渭北底張洼地飽和軟黃土的工程地質(zhì)特性

李 文 趙金剛 羅偉強

(中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

1 概述

飽和軟黃土是西安城區(qū)及周邊地區(qū)分布較為廣泛的一種特殊性巖土，其分布主要與溝谷地形有著密切的關(guān)系[1]。底張洼地位于咸陽市底張鎮(zhèn)，渭河北部黃土塬之上，該處分布農(nóng)田、水渠。由于所處地段地勢低洼，地下水位埋深淺，加之長期農(nóng)田灌溉積水，故該區(qū)域地下分布著一層飽和軟黃土，地下水位埋藏其中?？辈毂砻?，該層土由于長期處于飽和狀態(tài)，多呈軟塑和流塑狀態(tài)，其承載力低，壓縮性較高，為軟弱地基，工程建設(shè)過程中易出現(xiàn)地基不均勻沉降和建筑物破壞等問題。

2 飽和軟黃土的定義及成因

飽和黃土是指飽和度大于80%，濕陷性已退化了的黃土。與飽和黃土不同，飽和軟黃土是指濕陷性黃土受水浸濕后，未經(jīng)過較長時間及大的上覆壓力的壓密作用，其濕陷性雖已退化，但大孔隙仍基本保存完整，結(jié)構(gòu)也未徹底破壞，在新增荷載作用下，會出現(xiàn)較大的壓縮變形[2]。底張洼地與黃土塬相接處，分布著一條地表灌溉渠——陶家溝水站輸水渠，由于地表灌溉渠較長期滲漏淤積，導(dǎo)致在地表下幾米至十幾米內(nèi)黃土層出現(xiàn)上層滯水，受上層滯水長期浸泡而飽和變軟的黃土層。

3 分布

經(jīng)地質(zhì)勘察及施工驗證，西安北至機場城際軌道項目飽和軟黃土主要分布于底張洼地，于線路DK20+618～DK22+397.50段及車輛段大部，影響面積約8.93 km2。該區(qū)域地下水位埋深淺，一般為9.00 m～11.00 m，飽和軟黃土埋深7 m～20 m,均為地下水毛細(xì)上升高度以下，分布厚度與地下水位線深度有關(guān)[3]，一般為1.20 m～9.80 m。

4 飽和軟黃土工程地質(zhì)特性

4.1 基本物理力學(xué)性質(zhì)

以西安北至機場城際軌道交通項目為依托，對底張洼地地貌單元內(nèi)飽和軟黃土進行了詳細(xì)勘察和試驗，其中飽和軟黃土的物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 飽和軟黃土物理力學(xué)特征參數(shù)表

由表1中可以看出，其孔隙比介于0.780～0.984，平均0.845，飽和軟黃土近期水位變化后，在自重作用下只是發(fā)生了部分濕陷，因此，其孔隙比仍然較大。含水率相對較大，介于27.4%～34.6%，平均30.50%；飽和度高，介于84%～100%，平均97.4%。一般情況下飽和軟黃土多處于軟塑和流塑狀態(tài)。液限約在27.4%～34.6%之間，其液性指數(shù)平均值接近于1。壓縮系數(shù)平均值大于0.4 MPa-1,為中偏高壓縮和高壓縮。

對鉆孔揭露地層50 m范圍內(nèi)各地層土的物理力學(xué)性質(zhì)進行了對比分析(見圖1)[6]。從圖中可以看出，飽和軟黃土的天然含水率、液性指數(shù)和壓縮系數(shù)明顯高于其他土層。

4.2 強度參數(shù)

勘察過程中對飽和軟黃土進行了快剪試驗、固結(jié)快剪及三軸壓縮(UU)剪切試驗,對試驗數(shù)據(jù)進行分析(見表2)，飽和軟黃土的粘聚力及內(nèi)摩擦角均低于其相同層位的非飽和黃土，抗剪強度明顯降低[6]。

表2 飽和軟黃土抗剪強度參數(shù)表

4.3 無側(cè)限抗壓強度、靈敏度

勘察過程中，對場地內(nèi)3組飽和軟黃土試樣進行了無側(cè)限抗壓強度及靈敏度測試，結(jié)果見表3。結(jié)果表明，底張洼地飽和軟黃土靈敏度St介于2.04～3.43之間，平均值2.79，屬中靈敏度土層。

表3 飽和軟黃土無側(cè)限抗壓強度、靈敏度分層統(tǒng)計表

4.4地基承載力基本值

對飽和軟黃土進行雙橋靜力觸探結(jié)果顯示，其錐尖阻力qc為0.519 MPa～0.961 MPa，均值為0.634 MPa。按黃土地基考慮，根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》(第五版)中機械工業(yè)勘察設(shè)計研究院在黃土地基中總結(jié)的經(jīng)驗公式：f0=98qc+19.24計算可得，飽和軟黃土的地基承載力為81 kPa。按濕陷性黃土考慮，根據(jù)TB 10018—2003鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程10.5.4-1公式可知，該土層的單橋貫入阻力ps=1.1qc及《工程地質(zhì)手冊》(第五版)陜西省綜合勘察院在黃土地基中總結(jié)的經(jīng)驗公式：f0=87.8ps+24.36計算可得，飽和軟黃土的地基承載力為86 kPa。由此可知，飽和軟黃土的承載力約為80 kPa,承載力偏低。

5 結(jié)語

飽和軟黃土多分布于地勢低洼的黃土階地及臺塬上，是由上層滯水長期浸泡而飽和變軟的黃土層，其孔隙比大、含水率高、壓縮性高、強度低，呈軟塑或流塑狀態(tài)，且承載力差，在工程中極為不利。該現(xiàn)象多見于長期蓄水的黃土地區(qū)，勘察過程中要綜合運用鉆探及靜力觸探，再結(jié)合室內(nèi)試驗及原位測試確定其物理力學(xué)性質(zhì)，同時布設(shè)相應(yīng)水位觀測確定其影響區(qū)域半徑，設(shè)計和施工過程中也要引起足夠的重視，采取有效的工程措施，消除其不利影響。