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崩解性

野外調查結果表明，西寧北山地區泥巖夾石膏巖近直立，產狀水平，并發育兩組垂直節理裂隙，走向為N10°W和N40°E;由于泥巖夾石膏巖含硫酸鹽及巖鹽，溶蝕后形成大量空洞，經風化作用，崩積后在北山地區形成大量崩塌、危巖落石、滑坡、巖堆及泥石流溝，構成不良地質發育帶。坡面上形成以黃土、碎石類土為主的堆積層，碎石類土成分為泥巖夾石膏巖。北山地區主要的沖溝均為泥石流溝，其中無名溝、紅溝、小山溝、褚家營溝為小型泥石流溝，索鹽溝為中型泥石流溝。勘探結果也表明，完整的柱狀泥巖夾石膏巖巖芯在剛施鉆完后錘擊不易碎，在空氣中暴露數天后，很快就會崩解成碎塊狀、土狀，工程性質變差。

膨脹性

對巖石膨脹性判定目前還沒有統一的標準。《鐵路工程地質勘察規范》條文說明中建議膨脹巖按膨脹土進行自由膨脹率、蒙脫石含量、陽離子交換量試驗，并參照膨脹土的判定指標，間接判定膨脹巖的膨脹性。《膨脹土地區建筑技術規范》中規定依據自由膨脹率將膨脹土的膨脹潛勢劃分為弱、中、強。對膨脹巖的判斷依據為《鐵路工程巖土分類標準》，規定當自由膨脹率、膨脹力、飽和吸水率中兩項符合所列指標時，可判定為膨脹巖，并沒有明確強、中、弱等指標。曲永新提出用不規則巖塊干燥飽和吸水率判別法和成巖膠結系數指標法對泥質巖的膨脹性進行了綜合判定，并將泥質巖分為非膨脹性、微、弱、強或劇膨脹性。對泥巖夾石膏巖膨脹性試驗依據膨脹土進行，測試了自由膨脹率、蒙脫石含量及陽離子交換量等值。表中數據顯示，自由膨脹率Fs范圍值為41%～90%，平均為60%，蒙脫石含量M范圍值在7%～15．6%，平均10．43%，陽離子交換量CEC(NH+4)范圍值為82～231mmol/kg，平均值為156mmol/kg。根據《鐵路工程地質勘察規范》，判定其具弱膨脹潛勢，根據《膨脹土地區建筑技術規范》判定其具弱、中膨脹潛勢。由于成巖作用，泥巖夾石膏巖顆粒之間有較強的聯通性，這種連接通過機械破碎不能完全，因此膨脹巖的自由膨脹率較低，但泥巖夾石膏巖中親水礦物蒙脫石含量較高。青海省第三系泥巖膨脹力試驗結果表明膨脹力Pp數值在581～2100kPa之間，膨脹力值較大。結合自由膨脹率試驗數據，判定泥巖夾石膏巖為膨脹巖。其指標如表2所示。試驗數據和工程經驗表明，西寧地區第三系泥巖夾石膏巖首先具膨脹性，為膨脹巖，其膨脹潛勢的特征還需進一步的研究，對規范進行完善、明確，以便更科學地指導工程勘察設計。2．4腐蝕性由于泥巖夾石膏巖化學成分中含有硫酸鹽結晶體及巖鹽，為查明其化學組分，進行了易溶鹽分析。

主要指標中pH值為7．56～9．0，SO2－4含量8884～232175mg/kg，HCO－3含量118～647mg/kg，Cl－含量810～25075mg/kg，Mg2+含量26～189mg/kg。各類規范中并未明確表明巖的腐蝕性如何判定，按《巖土工程勘察規范》，場地土對混凝土結構具硫酸鹽強腐蝕性;對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具強腐蝕性。根據物探資料顯示，泥巖夾石膏巖的電阻率＜20Ω•m，對鋼結構具強腐蝕性。

對泥巖和石膏巖是否具有腐蝕性的問題還存在爭議，《巖土工程勘察規范》規定對于地下水位以下的巖土只做地下水水質分析，以此結果來判定其對鋼筋混凝土的腐蝕性。西寧地區各級階地地下水位一般埋深小于10m，主要為第四系松散層孔隙水，泥巖夾石膏巖位于地下水位以下，根據水質的判定結果，該區地下水水質對混凝土結構具硫酸鹽強腐蝕性，具總礦化度中等腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋長期浸水時具微腐蝕性;在干濕交替條件下，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具強腐蝕性。兩者的判定結果基本相同。筆者認為，由于水和巖石的相互作用，該區的地下水水質本身就較差，也反應了泥巖夾石膏巖的一些特性及成分，另由于石膏層在有水的情況下易發生溶蝕，使其強度降低、變形增大，并產生對混凝土有腐蝕的水溶液。因此泥巖夾石膏巖的腐蝕性在工程中應該考慮，其判定結果也應參考泥巖夾石膏巖的巖土的分析結果，如表3所示。

