南水北調邢石段黃土狀土濕陷性的特性分析

劉建明

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

南水北調邢石段黃土狀土濕陷性的特性分析

劉建明

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

介紹了南水北調中線工程總干渠河北省邢石渠段黃土狀土濕陷性的工程特性，將勘探試驗成果作了全面說明，提出本渠段黃土狀土大部分不具濕陷性，僅局部具輕微濕陷性，設計依據勘探試驗成果有針對性地采取了措施，保證了工程質量和安全。

黃土狀土；濕陷性；取樣試驗；工程處理措施

黃土狀土作為特殊工程性狀土類，就其濕陷性對工程的影響及危害，早已引起工程地質界的高度關注。對于黃土狀土濕陷性，南水北調中線工程總干渠沿線各省市都有分布。

中線總干渠邢—石渠段，全長65．8km，地表分布黃土狀土長64．8km，占總長的98．5%。其間共布置各類建筑物123座，其中渠道長60．7km，設計流量220m3/s。

1 渠段內黃土狀土特征

1．1 黃土狀土成因

本渠段地表出露的黃土狀土，其時代和成因為第四紀上更新統沖洪積（al＋plQ23）的次生黃土，稱其為黃土狀土，類比區域標準地層相當于馬蘭黃土。

1．2 地貌特征

地貌分布特征多為丘陵及山前傾斜平原的上部。在流水地貌中多形成河流的二級階地，階地前緣多形成陡坎或陡壁。土質顏色多為土黃—棕黃色；其土層厚度一般在5～10m，最大厚度30m。

1．3 物性特征

上更新統（al＋plQ23）黃土狀壤土發育大孔隙和垂直節理，易形成陡立的自然邊坡；黃土狀土的底層富集鈣質結核，初露鈣質結核深度一般大于5m；粉粒含量達40%～79%，孔隙比平均值0．722～0．897，干重度14．2～15．8kN/m3，液限22．4%～26．7%，滲透系數10－4～10－6cm/s。

2 黃土狀土取樣試驗

2．1 取樣方法

黃土狀土濕陷性的取樣方法可分為兩種：

（1）1995～1997年可研階段，渠道鉆孔及中小型建筑物鉆孔采用準110mm取土器的取樣，為配合黃土狀土專題研究，僅在石家莊附近進行了少量探坑取樣；

（2）2004年以來進行的初步設計勘察中，黃土狀土濕陷性試驗取樣為人工探坑取樣為主，鉆孔取樣采用準120mm薄壁取土器。

2．2 取樣試驗

（1）1995～1997年渠道勘察鉆孔取樣共做濕陷性試驗63組，濕陷系數大于0．015的僅有1組（δs為0．018），占試驗總數的1．6%。

（2）1996年對黃土狀土重點段人工探坑取樣共做濕陷性試驗10組，濕陷系數大于0．015的僅有1組（δs為0．023），占10%。

（3）2004年對臺頭溝倒虹吸出口進行了人工探坑取樣6組，進行了濕陷性試驗，僅1組探坑4m取樣濕陷系數0．018，具輕微濕陷性。

（4）2004年在進行渠道及11座中小型建筑物補充勘探時在鉆孔取樣做濕陷性試驗39組，其中7座建筑物的12組試驗濕陷系數大于0．015（范圍值為0．0152～0．079），濕陷性的樣品深度大部大于5m深度，個別樣品深度達11m。經計算，建筑物場地總濕陷量小于30cm，具輕微濕陷性。

（5）2004年結合渠道及中小型建筑物勘察，在12處布置了開挖人工探坑取樣進行濕陷性試驗，人工探坑深度5～8m，共做濕陷性試驗106組，其中單線法53組，雙線法53組，僅單線法1組試樣濕陷系數為0．0204，具濕陷性，位于泲河渡槽出口，深度2m，其余試樣均不具濕陷性。

（6）2004年對5座大型建筑物進行補充勘探時，為查明黃土狀土濕陷性問題，開挖4個人工探坑，做濕陷性試驗26組，其中濕陷系數大于0．015的共13組（范圍值為0．0155～0．0791），濕陷性的樣品深度大部在3m以上取得，個別樣品深度達5m。試驗采用單、雙線兩種試驗方法。

（7）2005年對故城改線段進行勘察時，進行了6個探坑取樣，采用單線及雙向法做濕陷性試驗31組。試驗成果表明，其中濕陷系數大于0．015的共19組。共5個場區具輕微濕陷性；1個場區具中等濕陷性，濕陷總量為30．15cm，濕陷起始壓力60～160kPa。對于建筑物可考慮具中等濕陷。黃土狀土濕陷性試驗成果如表1所示。

