南水北调中线工程

赵晓霞 陈立华 蔡杰

摘要：调水工程施工项目质量的优劣关系到工程技术含量，关系到人民生命财产的安全和社会的稳定；另一方面也关系到施工企业的生存，控制好施工过程中的技术环节，对工程的质量具有十分重要的意义。笔者结合该工程的土质状况对工程特性作了研究。

关键词：黄土状土，工程特性；研究

一、工程概况及渠段内黄土状土分布及特征

南水北调中线工程黄河北~羑河北渠段总长度约236.5KM，渠段内黄土主要为次生黄土，因其仅具有黄土的部分特征，故称其为黄土状（类）土，主要分布于总干渠沿线软岩丘陵顶部、山前坡冲洪积裙、河谷平原及冲红积平原，分布总长度约134.3KM，占渠线总长度的74.04%。岩性以粉质土壤为主，一般具有如下特征：1、褐黄、黄褐色，具针孔状结构、垂直节理发育，在河谷两岸易崩塌形成悬崖陡壁；2、浅层黄土状土分多处于地下水位以上，多处于低含水量的非饱和状态；3、粉粒含量高，一般40%~76%；4、分布不连续，薄、厚不均一。湿陷性黄土状土浸水后强度显著降低，在附加应力和自重压力下易引起湿陷变形，严重时影响渠道边坡和渠基德稳定，造成调水工程无法正常运行。

二、渠段内黄土状土矿物组成

黄土状土中粘土矿物组成及含量对其工程性质有重要影响，尤其是有效蒙脱石含量，对于黄土状土的工程性质影响更加显著，土中蒙脱石含量增高则土的亲水性增高、粘聚力增高、湿陷性减弱。据本渠段黄土状土蒙脱石含量测定，蒙脱石含量与粘粒含量关系较为密切，粘粒含量<20%时，蒙脱石的有效含量一般为3.04~7.26%，当土中粘粒含量>20%时，蒙脱石含量最高可达12.83%。

黄土状土为碎屑矿物与粘土矿物的混合体，碎屑矿物成份主要有长石、石英；粘土矿物成份主要有蒙脱石、伊利石、高岭石等。据本渠段黄土状土磨片鉴定：重粉质壤土呈粉砂泥质结构~泥质结构，其中粘土矿物蒙脱石、伊利石、高岭石含量约占25%~60%，含量多占10%~20%，石英、长石均匀混杂在蒙脱石、伊利石、高岭石集合体之中。中粉质壤土与轻粉质壤土显微镜下呈粉砂质结构，其中石英、长石含量约占60%~80%，伊利石、蒙脱石、高岭石含量约占10%~25%，呈隐晶泥状或微晶鳞片状，粘土矿物均匀混杂于石英、长石粉屑间。

三、渠段内黄土状土化学特征

碳酸盐和有机质：黄土状土中碳酸盐和有机质含量不仅是其形成和生存环境的指示性矿物，亦是影响其工程性质的重要因素。黄土状土高强度与陡立边坡的形成，与大量碳酸盐的胶结作用紧密相关。经测定：黄河北~羑河北渠段黄土状土碳酸盐含量一般在0.66%~25.53%之间，土中碳酸盐含量不同地区不同深度差异较大；渠段内黄土状土的有机质含量一般为0.11~0.97%，均属低有机质土，对土的工程性质有较大影响。酸碱度经测定：黄河北~羑河被区段黄土状土地的PH值为7.2~8.26，均属碱性介质土，说明土中含较多碱金属离子，土颗粒表面易形成较厚的扩散双电层，使土粒处于松散状态，具有塑性大、分散度高等特点。比表面积经测定：轻、中粉质壤土比表面积均<100m2/g，重粉质壤土的比表面积达120.7~168.76100 m2/g，反映了两者间亲水性有较大差异。

四、渠段内黄土状土的湿陷性

本渠段在钻孔、竖井、探坑中取原状土样进行了黄土状土湿陷性试验，试验组数共计684组，其中大部分为非自重湿陷性黄土，仅局部分布有少量自重湿陷性黄土。200Kpa；其中具轻微湿陷性的83组，占试验总数的12.1%；具中等湿陷性的187组，占试验总数的27.4%，具强湿陷性的18组，占试验总数的2.6%。自重湿陷性黄土的自重湿陷系数δs为0.022~0.035。

本渠段黄土地状土湿陷性有如下特征：1、湿陷性黄土状土空间分布随机性大，湿陷性黄土随深度分布不连续，局部呈层状相间湿陷，水平方向与垂直方向湿陷性都具有不均匀性。2、渠段内黄土状土的湿陷深度多在7~7.5m，局部湿陷深达10.0m。3、大部分場地总湿陷量△，zs均<30cm，场地湿陷等级为轻微；桩号HZ122+800（金灯寺沟倒虹）附近场地自重湿陷量△zs=7.05，湿陷量△s=81.36，场地湿陷等级为严重；桩号HZ101+000（刘店干河渠倒虹）和HZ139+930（香泉河渠倒虹）附近场地总湿陷量△s分别为42.09 cm和31.89cm，场地湿陷等级为中等。4、渠段内局部黄土状具有新近堆积黄土的特征，试验在50~100Kpa压力作用是变形却相对较小。

五、渠段内黄土状土渠坡、渠基稳定性分析

根据黄土状土湿陷性特征和本渠段渠坡、渠基德地层结构、挖填类型，可将黄土状土渠坡分为稳定、非稳定两种类型：稳定渠坡、渠基：有非湿陷性黄土状土组成，或由非自重湿陷性黄土组成且上部无附加荷载作用的渠坡，该类渠坡和渠基稳定，本渠段累计分布长度64.17Km。非稳定渠坡、渠基：自由重湿陷性黄土组成，或由非自重湿陷性黄土组成但上部有附加荷载作用的渠坡和渠基，该类渠坡、渠基稳定性差，产生易湿陷破坏，本渠段累计分布长度70.17Km。黄土状土对渠道边坡和渠基稳定影响较大是其湿陷特征。非自重湿陷性黄土状土浸水后在自重压力下并不会产生湿陷变形，只有当土层自重压力与附加压力之和大于土的湿陷起始压力时才发生湿陷。故非自重湿陷性黄土状的湿陷性对挖方渠段坡影响不大，不必考虑渠坡的湿陷变形问题，对于渠基，由于上部荷载的影响，可能会引起湿陷变形，需要对其进行必要的处理。对半挖半填及全填方渠段的非自重湿陷性黄土状土渠道边坡和渠基，由于在原地层上增加了荷载，需要考虑黄土状土的湿陷变形对渠坡稳定的影响。自重湿陷性黄土状土渠或渠基，无论渠道是何种挖填类型，均应考虑对渠坡和渠基稳定性的影响。

六、结论与建议

黄土状土对渠道边坡和渠基稳定影响较大是其湿陷特征。对非自重湿陷性黄土状土渠坡和渠基，若在原地层上增加了荷载，需要考虑其湿陷变形对渠坡和渠基稳定性的影响。对于自重湿陷性黄土状渠坡和渠基，无论渠道是何种挖填类型，均应考虑湿陷变形对渠坡和渠基稳定性的影响。对于本渠段内的黄土状非稳定渠坡和由湿陷性黄土状土构成的渠基，建议处理措施如下：（一）设计施工时应依据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25-90GB50025-2004）等有关规范、规程的要求，应采取相应的处理措施，如换填土垫层法、强夯法等；（二）黄土状土抗冲刷能力较差，应做好湿陷性黄土渠坡衬砌，减少渠水冲蚀。