南水北调中线工程石家庄段黄土状土湿陷性研究

王建权

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

南水北调中线工程石家庄段黄土状土湿陷性研究

王建权

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

黄土状土的湿陷性是浸水后在附加荷载作用下地基发生湿陷，使其承载力降低，并产生较大的湿陷变形，影响建筑物安全。对南水北调中线石家庄市以南渠段分布的黄土状土的试验成果进行了研究、分析，并对渠道内各段的黄土状土的湿陷性进行了论证。

南水北调中线；石家庄南段；黄土状土；湿陷性研究

1 工程概况

南水北调中线工程是缓解河南、河北和京津地区水资源危机的特大型跨流域调水工程，石家庄市以南渠段全长65.7255km，布置大型河渠交叉建筑物9座、长3.814km，铁路交叉建筑物2座、长0.449km，渠道总长61.4625km（包括82座中小型建筑物）。引水设计流量：进口220m3/s，出口170m3/s。

石家庄市以南渠段分布的黄土状土主要为第四系上更新统冲洪积（al＋plQ23）黄土状壤土，分布长度58.65km，占本段总长的95%。黄土状土的湿陷性对水工建筑物影响主要是浸水后在附加荷载作用下发生湿陷，使地基承载力降低，并产生较大的湿陷变形，影响建筑物安全。

2 黄土状土特征及取样试验

2.1 渠道黄土状土特征

（1）厚度一般在5～10m，最大厚度20m；

（2）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；

（3）黄土状土的底层富集钙质结核；

（4）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%， 渗透系数为10－4～10－6cm/s；

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

2.2 取样方法

黄土状土湿陷性的取样方法可分为：

（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，少量探坑取样仅在石家庄附近进行（配合黄土状土专题研究）；

（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以人工探坑取样为主，钻孔取样采用准120mm薄壁取土器。

2.3 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工程地质特征研究时在桩号233＋000～236＋000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，个别样品深度达11m。经计算建筑物场地总湿陷量小于30cm，湿陷性黄土状壤土具轻微湿陷性，见表1。

表1 2004年钻孔湿陷性试验指标δs大于0.015的统计

（4）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，共计做湿陷性试验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，位于桩号（176＋150）泲河渡槽出口，深度2m，其余试样均不具湿陷性。

（5）2004年对6座大型建筑物进行补充勘探时，开挖6个人工探坑，做湿陷性试验33组，其中湿陷系数大于0.015的共14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，见表2。

（6）2005年对故城改线段桩号（196＋997.1）～（205＋923.8）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，进行强夯处理，但对于渠道来说可按轻微湿陷性考虑。

表2 大型建筑物人工探坑样品黄土湿陷性试验成果统计表

3 渠道黄土状土物理力学性质

通过对544组黄土状壤土样品的试验内容采用两次平均值法进行统计，即对物性指标中密度、压缩模量采用小值平均值，对含水率、孔隙比、压缩系数采用大值平均值，对力学试验采用小值平均值的方法作为本渠段试验值的两次平均值。

天然密度范围值为1.55～2.17g/cm3，平均值为1.91～1.98g/cm3，两次平均值范 围为1.83～1.92g/cm3； 干密度范 围 值 为1.31～1.90g/cm3， 平均值为1.59～1.67g/cm3， 两次平均值范围为1.51～1.60g/cm3；天然含水率范围值为12.8%～37.9%，平均值为18.6%～23.4%，两次平均值范围为21.3%～26.6%；孔隙比范围值为0.416～1.062，平均值为0.632～0.716，两次平均值范围为0.676～0.80。

压缩试验370组， 压缩模量范围值为1.86～32.12MPa，平均值为6.93～11.31MPa，两次平均值范围为4.42～8.77MPa；压缩系数范围值为0.05～1.0MPa－1， 平均值为0.18～0.30MPa－1，两次平均值范围为0.21～0.491MPa－1。 抗剪试验进行了饱和快剪及饱和固结快剪，其中饱和快剪74组，饱和固结快剪197组。饱和快剪的内聚力C范围值为8～36kPa，平均值为19.5～28.5kPa，两次平均值范围为12.3～20kPa；饱和快剪的摩擦角准范围值为5°～52°，平均值为10°～34°，两次平均值范围为10°～25°。 饱和固结快剪的内聚力C范围值为5.4～72kPa，平均值为17～33kPa，两次平均值范围为12～24.5kPa；饱和固结快剪的摩擦角准范围值为0.2°～67°，平均值为19°～27°，两次平均值范围为9°～23.8°。

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：①干密度一般小于1.58g/cm3，孔隙比一般大于0.75，饱和度一般小于50%，具湿陷的黄土状土干密度一般为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，湿陷性较大的应在3m以内。②较大河流区的两岸阶地分布黄土状土湿陷性较大，如洨河、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。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。

4 渠道黄土状土湿陷性分段

渠道具轻微湿陷性的渠段大致可划分如下5段：（174＋250） ～（181 ＋000）、188 ＋220～（189 ＋950）、190 ＋800～194 ＋960、（197＋000）～（206＋630）、214＋000～（221＋000）， 总长29.23km，均为填方渠段，建议采取夯实处理，特别是具轻微湿陷性渠段，以减弱湿陷性对渠道衬砌的影响。其他渠段黄土状土均不具有湿陷性。

5 结语

研究表明，渠段内黄土状土大部不具湿陷性，仅局部具轻微湿陷性。具轻微湿陷性的黄土状土对建筑物局部有影响，如采用桩基的建筑物，黄土状土桩基侧摩阻力按零考虑，建筑物的地基和具轻微湿陷性的渠道工程建议采取夯实处理，特别是填方渠段，以减弱湿陷性对渠道边坡及渠道衬砌的影响。

［1］林宗元.岩土工程勘察设计手册［K］.沈阳：辽宁科学技术出版社，1996.

［2］本书编委会.岩土工程手册［K］.北京：中国建筑工业出版社，1994.

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P64

A

1672-9900（2011）01-0071-02

2010－12－06

王建权（1965－），男（汉族），黑龙江齐齐哈尔人，高级工程师，主要从事水利水电工程地质勘察工作，（Tel）022-26786253。