表1 建筑物黃土狀土濕陷性試驗成果統計表

根據各場點的試驗成果分析，沿線黃土狀土的濕陷性在空間分布上的隨機性較大，即相同地層相鄰地點、同一地點不同深度的濕陷性差異較大。

3 渠道黃土狀土基本特征

人工探坑取樣的樣品具濕陷性的黃土狀土物性指標的基本特征為：一般干密度小于1．58g/cm3，孔隙比大于0．75，飽和度小于50%，具濕陷性的黃土狀土干密度1．408g/cm3，孔隙比大于0．80，飽和度40%。土的定名大部分為中粉質壤土。平原區具濕陷的黃土狀土一般在5m深度以內，濕陷性較大的在3m以內；較大河流區的兩岸階地分布黃土狀土濕陷性較大，如槐河（Ⅰ）、槐河（Ⅱ）、泲河、潴龍河等。經計算總濕陷量為輕微濕陷性。本渠段分布的濕陷性黃土狀土為非自重濕陷性黃土，具濕陷性土的試驗起始壓力為30～200kPa，大部為60kPa以上。具輕微濕陷性的渠段大致可劃分為5段，總長29．632km，均為填方渠段，其他渠段黃土狀土均不具濕陷性。

4 黃土狀土濕陷性對工程的影響

黃土狀土作為一種特殊土，具有疏松多孔、大孔隙、垂直節理及裂隙的結構；其在自重或一定壓力作用下，受水浸濕后結構迅速破壞從而產生顯著的附加沉陷。其濕陷性對水工建筑物的影響主要是浸水后在附加荷載作用下發生濕陷，地基承載力降低，并產生較大的變形，嚴重影響建筑物的安全。本渠段黃土狀土具輕微濕陷性，渠道工程多在填方段分布，中小型建筑物及大型建筑物多在進、出口分布。

4．1 渠道工程

黃土狀土濕陷性將產生渠道邊坡沉陷變形，影響渠道邊坡穩定及渠道混凝土襯砌破壞，但本渠道工程填方段一般填方高度3～8m，高度不大，對地基要求不高，因而對具輕微濕陷性的黃土狀土地基采用常規碾壓夯實即可滿足設計要求。

4．2 建筑物工程

建筑物進、出口一般附有各類閘室及漸變段側墻，地基荷載較大，具輕微濕陷性黃土狀土地基的沉陷對建筑物結構變形影響較大，一般需采取特殊處理措施，設計上按不同濕陷量及濕陷壓力計算，采取不同的工程措施，如地基土置換、碎石樁、水泥攪拌樁等進行地基土體補強。

4．3 樁基工程

本渠段濕陷性黃土一般厚度較小，對樁基工程影響不大。對于采用樁基礎的工程如交通橋、生產橋、渡槽等，在具輕微濕陷性的黃土狀土分布位置，依據地質剖面及不同深度劃分的濕陷性土段，具輕微濕陷性的土段摩擦樁的極限側摩阻力按零考慮，適當增加樁長。

5 結語

（1）渠段內黃土狀土大部分不具濕陷性，僅局部具輕微濕陷性。

（2）具輕微濕陷性的黃土狀土對建筑物局部有影響，采用樁基的建筑物，黃土狀土樁基側摩阻力按零考慮。

（3）建筑物的地基和具輕微濕陷性的渠道工程需要依據試驗提出的濕陷系數、地層厚度及上部建筑物的荷載，參考壓縮曲線來計算沉降變形量，以便采取相應的工程處理措施。

（4）對渠道填方渠段應采取夯實處理，以減弱濕陷性對渠道邊坡及渠道襯砌的影響。

［1］河北省水利水電勘測設計研究院．初步設計報告第三篇工程地質［R］．2004．

［2］JGJ79—2002，J220—2002，建筑地基處理技術規范［S］．

［3］GB50025—2004，濕陷性黃土地區建筑規范［S］．

［4］陳寶玉，趙建國．南水北調中線京石河北段黃土類土濕陷性問題分析與評價 ［A］．南水北調中線河北段工程設計與實踐論文集［C］．北京：世界社會文獻出版社，2006．

TU411．5

A

1672-9900（2010）05-0062-02

2010－08－19

劉建明（1957－），男（漢族），河北滄州人，高級工程師，主要從事巖土工程勘察工作，（Tel）022－26786238。