南水北調(diào)中線工程

趙曉霞 陳立華 蔡杰

摘要：調(diào)水工程施工項(xiàng)目質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到工程技術(shù)含量，關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全和社會(huì)的穩(wěn)定；另一方面也關(guān)系到施工企業(yè)的生存，控制好施工過(guò)程中的技術(shù)環(huán)節(jié)，對(duì)工程的質(zhì)量具有十分重要的意義。筆者結(jié)合該工程的土質(zhì)狀況對(duì)工程特性作了研究。

關(guān)鍵詞：黃土狀土，工程特性；研究

一、工程概況及渠段內(nèi)黃土狀土分布及特征

南水北調(diào)中線工程黃河北~羑河北渠段總長(zhǎng)度約236.5KM，渠段內(nèi)黃土主要為次生黃土，因其僅具有黃土的部分特征，故稱其為黃土狀（類）土，主要分布于總干渠沿線軟巖丘陵頂部、山前坡沖洪積裙、河谷平原及沖紅積平原，分布總長(zhǎng)度約134.3KM，占渠線總長(zhǎng)度的74.04%。巖性以粉質(zhì)土壤為主，一般具有如下特征：1、褐黃、黃褐色，具針孔狀結(jié)構(gòu)、垂直節(jié)理發(fā)育，在河谷兩岸易崩塌形成懸崖陡壁；2、淺層黃土狀土分多處于地下水位以上，多處于低含水量的非飽和狀態(tài)；3、粉粒含量高，一般40%~76%；4、分布不連續(xù)，薄、厚不均一。濕陷性黃土狀土浸水后強(qiáng)度顯著降低，在附加應(yīng)力和自重壓力下易引起濕陷變形，嚴(yán)重時(shí)影響渠道邊坡和渠基德穩(wěn)定，造成調(diào)水工程無(wú)法正常運(yùn)行。

二、渠段內(nèi)黃土狀土礦物組成

黃土狀土中粘土礦物組成及含量對(duì)其工程性質(zhì)有重要影響，尤其是有效蒙脫石含量，對(duì)于黃土狀土的工程性質(zhì)影響更加顯著，土中蒙脫石含量增高則土的親水性增高、粘聚力增高、濕陷性減弱。據(jù)本渠段黃土狀土蒙脫石含量測(cè)定，蒙脫石含量與粘粒含量關(guān)系較為密切，粘粒含量<20%時(shí)，蒙脫石的有效含量一般為3.04~7.26%，當(dāng)土中粘粒含量>20%時(shí)，蒙脫石含量最高可達(dá)12.83%。

黃土狀土為碎屑礦物與粘土礦物的混合體，碎屑礦物成份主要有長(zhǎng)石、石英；粘土礦物成份主要有蒙脫石、伊利石、高嶺石等。據(jù)本渠段黃土狀土磨片鑒定：重粉質(zhì)壤土呈粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)~泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中粘土礦物蒙脫石、伊利石、高嶺石含量約占25%~60%，含量多占10%~20%，石英、長(zhǎng)石均勻混雜在蒙脫石、伊利石、高嶺石集合體之中。中粉質(zhì)壤土與輕粉質(zhì)壤土顯微鏡下呈粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中石英、長(zhǎng)石含量約占60%~80%，伊利石、蒙脫石、高嶺石含量約占10%~25%，呈隱晶泥狀或微晶鱗片狀，粘土礦物均勻混雜于石英、長(zhǎng)石粉屑間。

三、渠段內(nèi)黃土狀土化學(xué)特征

碳酸鹽和有機(jī)質(zhì)：黃土狀土中碳酸鹽和有機(jī)質(zhì)含量不僅是其形成和生存環(huán)境的指示性礦物，亦是影響其工程性質(zhì)的重要因素。黃土狀土高強(qiáng)度與陡立邊坡的形成，與大量碳酸鹽的膠結(jié)作用緊密相關(guān)。經(jīng)測(cè)定：黃河北~羑河北渠段黃土狀土碳酸鹽含量一般在0.66%~25.53%之間，土中碳酸鹽含量不同地區(qū)不同深度差異較大；渠段內(nèi)黃土狀土的有機(jī)質(zhì)含量一般為0.11~0.97%，均屬低有機(jī)質(zhì)土，對(duì)土的工程性質(zhì)有較大影響。酸堿度經(jīng)測(cè)定：黃河北~羑河被區(qū)段黃土狀土地的PH值為7.2~8.26，均屬堿性介質(zhì)土，說(shuō)明土中含較多堿金屬離子，土顆粒表面易形成較厚的擴(kuò)散雙電層，使土粒處于松散狀態(tài)，具有塑性大、分散度高等特點(diǎn)。比表面積經(jīng)測(cè)定：輕、中粉質(zhì)壤土比表面積均<100m2/g，重粉質(zhì)壤土的比表面積達(dá)120.7~168.76100 m2/g，反映了兩者間親水性有較大差異。

