刘建明

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

南水北调邢石段黄土状土湿陷性的特性分析

刘建明

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

介绍了南水北调中线工程总干渠河北省邢石渠段黄土状土湿陷性的工程特性，将勘探试验成果作了全面说明，提出本渠段黄土状土大部分不具湿陷性，仅局部具轻微湿陷性，设计依据勘探试验成果有针对性地采取了措施，保证了工程质量和安全。

黄土状土；湿陷性；取样试验；工程处理措施

黄土状土作为特殊工程性状土类，就其湿陷性对工程的影响及危害，早已引起工程地质界的高度关注。对于黄土状土湿陷性，南水北调中线工程总干渠沿线各省市都有分布。

中线总干渠邢—石渠段，全长65．8km，地表分布黄土状土长64．8km，占总长的98．5%。其间共布置各类建筑物123座，其中渠道长60．7km，设计流量220m3/s。

1 渠段内黄土状土特征

1．1 黄土状土成因

本渠段地表出露的黄土状土，其时代和成因为第四纪上更新统冲洪积（al＋plQ23）的次生黄土，称其为黄土状土，类比区域标准地层相当于马兰黄土。

1．2 地貌特征

地貌分布特征多为丘陵及山前倾斜平原的上部。在流水地貌中多形成河流的二级阶地，阶地前缘多形成陡坎或陡壁。土质颜色多为土黄—棕黄色；其土层厚度一般在5～10m，最大厚度30m。

1．3 物性特征

上更新统（al＋plQ23）黄土状壤土发育大孔隙和垂直节理，易形成陡立的自然边坡；黄土状土的底层富集钙质结核，初露钙质结核深度一般大于5m；粉粒含量达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%，渗透系数10－4～10－6cm/s。

2 黄土状土取样试验

2．1 取样方法

黄土状土湿陷性的取样方法可分为两种：

（1）1995～1997年可研阶段，渠道钻孔及中小型建筑物钻孔采用准110mm取土器的取样，为配合黄土状土专题研究，仅在石家庄附近进行了少量探坑取样；

（2）2004年以来进行的初步设计勘察中，黄土状土湿陷性试验取样为人工探坑取样为主，钻孔取样采用准120mm薄壁取土器。

2．2 取样试验

（1）1995～1997年渠道勘察钻孔取样共做湿陷性试验63组，湿陷系数大于0．015的仅有1组（δs为0．018），占试验总数的1．6%。

（2）1996年对黄土状土重点段人工探坑取样共做湿陷性试验10组，湿陷系数大于0．015的仅有1组（δs为0．023），占10%。

（3）2004年对台头沟倒虹吸出口进行了人工探坑取样6组，进行了湿陷性试验，仅1组探坑4m取样湿陷系数0．018，具轻微湿陷性。

（4）2004年在进行渠道及11座中小型建筑物补充勘探时在钻孔取样做湿陷性试验39组，其中7座建筑物的12组试验湿陷系数大于0．015（范围值为0．0152～0．079），湿陷性的样品深度大部大于5m深度，个别样品深度达11m。经计算，建筑物场地总湿陷量小于30cm，具轻微湿陷性。

（5）2004年结合渠道及中小型建筑物勘察，在12处布置了开挖人工探坑取样进行湿陷性试验，人工探坑深度5～8m，共做湿陷性试验106组，其中单线法53组，双线法53组，仅单线法1组试样湿陷系数为0．0204，具湿陷性，位于泲河渡槽出口，深度2m，其余试样均不具湿陷性。

（6）2004年对5座大型建筑物进行补充勘探时，为查明黄土状土湿陷性问题，开挖4个人工探坑，做湿陷性试验26组，其中湿陷系数大于0．015的共13组（范围值为0．0155～0．0791），湿陷性的样品深度大部在3m以上取得，个别样品深度达5m。试验采用单、双线两种试验方法。

（7）2005年对故城改线段进行勘察时，进行了6个探坑取样，采用单线及双向法做湿陷性试验31组。试验成果表明，其中湿陷系数大于0．015的共19组。共5个场区具轻微湿陷性；1个场区具中等湿陷性，湿陷总量为30．15cm，湿陷起始压力60～160kPa。对于建筑物可考虑具中等湿陷。黄土状土湿陷性试验成果如表1所示。

