南水北调中线河北SG13标膨胀土渠段地质特性分析

柳东亮，李增平

（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SG13施工标段位于河北省鹿泉市境内，起点位于总干渠桩号212+180，终点（224+966）。施工标段全长12.786km。膨胀土段桩号221+600～（223+200），长度1.6km。

该段渠道为挖方渠道，地面高程75.2～78.0m，渠底高程71.485～71.435m，最大挖深6.6m,底板宽度22.5m，设计边坡1∶2.5。本次取样分别位于渠道左坡脚、右坡脚及中心线，高程位于渠底板以下1.0m范围内，取样间距50～100m。

1 地质概况

1.1 地形地貌

渠段桩号212+180～（224+966）所处地貌单元为山前倾斜平原，地势西高东低，地面高程75.2～78.0m，地势平坦开阔，表层主要由第四系全新统壤土、砂壤土和上更新统黄土状壤土组成。

1.2 地层岩性

渠段地表被第四系地层覆盖。根据地质测绘和钻孔揭露，渠段发育地层主要有新生界第四系松散地层，由下至上分别为：①冰水碛（fglQ1）：壤土，灰绿色、杂灰白色泥砾夹棕红色粘土及中粗砂层透镜体；②冰碛（glQ1）：杂色泥砾，由粒径5～20cm卵石和含量30%～40%的粘土、砂、砾组成，混杂堆积，无分选，卵砾石成分以石英砂岩为主，少量岩浆岩,卵砾石多呈棱角、次棱角状，磨圆较差；③下段冲洪积：壤土，黄褐色，稍湿～饱和；④中段冲洪积岩性为黄土状壤土，局部黄土状砂壤土透镜体，具垂直节理，大孔隙，含较多钙核。

1.3 水文地质条件

勘察期间所有探坑均揭露地下水，一般水位高程72.5～72.8m。

2 地质结构

在勘察期间渠段进行了部分渠道的开挖与渠堤填筑工作，目前渠道开挖高程73.2～75.4m，现将探坑揭露的渠段地质结构分述如下：

（2）第②地质层泥砾（glQ1）。杂色，由粒径5～20cm卵石和含量30%～40%的粘土、砂、砾组成，混杂堆积，无分选，卵砾石成分以石英砂岩为主，少量岩浆岩。卵砾石多呈棱角、次棱角状，磨圆较差。厚度一般0.6～2.3m，底板高程71.1～72.0m。

（3）第③地质层壤土（fglQ1）。灰绿色、杂色泥砾夹棕红色粘土及中粗砂层透镜体。探坑揭露厚度大于3.0m，未揭穿。

3 土体膨胀性分析

国内外膨胀性土工程破坏实例表明，地基和边坡土体破坏的主要因素是膨胀土的膨胀效应，南水北调中线安阳段膨胀土渠坡发生的大量滑坡也形成佐证，因此研究膨胀土的膨胀性潜势强弱是必要的，以便采取处理措施。

表1 膨胀土膨胀潜势分类

表2 自由膨胀率试验统计 单位：%

勘察桩号221+600～（223+200），长1.6km。采取方块原状样进行试验，分别取样于渠道左坡脚、右坡脚及中心线，高程位于渠底板以下1.0m范围内，取样间距50～100m。分别进行了颗分、含水量、干密度、液限、塑限、自由膨胀率、膨胀率、膨胀力等试验。

膨胀性土体细部结构特征如下：土体开挖大部水下进行，细部结构大部破坏，但可见坑边土体裂隙发育，一般延伸20～40cm，倾角多为40°，裂隙面随开挖随向下局部塌滑，土体风干后可见微细裂隙发育密集，一般1～3cm，可认定为土体原生裂隙。

试验数据分析得出：膨胀土粘粒含量大多15%以上，最大含量29.8%。室内试验按颗分定名，以中粉质壤土和重粉质壤土为主；天然含水量均大于20%，最大达40.7%，一般值在26%～35%之间；干密度一般在1.40g/cm3以上，最大值1.65g/cm3；液限31.7%～59.3%；塑限17.3%～33.1%。膨胀性土的膨胀潜势判别分类见表1，分段自由膨胀率试验统计见表2。

根据GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》附录S及南水北调中线建设管理局有关规定，判断如下：

①桩号221+650～221+850进行6组自由膨胀率试验，其中2组试验大于65%，最大值为74%，具有中等膨胀性,3组具有弱膨胀性，具中等膨胀性占试验组数的1/3，根据有关规范判定该段具中等膨胀性；②桩号221+850～（221+950）进行3组自由膨胀率试验，其中1组试验大于40%，占试验组数的1/3，具弱膨胀性；③桩号（221+950）～（222+050）进行3组自由膨胀率试验，最大值33.0%，不具膨胀性；④桩号（222+050）～(222+275)进行12组自由膨胀率试验，其中4组试验大于40%，最大值为59%，占试验组数的1/3，具弱膨胀性；⑤桩号(222+275)～(222+385)进行6组自由膨胀率试验，其中2组试验大于65%，最大值为78%，具有中等膨胀性,占试验组数的1/3，根据有关规范判定该段具中等膨胀性；⑥桩号(222+385)～(222+445)进行3组自由膨胀率试验，其中2组试验大于40%，具有弱膨胀性,占试验组数的2/3，具有弱膨胀性；⑦桩号(222+445)～(222+650)进行12组自由膨胀率试验，其中9组试验大于65%，具有中等膨胀性,最大值为73%，占试验组数的2/3，根据有关规定判定该段具中等膨胀性。

在桩号（222+650）、（222+700）、（223+100）及（223+200）部位经探坑勘察鉴定为灰黑色壤土，为非膨胀性土。

综上所述：桩号221+650～221+850、（222+275）～（222+385）、（222+445）～（222+650）具有中等膨胀潜势；桩号221+850～（221+950）、（222+050）～（222+275）、（222+385）～（222+445）具有弱膨胀潜势；桩号（221+950）～（222+050）不具膨胀性潜势。

对该渠段膨胀性土部位采取处理措施，弱膨胀土段渠底、渠坡换填壤土厚度1.0m，中膨胀土段渠坡、渠底换填壤土厚度2.0m，并增加渠基排水设计，保证了工程施工安全及运行安全。

4 结语

通过现场取样进行膨胀性试验，查明了该渠段膨胀土的范围及膨胀潜势，并采取工程措施，保证了工程施工安全及运行安全。

［1］GB50487—2008，水利水电工程地质勘察规范［S］.

［2］GBJ112—87，膨胀土地区建筑技术规范［S］.

［3］杨计申，李德群，边建峰，等.南水北调中线工程特殊性岩土地质环境与环境地质概论［M］.郑州：黄河水利出版社，2009.

［4］南水北调中线干线工程建设管理局.南水北调中线一期工程总干渠渠道膨胀土处理施工技术要求［R］.2010.

［5］毛尚元.非饱和膨胀土的土-水特征曲线研究［J］.工程地质学报，2002（10）.