南水北調中線工程石家莊段黃土狀土濕陷性研究

王建權

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

南水北調中線工程石家莊段黃土狀土濕陷性研究

王建權

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

黃土狀土的濕陷性是浸水后在附加荷載作用下地基發生濕陷，使其承載力降低，并產生較大的濕陷變形，影響建筑物安全。對南水北調中線石家莊市以南渠段分布的黃土狀土的試驗成果進行了研究、分析，并對渠道內各段的黃土狀土的濕陷性進行了論證。

南水北調中線；石家莊南段；黃土狀土；濕陷性研究

1 工程概況

南水北調中線工程是緩解河南、河北和京津地區水資源危機的特大型跨流域調水工程，石家莊市以南渠段全長65.7255km，布置大型河渠交叉建筑物9座、長3.814km，鐵路交叉建筑物2座、長0.449km，渠道總長61.4625km（包括82座中小型建筑物）。引水設計流量：進口220m3/s，出口170m3/s。

石家莊市以南渠段分布的黃土狀土主要為第四系上更新統沖洪積（al＋plQ23）黃土狀壤土，分布長度58.65km，占本段總長的95%。黃土狀土的濕陷性對水工建筑物影響主要是浸水后在附加荷載作用下發生濕陷，使地基承載力降低，并產生較大的濕陷變形，影響建筑物安全。

2 黃土狀土特征及取樣試驗

2.1 渠道黃土狀土特征

（1）厚度一般在5～10m，最大厚度20m；

（2）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；

（3）黃土狀土的底層富集鈣質結核；

（4）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%， 滲透系數為10－4～10－6cm/s；

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

2.2 取樣方法

黃土狀土濕陷性的取樣方法可分為：

（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，少量探坑取樣僅在石家莊附近進行（配合黃土狀土專題研究）；

（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以人工探坑取樣為主，鉆孔取樣采用準120mm薄壁取土器。

2.3 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工程地質特征研究時在樁號233＋000～236＋000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，個別樣品深度達11m。經計算建筑物場地總濕陷量小于30cm，濕陷性黃土狀壤土具輕微濕陷性，見表1。

表1 2004年鉆孔濕陷性試驗指標δs大于0.015的統計

（4）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，共計做濕陷性試驗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，位于樁號（176＋150）泲河渡槽出口，深度2m，其余試樣均不具濕陷性。

（5）2004年對6座大型建筑物進行補充勘探時，開挖6個人工探坑，做濕陷性試驗33組，其中濕陷系數大于0.015的共14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，見表2。

（6）2005年對故城改線段樁號（196＋997.1）～（205＋923.8）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，進行強夯處理，但對于渠道來說可按輕微濕陷性考慮。

表2 大型建筑物人工探坑樣品黃土濕陷性試驗成果統計表

3 渠道黃土狀土物理力學性質

通過對544組黃土狀壤土樣品的試驗內容采用兩次平均值法進行統計，即對物性指標中密度、壓縮模量采用小值平均值，對含水率、孔隙比、壓縮系數采用大值平均值，對力學試驗采用小值平均值的方法作為本渠段試驗值的兩次平均值。

天然密度范圍值為1.55～2.17g/cm3，平均值為1.91～1.98g/cm3，兩次平均值范 圍為1.83～1.92g/cm3； 干密度范 圍 值 為1.31～1.90g/cm3， 平均值為1.59～1.67g/cm3， 兩次平均值范圍為1.51～1.60g/cm3；天然含水率范圍值為12.8%～37.9%，平均值為18.6%～23.4%，兩次平均值范圍為21.3%～26.6%；孔隙比范圍值為0.416～1.062，平均值為0.632～0.716，兩次平均值范圍為0.676～0.80。

壓縮試驗370組， 壓縮模量范圍值為1.86～32.12MPa，平均值為6.93～11.31MPa，兩次平均值范圍為4.42～8.77MPa；壓縮系數范圍值為0.05～1.0MPa－1， 平均值為0.18～0.30MPa－1，兩次平均值范圍為0.21～0.491MPa－1。 抗剪試驗進行了飽和快剪及飽和固結快剪，其中飽和快剪74組，飽和固結快剪197組。飽和快剪的內聚力C范圍值為8～36kPa，平均值為19.5～28.5kPa，兩次平均值范圍為12.3～20kPa；飽和快剪的摩擦角準范圍值為5°～52°，平均值為10°～34°，兩次平均值范圍為10°～25°。 飽和固結快剪的內聚力C范圍值為5.4～72kPa，平均值為17～33kPa，兩次平均值范圍為12～24.5kPa；飽和固結快剪的摩擦角準范圍值為0.2°～67°，平均值為19°～27°，兩次平均值范圍為9°～23.8°。

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：①干密度一般小于1.58g/cm3，孔隙比一般大于0.75，飽和度一般小于50%，具濕陷的黃土狀土干密度一般為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，濕陷性較大的應在3m以內。②較大河流區的兩岸階地分布黃土狀土濕陷性較大，如洨河、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。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。

4 渠道黃土狀土濕陷性分段

渠道具輕微濕陷性的渠段大致可劃分如下5段：（174＋250） ～（181 ＋000）、188 ＋220～（189 ＋950）、190 ＋800～194 ＋960、（197＋000）～（206＋630）、214＋000～（221＋000）， 總長29.23km，均為填方渠段，建議采取夯實處理，特別是具輕微濕陷性渠段，以減弱濕陷性對渠道襯砌的影響。其他渠段黃土狀土均不具有濕陷性。

5 結語

研究表明，渠段內黃土狀土大部不具濕陷性，僅局部具輕微濕陷性。具輕微濕陷性的黃土狀土對建筑物局部有影響，如采用樁基的建筑物，黃土狀土樁基側摩阻力按零考慮，建筑物的地基和具輕微濕陷性的渠道工程建議采取夯實處理，特別是填方渠段，以減弱濕陷性對渠道邊坡及渠道襯砌的影響。

［1］林宗元.巖土工程勘察設計手冊［K］.沈陽：遼寧科學技術出版社，1996.

［2］本書編委會.巖土工程手冊［K］.北京：中國建筑工業出版社，1994.

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A

1672-9900（2011）01-0071-02

2010－12－06

王建權（1965－），男（漢族），黑龍江齊齊哈爾人，高級工程師，主要從事水利水電工程地質勘察工作，（Tel）022-26786253。