渭北底张洼地饱和软黄土的工程地质特性

李 文 赵金刚 罗伟强

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

1 概述

饱和软黄土是西安城区及周边地区分布较为广泛的一种特殊性岩土，其分布主要与沟谷地形有着密切的关系[1]。底张洼地位于咸阳市底张镇，渭河北部黄土塬之上，该处分布农田、水渠。由于所处地段地势低洼，地下水位埋深浅，加之长期农田灌溉积水，故该区域地下分布着一层饱和软黄土，地下水位埋藏其中。勘察表明，该层土由于长期处于饱和状态，多呈软塑和流塑状态，其承载力低，压缩性较高，为软弱地基，工程建设过程中易出现地基不均匀沉降和建筑物破坏等问题。

2 饱和软黄土的定义及成因

饱和黄土是指饱和度大于80%，湿陷性已退化了的黄土。与饱和黄土不同，饱和软黄土是指湿陷性黄土受水浸湿后，未经过较长时间及大的上覆压力的压密作用，其湿陷性虽已退化，但大孔隙仍基本保存完整，结构也未彻底破坏，在新增荷载作用下，会出现较大的压缩变形[2]。底张洼地与黄土塬相接处，分布着一条地表灌溉渠——陶家沟水站输水渠，由于地表灌溉渠较长期渗漏淤积，导致在地表下几米至十几米内黄土层出现上层滞水，受上层滞水长期浸泡而饱和变软的黄土层。

3 分布

经地质勘察及施工验证，西安北至机场城际轨道项目饱和软黄土主要分布于底张洼地，于线路DK20+618～DK22+397.50段及车辆段大部，影响面积约8.93 km2。该区域地下水位埋深浅，一般为9.00 m～11.00 m，饱和软黄土埋深7 m～20 m,均为地下水毛细上升高度以下，分布厚度与地下水位线深度有关[3]，一般为1.20 m～9.80 m。

4 饱和软黄土工程地质特性

4.1 基本物理力学性质

以西安北至机场城际轨道交通项目为依托，对底张洼地地貌单元内饱和软黄土进行了详细勘察和试验，其中饱和软黄土的物理力学参数见表1。

表1 饱和软黄土物理力学特征参数表

由表1中可以看出，其孔隙比介于0.780～0.984，平均0.845，饱和软黄土近期水位变化后，在自重作用下只是发生了部分湿陷，因此，其孔隙比仍然较大。含水率相对较大，介于27.4%～34.6%，平均30.50%；饱和度高，介于84%～100%，平均97.4%。一般情况下饱和软黄土多处于软塑和流塑状态。液限约在27.4%～34.6%之间，其液性指数平均值接近于1。压缩系数平均值大于0.4 MPa-1,为中偏高压缩和高压缩。

对钻孔揭露地层50 m范围内各地层土的物理力学性质进行了对比分析(见图1)[6]。从图中可以看出，饱和软黄土的天然含水率、液性指数和压缩系数明显高于其他土层。

4.2 强度参数

勘察过程中对饱和软黄土进行了快剪试验、固结快剪及三轴压缩(UU)剪切试验,对试验数据进行分析(见表2)，饱和软黄土的粘聚力及内摩擦角均低于其相同层位的非饱和黄土，抗剪强度明显降低[6]。

表2 饱和软黄土抗剪强度参数表

4.3 无侧限抗压强度、灵敏度

勘察过程中，对场地内3组饱和软黄土试样进行了无侧限抗压强度及灵敏度测试，结果见表3。结果表明，底张洼地饱和软黄土灵敏度St介于2.04～3.43之间，平均值2.79，属中灵敏度土层。

表3 饱和软黄土无侧限抗压强度、灵敏度分层统计表

4.4地基承载力基本值

对饱和软黄土进行双桥静力触探结果显示，其锥尖阻力qc为0.519 MPa～0.961 MPa，均值为0.634 MPa。按黄土地基考虑，根据《工程地质手册》(第五版)中机械工业勘察设计研究院在黄土地基中总结的经验公式：f0=98qc+19.24计算可得，饱和软黄土的地基承载力为81 kPa。按湿陷性黄土考虑，根据TB 10018—2003铁路工程地质原位测试规程10.5.4-1公式可知，该土层的单桥贯入阻力ps=1.1qc及《工程地质手册》(第五版)陕西省综合勘察院在黄土地基中总结的经验公式：f0=87.8ps+24.36计算可得，饱和软黄土的地基承载力为86 kPa。由此可知，饱和软黄土的承载力约为80 kPa,承载力偏低。

5 结语

饱和软黄土多分布于地势低洼的黄土阶地及台塬上，是由上层滞水长期浸泡而饱和变软的黄土层，其孔隙比大、含水率高、压缩性高、强度低，呈软塑或流塑状态，且承载力差，在工程中极为不利。该现象多见于长期蓄水的黄土地区，勘察过程中要综合运用钻探及静力触探，再结合室内试验及原位测试确定其物理力学性质，同时布设相应水位观测确定其影响区域半径，设计和施工过程中也要引起足够的重视，采取有效的工程措施，消除其不利影响。