表1 建筑物黄土状土湿陷性试验成果统计表

根据各场点的试验成果分析，沿线黄土状土的湿陷性在空间分布上的随机性较大，即相同地层相邻地点、同一地点不同深度的湿陷性差异较大。

3 渠道黄土状土基本特征

人工探坑取样的样品具湿陷性的黄土状土物性指标的基本特征为：一般干密度小于1．58g/cm3，孔隙比大于0．75，饱和度小于50%，具湿陷性的黄土状土干密度1．408g/cm3，孔隙比大于0．80，饱和度40%。土的定名大部分为中粉质壤土。平原区具湿陷的黄土状土一般在5m深度以内，湿陷性较大的在3m以内；较大河流区的两岸阶地分布黄土状土湿陷性较大，如槐河（Ⅰ）、槐河（Ⅱ）、泲河、潴龙河等。经计算总湿陷量为轻微湿陷性。本渠段分布的湿陷性黄土状土为非自重湿陷性黄土，具湿陷性土的试验起始压力为30～200kPa，大部为60kPa以上。具轻微湿陷性的渠段大致可划分为5段，总长29．632km，均为填方渠段，其他渠段黄土状土均不具湿陷性。

4 黄土状土湿陷性对工程的影响

黄土状土作为一种特殊土，具有疏松多孔、大孔隙、垂直节理及裂隙的结构；其在自重或一定压力作用下，受水浸湿后结构迅速破坏从而产生显著的附加沉陷。其湿陷性对水工建筑物的影响主要是浸水后在附加荷载作用下发生湿陷，地基承载力降低，并产生较大的变形，严重影响建筑物的安全。本渠段黄土状土具轻微湿陷性，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进、出口分布。

4．1 渠道工程

黄土状土湿陷性将产生渠道边坡沉陷变形，影响渠道边坡稳定及渠道混凝土衬砌破坏，但本渠道工程填方段一般填方高度3～8m，高度不大，对地基要求不高，因而对具轻微湿陷性的黄土状土地基采用常规碾压夯实即可满足设计要求。

4．2 建筑物工程

建筑物进、出口一般附有各类闸室及渐变段侧墙，地基荷载较大，具轻微湿陷性黄土状土地基的沉陷对建筑物结构变形影响较大，一般需采取特殊处理措施，设计上按不同湿陷量及湿陷压力计算，采取不同的工程措施，如地基土置换、碎石桩、水泥搅拌桩等进行地基土体补强。

4．3 桩基工程

本渠段湿陷性黄土一般厚度较小，对桩基工程影响不大。对于采用桩基础的工程如交通桥、生产桥、渡槽等，在具轻微湿陷性的黄土状土分布位置，依据地质剖面及不同深度划分的湿陷性土段，具轻微湿陷性的土段摩擦桩的极限侧摩阻力按零考虑，适当增加桩长。

5 结语

（1）渠段内黄土状土大部分不具湿陷性，仅局部具轻微湿陷性。

（2）具轻微湿陷性的黄土状土对建筑物局部有影响，采用桩基的建筑物，黄土状土桩基侧摩阻力按零考虑。

（3）建筑物的地基和具轻微湿陷性的渠道工程需要依据试验提出的湿陷系数、地层厚度及上部建筑物的荷载，参考压缩曲线来计算沉降变形量，以便采取相应的工程处理措施。

（4）对渠道填方渠段应采取夯实处理，以减弱湿陷性对渠道边坡及渠道衬砌的影响。

［1］河北省水利水电勘测设计研究院．初步设计报告第三篇工程地质［R］．2004．

［2］JGJ79—2002，J220—2002，建筑地基处理技术规范［S］．

［3］GB50025—2004，湿陷性黄土地区建筑规范［S］．

［4］陈宝玉，赵建国．南水北调中线京石河北段黄土类土湿陷性问题分析与评价 ［A］．南水北调中线河北段工程设计与实践论文集［C］．北京：世界社会文献出版社，2006．

TU411．5

A

1672-9900（2010）05-0062-02

2010－08－19

刘建明（1957－），男（汉族），河北沧州人，高级工程师，主要从事岩土工程勘察工作，（Tel）022－26786238。