菜巢、江淮分水嶺膨脹土大氣影響深度及其工程影響

卞世俊（安徽省水利水電勘測設計院，安徽 蚌埠 233000）

菜巢、江淮分水嶺膨脹土大氣影響深度及其工程影響

卞世俊（安徽省水利水電勘測設計院，安徽 蚌埠 233000）

膨脹土邊坡破壞深度與大氣影響深度密切相關，文章通過引江濟淮菜巢、江淮分水嶺現場調查及工程地質勘察，對不同地形條件下膨脹土的大氣影響深度作了分析，并據此提出了膨脹土邊坡處理深度建議，希望對膨脹土邊坡處理提供幫助。

菜巢；江淮分水嶺；膨脹土；大氣影響深度；大氣影響帶；非影響帶

0 前 言

引江濟淮工程是一項具有保障供水、發展航運、農業灌溉補水和改善環境等綜合效益的大型跨流域調水工程，它溝通長江、淮河二大水系，由引江濟巢、江淮溝通及江水北送三段組成。其膨脹土問題是該項工程主要工程地質問題之一，膨脹土的3個固有特性（裂隙性、超固結性及脹縮性）使由膨脹土體組成邊坡的力學強度隨時間推移會有降低，并隨含水量增減而產生較大變化。大氣影響深度范圍內土體含水率隨降雨及季節的影響變化顯著，極易發生淺層滑坡；因此研究不同地質環境下的膨脹土體的大氣影響帶深度具有重要工程意義［1］。

1 膨脹土分布

工程區膨脹土主要分布在引江濟巢段菜巢分水嶺和江淮溝通段江淮分水嶺，總長93.25km，約占所在線路總長35.1%，其菜巢、江淮分水嶺各等級膨脹土分布見表1。

菜巢、江淮分水嶺各等級膨脹土分布一覽表 表1

2 氣候地質特征

2.1 氣候特征

菜巢、江淮分水嶺主要位于巢湖、合肥地區，屬亞熱帶與溫帶過渡區，平均氣溫在14℃～17℃之間，年降水量在900～1200mm之間，其中夏季（6～8月）降水量平均為470mm，約占全年降水量的45%［2］。合肥、巢湖地區蒸發力和降水量見表2。

巢湖、合肥地區蒸發力和降水量表 表2

2.2 地質特征

菜巢、江淮分水嶺膨脹土屬第四系上更新統（Q3）粘性土，棕黃、棕黃夾灰白色，土體裂隙發育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填灰白、灰綠色粘土，干時堅硬，遇水軟化，自然條件下呈堅硬、硬塑狀態，地貌主要為江淮丘陵、沿江沖積平原及淮北沖積平原，呈低山丘陵、崗地、圩畈平原等基本形態，地形坡度平緩，一般小于15°，無明顯自然陡坎，淺部膨脹土脹縮裂隙中含上層滯水，無統一地下水位，水量較貧且隨季節變化明顯，其地表土體含水量范圍值在18.3%～46.0%之間，變化幅度較大，為典型膨脹土分布區，其菜巢、江淮分水嶺膨脹土工程特性見表3。

菜巢、江淮分水嶺膨脹土工程特性一覽表 表3

大氣影響深度及急劇層深度計算成果表 表4

3 大氣影響深度確定

大氣影響深度（da）是指在自然氣候作用下由降水、蒸發、地溫等因素引起土的賬縮變形的有效深度，由土的濕度系數（ψw）來確定，而大氣影響急劇層深度為大氣影響深度的 0.45倍。根據《膨脹土地區建筑技術規范》（GB50112-2013）中 5.2.11公式ψw=1.152-0.726α-0.00107c（α為當地9月至次年2月的月份蒸發力之和與全年蒸發力之比值；c為全年中干燥度大于1.0且月平均氣溫大于0℃月份的蒸發力與降水量差值之總和）［3］，計算成果詳見表4。

4 膨脹土深度分帶及其工程影響

根據菜巢、江淮分水嶺膨脹土的工程特性及大氣影響深度，筆者認為該區域膨脹土邊坡在深度方向上可分為“大氣影響帶”和“非影響帶”。即大氣影響深度以上的土層為“大氣影響帶”，大氣影響深度以下的土層為“非影響帶”。

