南水北調(diào)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(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

南水北調(diào)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(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

介紹了南水北調(diào)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(yàn)成果作了全面說(shuō)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(shè)計(jì)依據(jù)勘探試驗(yàn)成果有針對(duì)性地采取了措施，保證了工程質(zhì)量和安全。

黃土狀土；濕陷性；取樣試驗(yàn)；工程處理措施

黃土狀土作為特殊工程性狀土類(lèi)，就其濕陷性對(duì)工程的影響及危害，早已引起工程地質(zhì)界的高度關(guān)注。對(duì)于黃土狀土濕陷性，南水北調(diào)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(zhǎng)65．8km，地表分布黃土狀土長(zhǎng)64．8km，占總長(zhǎng)的98．5%。其間共布置各類(lèi)建筑物123座，其中渠道長(zhǎng)60．7km，設(shè)計(jì)流量220m3/s。

1 渠段內(nèi)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(shí)代和成因?yàn)榈谒募o(jì)上更新統(tǒng)沖洪積（al＋plQ23）的次生黃土，稱(chēng)其為黃土狀土，類(lèi)比區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)地層相當(dāng)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(jí)階地，階地前緣多形成陡坎或陡壁。土質(zhì)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(tǒng)（al＋plQ23）黃土狀壤土發(fā)育大孔隙和垂直節(jié)理，易形成陡立的自然邊坡；黃土狀土的底層富集鈣質(zhì)結(jié)核，初露鈣質(zhì)結(jié)核深度一般大于5m；粉粒含量達(dá)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(shù)10－4～10－6cm/s。

2 黃土狀土取樣試驗(yàn)

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(zhǔn)110mm取土器的取樣，為配合黃土狀土專(zhuān)題研究，僅在石家莊附近進(jìn)行了少量探坑取樣；

（2）2004年以來(lái)進(jìn)行的初步設(shè)計(jì)勘察中，黃土狀土濕陷性試驗(yàn)取樣為人工探坑取樣為主，鉆孔取樣采用準(zhǔn)120mm薄壁取土器。

2．2 取樣試驗(yàn)

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

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

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

（4）2004年在進(jìn)行渠道及11座中小型建筑物補(bǔ)充勘探時(shí)在鉆孔取樣做濕陷性試驗(yàn)39組，其中7座建筑物的12組試驗(yàn)濕陷系數(shù)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(gè)別樣品深度達(dá)11m。經(jīng)計(jì)算，建筑物場(chǎng)地總濕陷量小于30cm，具輕微濕陷性。

（5）2004年結(jié)合渠道及中小型建筑物勘察，在12處布置了開(kāi)挖人工探坑取樣進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)，人工探坑深度5～8m，共做濕陷性試驗(yàn)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(shù)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(duì)5座大型建筑物進(jìn)行補(bǔ)充勘探時(shí)，為查明黃土狀土濕陷性問(wèn)題，開(kāi)挖4個(gè)人工探坑，做濕陷性試驗(yàn)26組，其中濕陷系數(shù)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(gè)別樣品深度達(dá)5m。試驗(yàn)采用單、雙線兩種試驗(yàn)方法。

（7）2005年對(duì)故城改線段進(jìn)行勘察時(shí)，進(jìn)行了6個(gè)探坑取樣，采用單線及雙向法做濕陷性試驗(yàn)31組。試驗(yàn)成果表明，其中濕陷系數(shù)大于0．015的共19組。共5個(gè)場(chǎng)區(qū)具輕微濕陷性；1個(gè)場(chǎng)區(qū)具中等濕陷性，濕陷總量為30．15cm，濕陷起始?jí)毫?0～160kPa。對(duì)于建筑物可考慮具中等濕陷。黃土狀土濕陷性試驗(yàn)成果如表1所示。

表1 建筑物黃土狀土濕陷性試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)各場(chǎng)點(diǎn)的試驗(yàn)成果分析，沿線黃土狀土的濕陷性在空間分布上的隨機(jī)性較大，即相同地層相鄰地點(diǎn)、同一地點(diǎn)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(biāo)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(zhì)壤土。平原區(qū)具濕陷的黃土狀土一般在5m深度以?xún)?nèi)，濕陷性較大的在3m以?xún)?nèi)；較大河流區(qū)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(jīng)計(jì)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(yàn)起始?jí)毫?0～200kPa，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(zhǎng)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(duì)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(jié)理及裂隙的結(jié)構(gòu)；其在自重或一定壓力作用下，受水浸濕后結(jié)構(gòu)迅速破壞從而產(chǎn)生顯著的附加沉陷。其濕陷性對(duì)水工建筑物的影響主要是浸水后在附加荷載作用下發(fā)生濕陷，地基承載力降低，并產(chǎn)生較大的變形，嚴(yán)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(jìn)、出口分布。

4．1 渠道工程

黃土狀土濕陷性將產(chǎn)生渠道邊坡沉陷變形，影響渠道邊坡穩(wěn)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(duì)地基要求不高，因而對(duì)具輕微濕陷性的黃土狀土地基采用常規(guī)碾壓夯實(shí)即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4．2 建筑物工程

建筑物進(jìn)、出口一般附有各類(lèi)閘室及漸變段側(cè)墻，地基荷載較大，具輕微濕陷性黃土狀土地基的沉陷對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)變形影響較大，一般需采取特殊處理措施，設(shè)計(jì)上按不同濕陷量及濕陷壓力計(jì)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(jìn)行地基土體補(bǔ)強(qiáng)。

4．3 樁基工程

本渠段濕陷性黃土一般厚度較小，對(duì)樁基工程影響不大。對(duì)于采用樁基礎(chǔ)的工程如交通橋、生產(chǎn)橋、渡槽等，在具輕微濕陷性的黃土狀土分布位置，依據(jù)地質(zhì)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(cè)摩阻力按零考慮，適當(dāng)增加樁長(zhǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）渠段內(nèi)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(duì)建筑物局部有影響，采用樁基的建筑物，黃土狀土樁基側(cè)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(jù)試驗(yàn)提出的濕陷系數(shù)、地層厚度及上部建筑物的荷載，參考?jí)嚎s曲線來(lái)計(jì)算沉降變形量，以便采取相應(yīng)的工程處理措施。

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

［1］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院．初步設(shè)計(jì)報(bào)告第三篇工程地質(zhì)［R］．2004．

［2］JGJ79—2002，J220—2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［3］GB50025—2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］．

［4］陳寶玉，趙建國(guó)．南水北調(diào)中線京石河北段黃土類(lèi)土濕陷性問(wèn)題分析與評(píng)價(jià) ［A］．南水北調(diào)中線河北段工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐論文集［C］．北京：世界社會(huì)文獻(xiàn)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(jí)工程師，主要從事巖土工程勘察工作，（Tel）022－26786238。