南水北調(diào)中線工程石家莊段黃土狀土濕陷性研究

王建權(quán)

（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)中線工程石家莊段黃土狀土濕陷性研究

王建權(quán)

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)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(fā)生濕陷，使其承載力降低，并產(chǎn)生較大的濕陷變形，影響建筑物安全。對(duì)南水北調(diào)中線石家莊市以南渠段分布的黃土狀土的試驗(yàn)成果進(jìn)行了研究、分析，并對(duì)渠道內(nèi)各段的黃土狀土的濕陷性進(jìn)行了論證。

南水北調(diào)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(diào)中線工程是緩解河南、河北和京津地區(qū)水資源危機(jī)的特大型跨流域調(diào)水工程，石家莊市以南渠段全長(zhǎng)65.7255km，布置大型河渠交叉建筑物9座、長(zhǎng)3.814km，鐵路交叉建筑物2座、長(zhǎng)0.449km，渠道總長(zhǎng)61.4625km（包括82座中小型建筑物）。引水設(shè)計(jì)流量：進(jìn)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(tǒng)沖洪積（al＋plQ23）黃土狀壤土，分布長(zhǎng)度58.65km，占本段總長(zhǎng)的95%。黃土狀土的濕陷性對(duì)水工建筑物影響主要是浸水后在附加荷載作用下發(fā)生濕陷，使地基承載力降低，并產(chǎn)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(yàn)

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(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；

（3）黃土狀土的底層富集鈣質(zhì)結(jié)核；

（4）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)為10－4～10－6cm/s；

（5）據(jù)各場(chǎng)點(diǎn)的試驗(yàn)成果分析，黃土狀土的濕陷性在空間分布的隨機(jī)性較大，即相同地層相鄰地點(diǎn)的濕陷性差異較大、同一地點(diǎn)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(zhǔn)110mm取土器的取樣，少量探坑取樣僅在石家莊附近進(jìn)行（配合黃土狀土專題研究）；

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

2.3 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)段工程地質(zhì)特征研究時(shí)在樁號(hào)233＋000～236＋000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，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，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(yàn)指標(biāo)δs大于0.015的統(tǒng)計(jì)

（4）2004年結(jié)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(jìn)行濕陷性試驗(yàn)，人工探坑深度5～8m，共計(jì)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，位于樁號(hào)（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(duì)6座大型建筑物進(jìn)行補(bǔ)充勘探時(shí)，開挖6個(gè)人工探坑，做濕陷性試驗(yàn)33組，其中濕陷系數(shù)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(gè)別樣品深度達(dá)5m，見表2。

（6）2005年對(duì)故城改線段樁號(hào)（196＋997.1）～（205＋923.8）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，進(jìn)行強(qiáng)夯處理，但對(duì)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(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

3 渠道黃土狀土物理力學(xué)性質(zhì)

通過對(duì)544組黃土狀壤土樣品的試驗(yàn)內(nèi)容采用兩次平均值法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即對(duì)物性指標(biāo)中密度、壓縮模量采用小值平均值，對(duì)含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)采用大值平均值，對(duì)力學(xué)試驗(yàn)采用小值平均值的方法作為本渠段試驗(yàn)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(yàn)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(shù)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(yàn)進(jìn)行了飽和快剪及飽和固結(jié)快剪，其中飽和快剪74組，飽和固結(jié)快剪197組。飽和快剪的內(nèi)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(zhǔn)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(jié)快剪的內(nèi)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(jié)快剪的摩擦角準(zhǔn)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(biāo)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(zhì)壤土。平原區(qū)具濕陷的黃土狀土一般在5m深度以內(nèi)，濕陷性較大的應(yīng)在3m以內(nèi)。②較大河流區(qū)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(jīng)計(jì)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(yàn)起始?jí)毫?0～200kPa，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(zhǎng)29.23km，均為填方渠段，建議采取夯實(shí)處理，特別是具輕微濕陷性渠段，以減弱濕陷性對(duì)渠道襯砌的影響。其他渠段黃土狀土均不具有濕陷性。

5 結(jié)語

研究表明，渠段內(nèi)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(duì)建筑物局部有影響，如采用樁基的建筑物，黃土狀土樁基側(cè)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(shí)處理，特別是填方渠段，以減弱濕陷性對(duì)渠道邊坡及渠道襯砌的影響。

［1］林宗元.巖土工程勘察設(shè)計(jì)手冊(cè)［K］.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1996.

［2］本書編委會(huì).巖土工程手冊(cè)［K］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994.

［3］BG50287—99，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［4］JTJ79—2002，建筑物地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］陳宇，宋日英，黃志全，等.三門峽地區(qū)黃土狀粉土動(dòng)靜力學(xué)試驗(yàn)研究［J］.人民黃河，2009（11）：112－114.

［6］王景明，王君.冀中南黃土潛蝕地貌與黃土構(gòu)造節(jié)理［J］.地理研究，1994（1）：90－93.

［7］鐘世航.黃土中的構(gòu)造斜節(jié)理及其對(duì)黃土隧道穩(wěn)定性的影響［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，1983（4）：70－79.

［8］沈衛(wèi)平.淺埋黃土隧道施工方法及支護(hù)受力研究［J］.西部探礦工程，2001（2）：78－79.

［9］喬春生，管振祥，滕文彥.飽水黃土隧道變形規(guī)律研究［J］.巖土力學(xué)，2003（S2）：229－234.

P64

A

1672-9900（2011）01-0071-02

2010－12－06

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