四、渠段內(nèi)黃土狀土的濕陷性

本渠段在鉆孔、豎井、探坑中取原狀土樣進(jìn)行了黃土狀土濕陷性試驗(yàn)，試驗(yàn)組數(shù)共計(jì)684組，其中大部分為非自重濕陷性黃土，僅局部分布有少量自重濕陷性黃土。200Kpa；其中具輕微濕陷性的83組，占試驗(yàn)總數(shù)的12.1%；具中等濕陷性的187組，占試驗(yàn)總數(shù)的27.4%，具強(qiáng)濕陷性的18組，占試驗(yàn)總數(shù)的2.6%。自重濕陷性黃土的自重濕陷系數(shù)δs為0.022~0.035。

本渠段黃土地狀土濕陷性有如下特征：1、濕陷性黃土狀土空間分布隨機(jī)性大，濕陷性黃土隨深度分布不連續(xù)，局部呈層狀相間濕陷，水平方向與垂直方向濕陷性都具有不均勻性。2、渠段內(nèi)黃土狀土的濕陷深度多在7~7.5m，局部濕陷深達(dá)10.0m。3、大部分場(chǎng)地總濕陷量△，zs均<30cm，場(chǎng)地濕陷等級(jí)為輕微；樁號(hào)HZ122+800（金燈寺溝倒虹）附近場(chǎng)地自重濕陷量△zs=7.05，濕陷量△s=81.36，場(chǎng)地濕陷等級(jí)為嚴(yán)重；樁號(hào)HZ101+000（劉店干河渠倒虹）和HZ139+930（香泉河渠倒虹）附近場(chǎng)地總濕陷量△s分別為42.09 cm和31.89cm，場(chǎng)地濕陷等級(jí)為中等。4、渠段內(nèi)局部黃土狀具有新近堆積黃土的特征，試驗(yàn)在50~100Kpa壓力作用是變形卻相對(duì)較小。

五、渠段內(nèi)黃土狀土渠坡、渠基穩(wěn)定性分析

根據(jù)黃土狀土濕陷性特征和本渠段渠坡、渠基德地層結(jié)構(gòu)、挖填類型，可將黃土狀土渠坡分為穩(wěn)定、非穩(wěn)定兩種類型：穩(wěn)定渠坡、渠基：有非濕陷性黃土狀土組成，或由非自重濕陷性黃土組成且上部無(wú)附加荷載作用的渠坡，該類渠坡和渠基穩(wěn)定，本渠段累計(jì)分布長(zhǎng)度64.17Km。非穩(wěn)定渠坡、渠基：自由重濕陷性黃土組成，或由非自重濕陷性黃土組成但上部有附加荷載作用的渠坡和渠基，該類渠坡、渠基穩(wěn)定性差，產(chǎn)生易濕陷破壞，本渠段累計(jì)分布長(zhǎng)度70.17Km。黃土狀土對(duì)渠道邊坡和渠基穩(wěn)定影響較大是其濕陷特征。非自重濕陷性黃土狀土浸水后在自重壓力下并不會(huì)產(chǎn)生濕陷變形，只有當(dāng)土層自重壓力與附加壓力之和大于土的濕陷起始?jí)毫r(shí)才發(fā)生濕陷。故非自重濕陷性黃土狀的濕陷性對(duì)挖方渠段坡影響不大，不必考慮渠坡的濕陷變形問(wèn)題，對(duì)于渠基，由于上部荷載的影響，可能會(huì)引起濕陷變形，需要對(duì)其進(jìn)行必要的處理。對(duì)半挖半填及全填方渠段的非自重濕陷性黃土狀土渠道邊坡和渠基，由于在原地層上增加了荷載，需要考慮黃土狀土的濕陷變形對(duì)渠坡穩(wěn)定的影響。自重濕陷性黃土狀土渠或渠基，無(wú)論渠道是何種挖填類型，均應(yīng)考慮對(duì)渠坡和渠基穩(wěn)定性的影響。

六、結(jié)論與建議

黃土狀土對(duì)渠道邊坡和渠基穩(wěn)定影響較大是其濕陷特征。對(duì)非自重濕陷性黃土狀土渠坡和渠基，若在原地層上增加了荷載，需要考慮其濕陷變形對(duì)渠坡和渠基穩(wěn)定性的影響。對(duì)于自重濕陷性黃土狀渠坡和渠基，無(wú)論渠道是何種挖填類型，均應(yīng)考慮濕陷變形對(duì)渠坡和渠基穩(wěn)定性的影響。對(duì)于本渠段內(nèi)的黃土狀非穩(wěn)定渠坡和由濕陷性黃土狀土構(gòu)成的渠基，建議處理措施如下：（一）設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GBJ25-90GB50025-2004）等有關(guān)規(guī)范、規(guī)程的要求，應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施，如換填土墊層法、強(qiáng)夯法等；（二）黃土狀土抗沖刷能力較差，應(yīng)做好濕陷性黃土渠坡襯砌，減少渠水沖蝕。