水利論文發(fā)表期刊推薦北大核心級(jí)期刊《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》，《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》1957年創(chuàng)刊，是國(guó)土資源部主管，中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院主辦的。國(guó)際刊號(hào)ISSN：1000-3665 ；國(guó)內(nèi)刊號(hào)CN：11-2202/P。郵發(fā)代號(hào) 2-335。我國(guó)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)專業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)刊較早、發(fā)行較廣，并具有權(quán)威性、綜合性的學(xué)術(shù)理論與實(shí)踐刊物之一。

　　摘要：南水北調(diào)中線工程河北省磁縣段渠道開挖賦存大量的高含卵礫石粒徑的泥礫土，具有不均勻性、抗剪強(qiáng)度高、較好地壓實(shí)性及低壓縮變形性等特點(diǎn)，本渠段開挖的泥礫土數(shù)量較大，如果不能加以利用，將導(dǎo)致取土場(chǎng)和棄土場(chǎng)占地的增加，增加工程投資。正確地掌握和理解泥礫土的工程特性，克服泥礫土對(duì)工程的不利影響，最大限度地利用渠道開挖的泥礫土料，不僅具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且具有顯著的社會(huì)效益。

　　關(guān)鍵詞：南水北調(diào),渠道,泥礫土,工程特性及其應(yīng)用

　　1．泥礫土的定名

　　泥礫，又稱冰礫土或冰川泥礫。由冰川直接堆積的粘土、礫石和砂呈無(wú)層狀分選的混合體。隨著冰川冰底部拖動(dòng)的巖塊和細(xì)巖粉末，冰融化以后，將它們堆積下來(lái)。泥礫通常是一種不成層次夾有礫石和砂的堅(jiān)硬粘土。泥礫中的含泥量，主要決定于基巖地層受冰川剝蝕時(shí)產(chǎn)生粘土的多少，發(fā)育在堅(jiān)硬的粗粒巖層的冰川堆積物，粘土含量很少，常成砂礫冰磧。

　　泥礫是粘土、卵礫石和砂的混合體，這種粗細(xì)粒混雜的土如果按顆粒組成成分常可視為碎石類土，而其可通過0.5mm篩后的數(shù)量較多又可進(jìn)行可塑性試驗(yàn)，按其塑性指數(shù)又可視為粉土或粘性土。這類土在分類中找不到相應(yīng)的位置。我國(guó)的分類方法迄今尚未統(tǒng)一，不同部門根據(jù)各自的行業(yè)特點(diǎn)建立了各自的分類標(biāo)準(zhǔn)，一般對(duì)粗粒土主要按顆粒組成進(jìn)行分類，粘性土則按塑性圖分類，水利行業(yè)對(duì)土的分類標(biāo)準(zhǔn)有三個(gè)，《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ145-90）、《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001），《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999），根據(jù)以上規(guī)范，為了正確評(píng)價(jià)泥礫土的工程性質(zhì)，將顆粒級(jí)配呈不連續(xù)狀，細(xì)粒（＜0.075mm》、粗粒（0.075～60mm）和巨粒（＞60mm）混雜的泥礫稱為混合土。

　　2．泥礫土的成因

　　太行山東麓泥礫的成因類型從上世紀(jì)20年代至今也沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。但大多數(shù)學(xué)者和地質(zhì)工作者認(rèn)為泥礫是冰水磧的產(chǎn)物，屬冰磧層。在南水北調(diào)中線工程河北省段渠線勘察中，依據(jù)大量的勘察資料分析傾向于冰磧泥礫的成因?qū)W說。

　　本渠段的紅色泥礫是第四紀(jì)時(shí)期第二次冰期的產(chǎn)物。太行山不斷抬升，東部平原持續(xù)下降，漳河、滏陽(yáng)河上游冰川攜帶冰磧物堆積于河谷盆地和太行山前河流出山口附近，組成與河流方向相近的垅崗，多個(gè)出山口的壟崗組成了崗群臺(tái)地。

