步同慶

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 概況

壇山村破火山位于山東省海陽市徐家店鎮(zhèn)西南側(cè)，現(xiàn)地貌為剝蝕殘丘及沖洪積平原，地形起伏不大，某鐵路穿壇山村破火山遺址而過。

勘測區(qū)域所處大地構(gòu)造單元為華北地臺(tái)魯東地盾的膠北隆起和膠萊坳陷兩個(gè)三級構(gòu)造單元的結(jié)合部。本區(qū)火山構(gòu)造屬環(huán)太平洋中新生代火山活動(dòng)帶(Ⅰ級)—遼魯火山帶(Ⅱ級)—萊陽—諸城火山噴發(fā)帶(Ⅲ級)—萊陽火山盆地(Ⅳ級)。在早白堊紀(jì)晚期，沿桃村斷裂發(fā)生以爆發(fā)、噴溢為主，侵出為輔的大規(guī)?；鹕交顒?dòng)。

2 壇山村破火山的形成過程

2.1 破火山地層的形成過程

破火山是指原火山口受到破壞而崩塌沉陷形成的鍋形洼地。一般認(rèn)為，巖漿物質(zhì)大量噴發(fā)或侵入后，巖漿房空虛，但火山口附近上覆物質(zhì)增多，重量增大，因支撐力不足導(dǎo)致巖層順環(huán)狀斷裂坍塌沉陷。

調(diào)查及勘探揭示，壇山村破火山地層上部為噴發(fā)—沉積形成的角礫凝灰?guī)r，其產(chǎn)狀具有向心性，中部地層為熔巖膠結(jié)形成的英安質(zhì)角礫熔巖及侵入的英安巖脈，下部可見沉積形成的凝灰質(zhì)砂巖，見圖1。大里程段含有斷陷形成的壓碎巖、斷層角礫，可以推測壇山村火山經(jīng)過噴發(fā)—沉積—噴發(fā)—火山巖侵位—斷陷等多次活動(dòng)，這些活動(dòng)可能循環(huán)不規(guī)律的發(fā)生，導(dǎo)致各種火山類型的巖性在不大的范圍內(nèi)出現(xiàn)，且軟硬不均。

圖1 DK144+960～DK145+200段地質(zhì)縱斷面

2.2 原火山口的推測位置

受剝蝕運(yùn)動(dòng)影響，壇山村破火山口破壞嚴(yán)重，難見原始地貌。DK145+100右20 m處地勢低洼，地表由第四系地層覆蓋，基巖不出露。在其周圍可見沉積形成的含角礫凝灰?guī)r。通過測量角礫凝灰?guī)r的產(chǎn)狀可以確認(rèn)，壇山村破火山周圍沉積巖地層傾向有向心性，見圖2。通過地質(zhì)剖面也可發(fā)現(xiàn)，DK145+100附近處兩側(cè)地層傾向相對，見圖1。結(jié)合地形地貌情況推測DK145+100右側(cè)20 m附近為原火山口。

3 破火山地層工程特性

測區(qū)內(nèi)基巖出露于地表，表為白堊系下統(tǒng)青山群八畝地組(KqB)英安質(zhì)角礫熔巖、角礫凝灰?guī)r，下伏青山群八畝地組凝灰質(zhì)砂巖及巖漿侵入形成的的英安巖、火山口斷陷活動(dòng)過程中形成的壓碎巖等。多種巖性混合分布，工程性質(zhì)復(fù)雜。結(jié)合 DK144+960～DK145+200段的勘探資料，就破火山的地層巖性及其工程特性做如下評價(jià)。

圖2 壇山村破火山平面

3.1 破火山地層巖性

(1)英安質(zhì)角礫熔巖:顏色以灰色為主，局部呈灰黃色、灰紫色，角礫—凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化—弱風(fēng)化。英安質(zhì)角礫熔巖是熔巖與火山碎屑巖的過度類型，成巖方式以熔巖膠結(jié)為主，有石英脈填充。角礫呈棱角—次棱角狀，顏色較雜，以安山質(zhì)成分為主，角礫分布雜亂不均，粒徑大小不一，最大可達(dá)8 cm，無定向排列?？碧浇衣逗穸?.8～36 m，巖芯呈塊狀及柱狀，裂隙不發(fā)育，工程性質(zhì)較好，英安巖以巖脈形式侵入其中，侵入接觸帶往往為軟弱層。

(2)角礫凝灰?guī)r:灰黃色、灰色，沉積凝灰結(jié)構(gòu)，層狀—塊狀構(gòu)造。強(qiáng)風(fēng)化—弱風(fēng)化，成巖方式以壓結(jié)為主，膠結(jié)為輔。角礫具棱角—次棱角—次圓狀，顏色較雜，以英安質(zhì)成分為主。強(qiáng)風(fēng)化層角礫粒徑較大，一般2～5 cm;弱風(fēng)化層角礫層呈層狀排列，粒徑一般0.5～2 cm，巖體裂隙不發(fā)育?？碧浇衣稁r層厚度8.3～19.8 m，巖芯呈碎塊狀及短柱狀。沿線位在推測原火山口兩側(cè)的實(shí)測產(chǎn)狀分別為 40°∠35°、220°∠55°(見圖2);小里程段顏色為灰色，受火山口斷陷活動(dòng)影響較輕，巖層傾角小，以弱風(fēng)化為主，工程性質(zhì)較好。大里程段受火山口斷陷活動(dòng)影響嚴(yán)重，經(jīng)過多次塌陷，巖層傾角大，顏色以灰黃色為主，風(fēng)化較為強(qiáng)烈，巖芯破碎。

