南水北調中線河北SG13標膨脹土渠段地質特性分析

柳東亮，李增平

（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SG13施工標段位于河北省鹿泉市境內，起點位于總干渠樁號212+180，終點（224+966）。施工標段全長12.786km。膨脹土段樁號221+600～（223+200），長度1.6km。

該段渠道為挖方渠道，地面高程75.2～78.0m，渠底高程71.485～71.435m，最大挖深6.6m,底板寬度22.5m，設計邊坡1∶2.5。本次取樣分別位于渠道左坡腳、右坡腳及中心線，高程位于渠底板以下1.0m范圍內，取樣間距50～100m。

1 地質概況

1.1 地形地貌

渠段樁號212+180～（224+966）所處地貌單元為山前傾斜平原，地勢西高東低，地面高程75.2～78.0m，地勢平坦開闊，表層主要由第四系全新統壤土、砂壤土和上更新統黃土狀壤土組成。

1.2 地層巖性

渠段地表被第四系地層覆蓋。根據地質測繪和鉆孔揭露，渠段發育地層主要有新生界第四系松散地層，由下至上分別為：①冰水磧（fglQ1）：壤土，灰綠色、雜灰白色泥礫夾棕紅色粘土及中粗砂層透鏡體；②冰磧（glQ1）：雜色泥礫，由粒徑5～20cm卵石和含量30%～40%的粘土、砂、礫組成，混雜堆積，無分選，卵礫石成分以石英砂巖為主，少量巖漿巖,卵礫石多呈棱角、次棱角狀，磨圓較差；③下段沖洪積：壤土，黃褐色，稍濕～飽和；④中段沖洪積巖性為黃土狀壤土，局部黃土狀砂壤土透鏡體，具垂直節理，大孔隙，含較多鈣核。

1.3 水文地質條件

勘察期間所有探坑均揭露地下水，一般水位高程72.5～72.8m。

2 地質結構

在勘察期間渠段進行了部分渠道的開挖與渠堤填筑工作，目前渠道開挖高程73.2～75.4m，現將探坑揭露的渠段地質結構分述如下：

（2）第②地質層泥礫（glQ1）。雜色，由粒徑5～20cm卵石和含量30%～40%的粘土、砂、礫組成，混雜堆積，無分選，卵礫石成分以石英砂巖為主，少量巖漿巖。卵礫石多呈棱角、次棱角狀，磨圓較差。厚度一般0.6～2.3m，底板高程71.1～72.0m。

（3）第③地質層壤土（fglQ1）。灰綠色、雜色泥礫夾棕紅色粘土及中粗砂層透鏡體。探坑揭露厚度大于3.0m，未揭穿。

3 土體膨脹性分析

國內外膨脹性土工程破壞實例表明，地基和邊坡土體破壞的主要因素是膨脹土的膨脹效應，南水北調中線安陽段膨脹土渠坡發生的大量滑坡也形成佐證，因此研究膨脹土的膨脹性潛勢強弱是必要的，以便采取處理措施。

表1 膨脹土膨脹潛勢分類

表2 自由膨脹率試驗統計 單位：%

勘察樁號221+600～（223+200），長1.6km。采取方塊原狀樣進行試驗，分別取樣于渠道左坡腳、右坡腳及中心線，高程位于渠底板以下1.0m范圍內，取樣間距50～100m。分別進行了顆分、含水量、干密度、液限、塑限、自由膨脹率、膨脹率、膨脹力等試驗。

膨脹性土體細部結構特征如下：土體開挖大部水下進行，細部結構大部破壞，但可見坑邊土體裂隙發育，一般延伸20～40cm，傾角多為40°，裂隙面隨開挖隨向下局部塌滑，土體風干后可見微細裂隙發育密集，一般1～3cm，可認定為土體原生裂隙。

試驗數據分析得出：膨脹土粘粒含量大多15%以上，最大含量29.8%。室內試驗按顆分定名，以中粉質壤土和重粉質壤土為主；天然含水量均大于20%，最大達40.7%，一般值在26%～35%之間；干密度一般在1.40g/cm3以上，最大值1.65g/cm3；液限31.7%～59.3%；塑限17.3%～33.1%。膨脹性土的膨脹潛勢判別分類見表1，分段自由膨脹率試驗統計見表2。

根據GB50487—2008《水利水電工程地質勘察規范》附錄S及南水北調中線建設管理局有關規定，判斷如下：

①樁號221+650～221+850進行6組自由膨脹率試驗，其中2組試驗大于65%，最大值為74%，具有中等膨脹性,3組具有弱膨脹性，具中等膨脹性占試驗組數的1/3，根據有關規范判定該段具中等膨脹性；②樁號221+850～（221+950）進行3組自由膨脹率試驗，其中1組試驗大于40%，占試驗組數的1/3，具弱膨脹性；③樁號（221+950）～（222+050）進行3組自由膨脹率試驗，最大值33.0%，不具膨脹性；④樁號（222+050）～(222+275)進行12組自由膨脹率試驗，其中4組試驗大于40%，最大值為59%，占試驗組數的1/3，具弱膨脹性；⑤樁號(222+275)～(222+385)進行6組自由膨脹率試驗，其中2組試驗大于65%，最大值為78%，具有中等膨脹性,占試驗組數的1/3，根據有關規范判定該段具中等膨脹性；⑥樁號(222+385)～(222+445)進行3組自由膨脹率試驗，其中2組試驗大于40%，具有弱膨脹性,占試驗組數的2/3，具有弱膨脹性；⑦樁號(222+445)～(222+650)進行12組自由膨脹率試驗，其中9組試驗大于65%，具有中等膨脹性,最大值為73%，占試驗組數的2/3，根據有關規定判定該段具中等膨脹性。

在樁號（222+650）、（222+700）、（223+100）及（223+200）部位經探坑勘察鑒定為灰黑色壤土，為非膨脹性土。

綜上所述：樁號221+650～221+850、（222+275）～（222+385）、（222+445）～（222+650）具有中等膨脹潛勢；樁號221+850～（221+950）、（222+050）～（222+275）、（222+385）～（222+445）具有弱膨脹潛勢；樁號（221+950）～（222+050）不具膨脹性潛勢。

對該渠段膨脹性土部位采取處理措施，弱膨脹土段渠底、渠坡換填壤土厚度1.0m，中膨脹土段渠坡、渠底換填壤土厚度2.0m，并增加渠基排水設計，保證了工程施工安全及運行安全。

4 結語

通過現場取樣進行膨脹性試驗，查明了該渠段膨脹土的范圍及膨脹潛勢，并采取工程措施，保證了工程施工安全及運行安全。

［1］GB50487—2008，水利水電工程地質勘察規范［S］.

［2］GBJ112—87，膨脹土地區建筑技術規范［S］.

［3］楊計申，李德群，邊建峰，等.南水北調中線工程特殊性巖土地質環境與環境地質概論［M］.鄭州：黃河水利出版社，2009.

［4］南水北調中線干線工程建設管理局.南水北調中線一期工程總干渠渠道膨脹土處理施工技術要求［R］.2010.

［5］毛尚元.非飽和膨脹土的土-水特征曲線研究［J］.工程地質學報，2002（10）.