　　3.主要工程特性

　　泥礫土是一種非常特殊的土，它會(huì)由于卵石、漂石、礫石、塊石、粉粒及粘粒的含量，母巖成分，土的含水量，飽和度等的變化，地域不同而導(dǎo)致巖土材料物理力學(xué)性質(zhì)千變?nèi)f化，泥礫土不盡具有無(wú)粘性土和粗粒土的特點(diǎn)，也具有部分粉土、粘性土等細(xì)粒土的特點(diǎn)。

　　泥礫土的工程特性主要表現(xiàn)在不均勻性、滲透性、抗剪強(qiáng)度、密實(shí)度、沉降變形及承載力等方面：

　　3.1不均勻性

　　由于泥礫土的粒徑范圍廣，使得泥礫土的塊體及層厚的不均勻性極強(qiáng)，主要變現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　（1）塊體大小不一。由于母巖巖性的差異，沖積搬運(yùn)的距離及在搬運(yùn)過程中碰撞破裂程度不同，加上物理化學(xué)風(fēng)化環(huán)境、程度等的不同，形成的泥礫土的粒徑也在大范圍內(nèi)變動(dòng)，其中不乏粒徑較大的漂（塊）石(d＞200mm)，由于沖洪積作用，某些以粘性土為主的土層中含有粒徑不一的泥礫土也較為常見。

　　（2）土層厚度不均勻。與其它土層一樣，由于形成歷史、過程的差異，造成了大多卵石層厚度的不均，在一個(gè)幾平方米的小范圍內(nèi)，土層可能就會(huì)形成很大的傾斜度，甚至局部嚴(yán)重缺失、以透鏡體在土層中出現(xiàn)的情況也屢見不鮮，這種不均勻性很容易導(dǎo)致整個(gè)地層的不均勻。在某些低山丘陵區(qū)或山前傾斜平原，尤其是上部覆蓋有第四系馬蘭黃土的地區(qū)，在（古）河流階地的陡坡壁上，呈雞窩狀分布的卵石層透鏡體很常見，有時(shí)一邊是黃土，一邊是卵石，巖性在垂直面上差異可達(dá)數(shù)米。在詳勘中就遇到過同一個(gè)孔位前后移動(dòng)不到1m，結(jié)果地層層位最大相差近2m。

　　3.2滲水性

　　由于填充物的性質(zhì)、顆粒級(jí)配、密度的不同，對(duì)泥礫土層的滲透性影響很大，當(dāng)為砂質(zhì)充填時(shí)，形成砂卵石，一般可形成紊流，甚至可以形成地下徑流，可作為良好的排水通道，當(dāng)為泥質(zhì)（粘性土）充填時(shí)，且卵礫石含量在一定范圍內(nèi)時(shí)，透水性就不太好，可能形成符合達(dá)西定律的層流，充填密實(shí)（或半膠結(jié)狀態(tài)）的土層甚至可以成為弱隔水層。

　　一般泥礫土的卵礫石含量在40%以內(nèi)時(shí)，卵礫石在土體中被細(xì)粒土包裹，加上卵礫石本身不透水，從而減少了滲透面積，并延長(zhǎng)了部分滲徑，所以滲透系數(shù)不但不增大，反而有所減小。但當(dāng)卵礫石含量超過40%以后，由于粗顆粒開始有局部接觸，滲透系數(shù)開始增大，粗料已完全形成了骨架，細(xì)粒填不滿孔隙。