“大氣影響帶”內土體經受反復干濕循環，脹縮裂隙發育，土體的整體性遭到破壞，表層常被微裂隙分割成散體狀結構。土體含水量隨季節變化極大，常含有上層滯水，易產生淺表型脹縮變形破壞。特別是在大氣影響急劇層深度范圍內，更易出現脹縮破壞。“大氣影響帶”內的膨脹土，脹縮型微裂隙密集，土體被微裂隙切割成近散體狀，因而建議采用殘余強度值（Cr、Φr）。

“非影響帶”內基本不受大氣環境影響，由于膨脹土的超固結性和微透水性，使其一般呈非飽和狀態，為典型的非飽和土。土體滲透性微弱，為不透水層，結構緊密。河道開挖后，圍壓降低，膨脹土將出現一個卸荷松弛和含水量緩慢升高的變化過程，逐步實現水-土新的平衡。伴隨這一過程，將可能會出現土體內裂隙張開、擴展以及土體膨脹，可能對工程造成危害。該帶內可能產生中、深層裂隙型滑坡。對“非影響帶”內的膨脹土，采用折減法取值。考慮到中～強膨脹土裂隙發育密度大于弱膨脹土，因而對中、強膨脹土加大了折減力度。建議在指標建議值的基礎上，強、中、弱膨脹土力學指標按下式進行折減，C=C建議值×α，Φ=Φ建議值×β（弱膨脹土α取0.75，β取0.95；中膨脹土α取0.65，β取0.85；強膨脹土α取0.55，β取0.80）。

5 膨脹土邊坡處理建議

對于邊坡高度大于 10m的弱膨脹土河段，建議采用放坡處理，坡比不宜陡于1∶3.0，并應根據坡高設置必要數量和寬度的平臺。

對于邊坡高度大于 15m的中、強膨脹土河段，易產生中、深層裂隙型滑坡，因而建議考慮采用錨固、抗滑樁等措施處理。

膨脹土邊坡坡面處理方面，應以盡量減少邊坡內土體的干濕交替作用為主要原則，如換填一定厚度的非膨脹土或邊坡表土改性等，并輔以必要的排水、導水工作。不僅要做好坡面換填防護，在坡頂和坡底一定寬度范圍內進行換填也很重要。

對于換填厚度，參照南水北調中線工程經驗，結合本區“大氣影響急劇層深度”，以及本區各等級膨脹土膨脹力大小規律，弱膨脹土垂直換填厚度可為1.0m，中膨脹土垂直換填厚度可為1.0～1.5m，強膨脹土垂直換填厚度可為2.0m。

6 結 語

菜巢、江淮分水嶺膨脹土大氣影響深度為3.16～3.42m，大氣影響急劇層深度為1.42～1.54m，膨脹土邊坡破壞主要集中在大氣影響帶深度范圍內，不同的地形巖性條件及地下水位埋深其大氣影響深度也不一樣。因此根據大氣影響急劇層深度確定工程區的處理深度，并選擇合理的處理措施是膨脹土邊坡的關鍵。另根據大氣影響帶的劃分，分帶提出物理力學參數進行穩定性分析是可行的。設計計算時，大氣影響急劇層應充分考慮膨脹土的向臨空方向上的側向壓力［1］。

［1］陽云華，等.南陽盆地膨脹土大氣影響深度及其工程意義［J］.人民長江，2007（9）：11-13.

［2］王效瑞，等.安徽省夏季降水量的若干統計特征［J］.安徽師范大學學報（自然科學版），2002（3）：281-283.

［3］GB50112-2013，膨脹土地區建筑技術規范［S］：中國建筑工業出版社，2012.

［4］劉龍武，等.膨脹土大氣影響深度確定方法研究［J］.工程勘察，2007（10）：1-3.

TU443

B

1007-7359（2016）02-0157-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.055

卞世俊（1980-），男，安徽霍邱人，畢業于中國地質大學（北京），學士；工程師，主要從事水利水電工程地質勘察工作。