質與工程地質專業，工學學士，高級工程師。

收稿日期：2015-03-16