　　3.3抗剪強(qiáng)度

　　決定泥礫土抗剪強(qiáng)度的因素很多，其中最主要的因素是粗粒含量和細(xì)料性質(zhì)，泥礫土的抗剪強(qiáng)度由三部分組成，即細(xì)料本身的強(qiáng)度、粗料間的強(qiáng)度和粗細(xì)料間的強(qiáng)度，當(dāng)粗料含量小于30%時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨粗料含量的增加稍有增大，但基本上仍決定于細(xì)料的強(qiáng)度，當(dāng)粗料含量在30%～70%范圍內(nèi)時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨粗料含量的增加顯著增大，當(dāng)粗料含量大于70%時(shí)，抗剪強(qiáng)度主要取決于粗料之間的摩擦力和咬合力，因細(xì)料不能填充滿粗料孔隙，一方面，泥礫土的密實(shí)度減小，另一方面，在同樣的壓實(shí)功能下，作用力由粗料骨架所承擔(dān)，處于孔隙中的細(xì)粒得不到壓實(shí)，這些都影響抗剪強(qiáng)度不但不能增加，反而有所減小。

　　3.4滲透穩(wěn)定性

　　泥礫土的滲透穩(wěn)定性與粗粒含量有著密切關(guān)系，從一般的工程實(shí)踐可以看出：當(dāng)粗粒含量大于70%時(shí)，泥礫土的水力破壞坡降顯著減小，滲透破壞變?yōu)楣苡啃停�其原因是：�?dāng)粗粒含量大于70%以后，粗粒單獨(dú)組成骨架，細(xì)粒因含量少填不滿骨架孔隙，粗、細(xì)料之間不能緊密接觸，在滲透水流作用下相互約束力減小，細(xì)顆粒容易在孔隙內(nèi)移動(dòng)，細(xì)粒含量愈少，約束力愈小，抗?jié)B透破壞的能力愈小，細(xì)粒就容易被滲透水流帶出。當(dāng)粗粒含量小于70%時(shí)，粗粒孔隙全部被細(xì)粒充填，甚至粗料顆粒被細(xì)粒撐開，這時(shí)細(xì)粒也起骨架作用，大小顆粒相互緊密接觸，所以細(xì)粒不容易被滲透水流帶出，滲透破壞坡降增大，而且滲透破壞的形式轉(zhuǎn)為流土。因此，對(duì)泥礫土判斷其滲透穩(wěn)定性的允許水力坡降與粗粒含量大于70%有密切關(guān)系。

　　3.5壓縮變形及密實(shí)性

　　（1）天然形成的泥礫土由于不同粒徑的充填物充分沉積填充后，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中受到上部覆蓋層的壓力或構(gòu)造地應(yīng)力等因素的作用，可以達(dá)到很高的密實(shí)度。一般地質(zhì)年代愈久形成的泥礫土層，密實(shí)度及承載力也越大；是對(duì)變形沉降有特殊要求的建筑物的優(yōu)良地基。

　　（2）當(dāng)泥礫土中粗顆粒含量在30%以內(nèi)時(shí)，隨粗顆粒的增多，干密度增加，主要是粗顆粒大，代替同重量的細(xì)顆粒個(gè)數(shù)多，因細(xì)顆粒的比表面積大且顆粒之間有孔隙，勢(shì)必形成單位體積土重增加，這就是干密度隨粗料含量增加而增大的原因。當(dāng)粗粒含量超過30%以后，粗料開始起骨架作用，在細(xì)料、粗料彼此充填的聯(lián)合作用下，干密度值增加較快，當(dāng)粗粒含量為70%左右時(shí)，粗粒形成完整骨架，細(xì)粒又能填滿孔隙，干密度值最大，當(dāng)粗粒含量大于70%以后，由于細(xì)粒含量減少，填不滿粗粒孔隙，故粗粒起主要作用，細(xì)粒只起影響作用，出現(xiàn)干密度隨粗粒含量增加而減小的現(xiàn)象。

　　4.磁縣段泥礫土的應(yīng)用

　　由于泥礫土的特殊的工程特性，針對(duì)磁縣段渠道開挖的泥礫土，按照不同渠段以及不同卵礫石粒徑和含量的泥礫土，根據(jù)其不同的工程特性，因地、因時(shí)制宜，使得泥礫土得到了最大限度地利用，節(jié)省了工程建設(shè)投資。

