菜巢、江淮分水嶺膨脹土大氣影響深度及其工程影響

卞世俊（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽 蚌埠 233000）

菜巢、江淮分水嶺膨脹土大氣影響深度及其工程影響

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膨脹土邊坡破壞深度與大氣影響深度密切相關(guān)，文章通過引江濟(jì)淮菜巢、江淮分水嶺現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及工程地質(zhì)勘察，對(duì)不同地形條件下膨脹土的大氣影響深度作了分析，并據(jù)此提出了膨脹土邊坡處理深度建議，希望對(duì)膨脹土邊坡處理提供幫助。

菜巢；江淮分水嶺；膨脹土；大氣影響深度；大氣影響帶；非影響帶

0 前 言

引江濟(jì)淮工程是一項(xiàng)具有保障供水、發(fā)展航運(yùn)、農(nóng)業(yè)灌溉補(bǔ)水和改善環(huán)境等綜合效益的大型跨流域調(diào)水工程，它溝通長(zhǎng)江、淮河二大水系，由引江濟(jì)巢、江淮溝通及江水北送三段組成。其膨脹土問題是該項(xiàng)工程主要工程地質(zhì)問題之一，膨脹土的3個(gè)固有特性（裂隙性、超固結(jié)性及脹縮性）使由膨脹土體組成邊坡的力學(xué)強(qiáng)度隨時(shí)間推移會(huì)有降低，并隨含水量增減而產(chǎn)生較大變化。大氣影響深度范圍內(nèi)土體含水率隨降雨及季節(jié)的影響變化顯著，極易發(fā)生淺層滑坡；因此研究不同地質(zhì)環(huán)境下的膨脹土體的大氣影響帶深度具有重要工程意義［1］。

1 膨脹土分布

工程區(qū)膨脹土主要分布在引江濟(jì)巢段菜巢分水嶺和江淮溝通段江淮分水嶺，總長(zhǎng)93.25km，約占所在線路總長(zhǎng)35.1%，其菜巢、江淮分水嶺各等級(jí)膨脹土分布見表1。

菜巢、江淮分水嶺各等級(jí)膨脹土分布一覽表 表1

2 氣候地質(zhì)特征

2.1 氣候特征

菜巢、江淮分水嶺主要位于巢湖、合肥地區(qū)，屬亞熱帶與溫帶過渡區(qū)，平均氣溫在14℃～17℃之間，年降水量在900～1200mm之間，其中夏季（6～8月）降水量平均為470mm，約占全年降水量的45%［2］。合肥、巢湖地區(qū)蒸發(fā)力和降水量見表2。

巢湖、合肥地區(qū)蒸發(fā)力和降水量表 表2

2.2 地質(zhì)特征

菜巢、江淮分水嶺膨脹土屬第四系上更新統(tǒng)（Q3）粘性土，棕黃、棕黃夾灰白色，土體裂隙發(fā)育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填灰白、灰綠色粘土，干時(shí)堅(jiān)硬，遇水軟化，自然條件下呈堅(jiān)硬、硬塑狀態(tài)，地貌主要為江淮丘陵、沿江沖積平原及淮北沖積平原，呈低山丘陵、崗地、圩畈平原等基本形態(tài)，地形坡度平緩，一般小于15°，無明顯自然陡坎，淺部膨脹土脹縮裂隙中含上層滯水，無統(tǒng)一地下水位，水量較貧且隨季節(jié)變化明顯，其地表土體含水量范圍值在18.3%～46.0%之間，變化幅度較大，為典型膨脹土分布區(qū)，其菜巢、江淮分水嶺膨脹土工程特性見表3。

菜巢、江淮分水嶺膨脹土工程特性一覽表 表3

大氣影響深度及急劇層深度計(jì)算成果表 表4

3 大氣影響深度確定

大氣影響深度（da）是指在自然氣候作用下由降水、蒸發(fā)、地溫等因素引起土的賬縮變形的有效深度，由土的濕度系數(shù)（ψw）來確定，而大氣影響急劇層深度為大氣影響深度的 0.45倍。根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》（GB50112-2013）中 5.2.11公式ψw=1.152-0.726α-0.00107c（α為當(dāng)?shù)?月至次年2月的月份蒸發(fā)力之和與全年蒸發(fā)力之比值；c為全年中干燥度大于1.0且月平均氣溫大于0℃月份的蒸發(fā)力與降水量差值之總和）［3］，計(jì)算成果詳見表4。

4 膨脹土深度分帶及其工程影響

根據(jù)菜巢、江淮分水嶺膨脹土的工程特性及大氣影響深度，筆者認(rèn)為該區(qū)域膨脹土邊坡在深度方向上可分為“大氣影響帶”和“非影響帶”。即大氣影響深度以上的土層為“大氣影響帶”，大氣影響深度以下的土層為“非影響帶”。