對鐵路工程的影響

西寧地區第三系泥巖夾石膏巖長時間暴露在空氣中后或遇水后，泥巖夾石膏巖極易膨脹、溶蝕、軟化、崩解，強度會迅速降低。其中膨脹巖巖體吸水膨脹、脫水收縮，使巖體體積發生變化，往往形成隧道襯砌開裂，道床膨脹或沉陷，邊坡剝落、滑動，石膏層在有水的情況下發生溶蝕，產生對鋼筋混凝土有腐蝕的水溶液。針對不同的工程提出其影響及措施建議。

1路基工程

西寧北山地區泥石流溝發育，位于山前的路基及場區工程應遠離泥石流溝，并做好排水措施。以西寧站改動車應用所為例，勘測階段共有兩個方案，其中一個方案位于北山無名溝和紅溝溝口附近，兩個沖溝均為小型泥石流溝，最近距溝口約100m，另一方案位于下游的蘭新高速公路和既有蘭青線之間的階地上，遠離泥石流溝。由于沖溝內物源豐富，溝內筑有攔石、攔水壩，為保證工程安全，推薦遠離泥石流溝的方案。由于該區第三系泥巖夾石膏巖遇水膨脹并具腐蝕性，作為路堤工程基礎時，應防止暴露，工程開挖暴露的，應用防腐蝕性材料進行嚴格封閉，可采用二八灰土或者水泥改良土，阻止雨水對路基侵入，并做好排水措施。對于開挖后的泥巖夾石膏巖不能直接作為路基填料，須進行改良，可添加水泥或者石灰。路塹工程開挖中應放緩邊坡、加強支擋、防護、做好邊坡排水措施，避免泥巖及石膏巖遇水及長時間暴露，同時應做好路基的排水設施。北山附近由于泥巖夾石膏巖風化引起的崩塌、巖堆、危巖、落石等發育。由于該層易溶鹽含量高，在大氣降水等因素影響下，很容易形成軟弱結構面，在通過軟弱結構面將易溶鹽帶走，使軟弱結構面不斷擴大，致使巖體內的應力進行重新分布，因此路基邊坡工程經過不良地質段時，應做好防護，防止開挖引起的次生災害發生。

2橋梁、站房工程

弱風化泥巖夾石膏巖屬于良好的天然地基，可以作為橋梁、站房基礎持力層。由于泥巖具膨脹性;石膏巖遇水易膨脹、軟化、溶蝕，基坑及樁基開挖后應及時進行基礎灌注，避免暴露時間過長或長時間浸水引起泥巖崩解，石膏巖溶蝕，承載力降低。西寧地區各級階地第四系松散層孔隙水發育，泥巖夾石膏巖位于地下水位以下或變化幅度范圍內。因此應注意地層中易溶鹽被溶解、帶走，造成地層結構的破壞。同時施工中應避免地下水及施工用水長時間浸泡下部的泥巖夾石膏巖，引起環境水腐蝕性加強。同時應采取抗腐蝕性材料，特別是對混凝土結構的硫酸鹽強腐蝕性以及對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具強腐蝕性，并對抗腐蝕性做出針對性設計。

3隧道工程

對于隧道工程，在選線階段，進出口應盡量繞避危巖、落石、巖堆及滑坡發育地段。對無法繞避的，施工階段要注意巖堆、崩塌、滑坡體的監測工作，并加強施工方法與支護措施，防止隧道洞頂及側壁產生坍塌。洞身部位第三系泥巖夾石膏巖圍巖級別以四級為主，具有膨脹性，且含鹽量大，浸水易溶蝕、軟化、膨脹，導致強度大幅降低，形成孔隙、孔洞，自穩能力下降，危及工程安全。隧道施工開挖后，盡快封閉圍巖，以隔絕大氣濕度的影響，減少圍巖吸水膨脹，防止崩塌;加強支護，減少圍巖變形，防止變形過大而坍塌;及時襯砌，并采用鋼筋混凝土結構。同時施工過程中應嚴格控制施工用水和及時疏排地下水，加強防排水措施，開挖時如遇地下水滲流地段，應及時采取封堵等措施。

結論

(1)泥巖夾石膏巖的力學性質在一定的環境下，表現出不同的特征，在自然狀態下，其工程性質較好，但在浸水及長時間暴露在空氣中后，極易膨脹、溶蝕、軟化、崩解，其強度將大大降低，基本承載力降低。

(2)試驗數據表明，泥巖夾石膏巖應按膨脹巖考慮，建議增做膨脹力試驗，對其膨脹特征進一步分析研究。鐵路路堤、路塹、隧道工程應對其膨脹特性采取相應工程措施。

(3)泥巖夾石膏巖遇水使得環境水對鋼筋混凝土結構產生腐蝕性，橋梁及房建等樁基工程應對抗腐蝕性做出針對性設計。針對此類巖土特點，應做巖土的易溶鹽分析。

作者：張曉宇單位：中鐵第一勘察設計院集團有限公司