(3)凝灰質(zhì)砂巖:灰色、灰紫色，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，弱風(fēng)化，成巖方式以膠結(jié)為主。角礫含量很少，粒徑一般小于0.5 cm。勘探揭露層厚大于8.4 m，位于地層下部，受火山活動(dòng)影響小，工程性質(zhì)良好。

(4)英安巖:灰綠色，少斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀及流動(dòng)狀構(gòu)造，弱風(fēng)化，以巖株?duì)?、脈狀侵入發(fā)育在青山群基巖中。經(jīng)過多次火山口坍塌及火山活動(dòng)后，英安巖侵入裂隙面及軟弱層面?？碧浇衣?，巖脈厚0.5～4.8 m，主要分布于受火山口斷陷影響較小的小里程段。英安巖內(nèi)偶見周圍基巖的包裹體，侵入接觸帶有蝕變現(xiàn)象，往往為軟弱層。

(5)壓碎巖:灰紫色、灰綠色、灰黑色、灰黃色，原巖巖性較雜，包括英安巖、角礫凝灰?guī)r、角礫熔巖等，具有明顯的壓碎結(jié)構(gòu)，后期膠結(jié)一般，局部可見蝕變現(xiàn)象，由火山口多次斷陷—上部巖層垮塌、與下部巖層擠壓形成?？碧浇沂編r層厚1.0～6.7 m，巖芯呈碎塊狀及角礫狀，分布于受火山口斷陷影響較大的大里程段。

(6)斷層角礫:斷層破碎帶填充物，顏色較雜，膠結(jié)很差，未成巖?？碧浇沂竞?.9～5.4 m，巖芯呈角礫狀及砂土狀，角礫粒徑2～6 cm，角礫原巖成分較雜，分布于受火山口斷陷影響較大的大里程段。

3.2 斷陷構(gòu)造

巖漿物質(zhì)大量噴發(fā)后，巖漿房空虛，支撐不住上覆地層重力造成火山口塌陷，形成斷陷構(gòu)造。小里程段巖漿及時(shí)補(bǔ)位，支撐住了上覆地層，受斷陷構(gòu)造影響較小，上部角礫凝灰?guī)r與英安質(zhì)角礫熔巖呈沉積接觸，未發(fā)生滑移;從圖1可以看出，實(shí)測上部角礫凝灰?guī)r的傾角大于底部凝灰質(zhì)砂巖的傾角，反映了破火山頂部巖層的向心塌陷程度要大于下部巖層。

大里程段巖漿未及時(shí)補(bǔ)位，導(dǎo)致上覆巖層塌陷明顯，形成斷陷構(gòu)造。受多次斷陷構(gòu)造影響，上部角礫凝灰?guī)r，巖體破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，承載力低，與下部基巖呈斷陷構(gòu)造接觸，巖層傾角大。雖然自第四紀(jì)晚更新世以來，區(qū)域內(nèi)活動(dòng)減少，地層趨于穩(wěn)定，但在外加重力作用下，上部角礫凝灰?guī)r地層有失穩(wěn)的可能。由斷陷形成的壓碎巖、斷層角礫原巖來源多樣，成分較雜，軟硬不均。

根據(jù)《地震安全性評價(jià)報(bào)告》，區(qū)域范圍內(nèi)的斷裂全新世以來未見活動(dòng)。

3.3 橋梁基礎(chǔ)持力層的選擇

26號～28號墩處地層受斷陷構(gòu)造影響小，弱風(fēng)化角礫凝灰?guī)r完整性好，裂隙不發(fā)育，穩(wěn)定性強(qiáng)，故26號～28號墩可采用明挖基礎(chǔ)，以弱風(fēng)化英安質(zhì)角礫熔巖、角礫凝灰?guī)r為持力層;英安巖以巖株、巖脈形式產(chǎn)出于青山群基巖中，其中DK145+050～090處呈巖株產(chǎn)出，其余段落呈巖脈產(chǎn)出。29號墩處呈巖株產(chǎn)出的英安巖厚度較大，中心處的巖層均一，少見包裹體，工程性質(zhì)良好，可用作樁端持力層。30號、31號墩處呈巖脈狀產(chǎn)出的英安巖分布不規(guī)則，厚度薄且不均(厚0.5～4.2 m)，與周圍基巖強(qiáng)度不一致，侵入周圍基巖時(shí)形成軟弱的接觸帶，不能作為樁端持力層，應(yīng)以弱風(fēng)化英安質(zhì)角礫熔巖作為樁端持力層;32號、33號墩處地層受斷陷構(gòu)造嚴(yán)重，上部弱風(fēng)化凝灰質(zhì)角礫巖裂隙較為發(fā)育，用作樁端持力層時(shí)應(yīng)保證一定的入巖深度，也可選用壓碎巖作為樁端持力層。

4 結(jié)論及建議

在鐵路工程地質(zhì)勘察中，破火山地層是一種特殊少見的地層，野外調(diào)查時(shí)難以發(fā)現(xiàn)。在不大的范圍內(nèi)，產(chǎn)出了巖漿巖、沉積巖以及沉積凝灰?guī)r，巖性種類較多，正確認(rèn)識其地層及特征才能給出正確的工程性質(zhì)評價(jià)。

26號～28號墩建議采用明挖基礎(chǔ)，以弱風(fēng)化英安質(zhì)角礫熔巖、角礫凝灰?guī)r為持力層，置于基巖一定深度;30號、31號墩可采用樁基礎(chǔ)，以弱風(fēng)化英安質(zhì)角礫熔巖作為樁端持力層;32號、33號墩可采用樁基礎(chǔ)，以弱風(fēng)化角礫凝灰?guī)r、壓碎巖作為樁端持力層。施工時(shí)應(yīng)進(jìn)行試樁試驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，校驗(yàn)施工設(shè)備，提高成樁質(zhì)量。

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