“大氣影響帶”內(nèi)土體經(jīng)受反復(fù)干濕循環(huán)，脹縮裂隙發(fā)育，土體的整體性遭到破壞，表層常被微裂隙分割成散體狀結(jié)構(gòu)。土體含水量隨季節(jié)變化極大，常含有上層滯水，易產(chǎn)生淺表型脹縮變形破壞。特別是在大氣影響急劇層深度范圍內(nèi)，更易出現(xiàn)脹縮破壞?！按髿庥绊憥А眱?nèi)的膨脹土，脹縮型微裂隙密集，土體被微裂隙切割成近散體狀，因而建議采用殘余強(qiáng)度值（Cr、Φr）。

“非影響帶”內(nèi)基本不受大氣環(huán)境影響，由于膨脹土的超固結(jié)性和微透水性，使其一般呈非飽和狀態(tài)，為典型的非飽和土。土體滲透性微弱，為不透水層，結(jié)構(gòu)緊密。河道開挖后，圍壓降低，膨脹土將出現(xiàn)一個(gè)卸荷松弛和含水量緩慢升高的變化過程，逐步實(shí)現(xiàn)水-土新的平衡。伴隨這一過程，將可能會(huì)出現(xiàn)土體內(nèi)裂隙張開、擴(kuò)展以及土體膨脹，可能對(duì)工程造成危害。該帶內(nèi)可能產(chǎn)生中、深層裂隙型滑坡。對(duì)“非影響帶”內(nèi)的膨脹土，采用折減法取值?？紤]到中～強(qiáng)膨脹土裂隙發(fā)育密度大于弱膨脹土，因而對(duì)中、強(qiáng)膨脹土加大了折減力度。建議在指標(biāo)建議值的基礎(chǔ)上，強(qiáng)、中、弱膨脹土力學(xué)指標(biāo)按下式進(jìn)行折減，C=C建議值×α，Φ=Φ建議值×β（弱膨脹土α取0.75，β取0.95；中膨脹土α取0.65，β取0.85；強(qiáng)膨脹土α取0.55，β取0.80）。

5 膨脹土邊坡處理建議

對(duì)于邊坡高度大于 10m的弱膨脹土河段，建議采用放坡處理，坡比不宜陡于1∶3.0，并應(yīng)根據(jù)坡高設(shè)置必要數(shù)量和寬度的平臺(tái)。

對(duì)于邊坡高度大于 15m的中、強(qiáng)膨脹土河段，易產(chǎn)生中、深層裂隙型滑坡，因而建議考慮采用錨固、抗滑樁等措施處理。

膨脹土邊坡坡面處理方面，應(yīng)以盡量減少邊坡內(nèi)土體的干濕交替作用為主要原則，如換填一定厚度的非膨脹土或邊坡表土改性等，并輔以必要的排水、導(dǎo)水工作。不僅要做好坡面換填防護(hù)，在坡頂和坡底一定寬度范圍內(nèi)進(jìn)行換填也很重要。

對(duì)于換填厚度，參照南水北調(diào)中線工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本區(qū)“大氣影響急劇層深度”，以及本區(qū)各等級(jí)膨脹土膨脹力大小規(guī)律，弱膨脹土垂直換填厚度可為1.0m，中膨脹土垂直換填厚度可為1.0～1.5m，強(qiáng)膨脹土垂直換填厚度可為2.0m。

6 結(jié) 語

菜巢、江淮分水嶺膨脹土大氣影響深度為3.16～3.42m，大氣影響急劇層深度為1.42～1.54m，膨脹土邊坡破壞主要集中在大氣影響帶深度范圍內(nèi)，不同的地形巖性條件及地下水位埋深其大氣影響深度也不一樣。因此根據(jù)大氣影響急劇層深度確定工程區(qū)的處理深度，并選擇合理的處理措施是膨脹土邊坡的關(guān)鍵。另根據(jù)大氣影響帶的劃分，分帶提出物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析是可行的。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，大氣影響急劇層應(yīng)充分考慮膨脹土的向臨空方向上的側(cè)向壓力［1］。

［1］陽云華，等.南陽盆地膨脹土大氣影響深度及其工程意義［J］.人民長(zhǎng)江，2007（9）：11-13.

［2］王效瑞，等.安徽省夏季降水量的若干統(tǒng)計(jì)特征［J］.安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002（3）：281-283.

［3］GB50112-2013，膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范［S］：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［4］劉龍武，等.膨脹土大氣影響深度確定方法研究［J］.工程勘察，2007（10）：1-3.

TU443

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1007-7359（2016）02-0157-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.055

卞世?。?980-），男，安徽霍邱人，畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），學(xué)士；工程師，主要從事水利水電工程地質(zhì)勘察工作。