　　(1)夯擴(kuò)樁填料

　　對(duì)于顆粒大的，作為夯擴(kuò)樁填料，磁縣段渠道樁號(hào)0+000-1+851、4+451-4+951渠段為砂土液化渠段，處理方案采用夯擴(kuò)樁，原采用碎石作為夯擴(kuò)樁填料，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，顆粒在150mm左右的泥礫土可以滿足處理要求，現(xiàn)場(chǎng)采用泥礫土代替碎石，總泥礫土用量約20萬(wàn)m3，節(jié)省了工程投資。

　　(2)渠堤填筑

　　由于泥礫土區(qū)域分布不均勻，中線建管局河北直管建管部委托中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，對(duì)磁縣一標(biāo)樁號(hào)10+850處泥礫開挖料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)包括室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)兩部分，主要完成了顆粒篩分試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)、d≤60mm直剪試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)以及原位滲透試驗(yàn)等。通過該試驗(yàn)研究成果，為利用泥礫開挖料進(jìn)行渠堤填筑提供了依據(jù)。通過現(xiàn)場(chǎng)大剪試驗(yàn)取得的泥礫料c、φ抗剪強(qiáng)度參數(shù)，對(duì)填筑斷面的抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行了復(fù)核。設(shè)計(jì)采用了現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)、原位滲透試驗(yàn)的成果。

　　由于泥礫開挖料級(jí)配不連續(xù)，樁號(hào)7+000～12+000渠段泥礫土壓實(shí)后滲透系數(shù)不能滿足要求，因此，該渠段的泥礫土主要用作高填方渠段的基礎(chǔ)填筑，利用泥礫開挖料填筑樁號(hào)0+580～1+180的采砂坑，并對(duì)部分渠堤利用開挖泥礫料進(jìn)行分區(qū)填筑，即泥礫土作為壩殼料填筑在渠堤的外側(cè)，內(nèi)側(cè)填筑2.0m厚的粘性土防滲層。采用以上填筑方案，利用了渠道開挖的泥礫料。

　　樁號(hào)17+000～29+056渠段，泥礫粒徑基本小于150mm，粘粒含量較高，通過現(xiàn)場(chǎng)碾壓和滲透試驗(yàn)，滲透系數(shù)滿足均質(zhì)壩的填筑要求。因此，對(duì)該樁號(hào)之間的泥礫土，直接用于筑堤。

　　(3)建筑物基坑回填、地基處理墊層

　　由于泥礫土的低壓縮性，穿越總干渠左岸排水建筑物根據(jù)地基要求，采用泥礫土進(jìn)行基坑回填。部分建筑物建基面承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，也采用泥礫土進(jìn)行地基處理。按照復(fù)核結(jié)果，采用換填30～50cm的泥礫土墊層改善地基承載力，處理效果明顯。

　　(4)現(xiàn)場(chǎng)深加工碎石

　　對(duì)于卵礫石含量較高的部分泥礫土，可直接在現(xiàn)場(chǎng)加工成碎石，按設(shè)計(jì)要求摻加一定比例的粘性土組成碎石土，碎石含量在40%以內(nèi)的碎石土具有較好地低壓縮性和弱滲透性。用于橋梁承臺(tái)以及跨總干渠橋梁連接坡道的填筑。

　　(5)市政建設(shè)

　　顆粒均一、大小合適、磨圓度好的（鵝）卵石還用來(lái)在游園中鋪路，既美化，又有保健功能，市政建設(shè)中多有使用。

　　5.結(jié)語(yǔ)

　　泥礫土作為一類特殊土，具有不均勻性、抗剪強(qiáng)度高、較好地壓實(shí)性及低壓縮變形性等工程特性，本渠段開挖的泥礫土數(shù)量較大，如果不能加以利用，將導(dǎo)致取土場(chǎng)和棄土場(chǎng)占地的增加，增加工程投資。正確地掌握和理解泥礫土的工程特性，克服泥礫土對(duì)工程的不利影響，最大限度地利用渠道開挖的泥礫土料，不僅具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且具有顯著的社會(huì)效益。

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