水利論文發表期刊推薦北大核心級期刊《水文地質工程地質》，《水文地質工程地質》1957年創刊，是國土資源部主管，中國地質環境監測院主辦的。國際刊號ISSN：1000-3665 ；國內刊號CN：11-2202/P。郵發代號 2-335。我國水文地質、工程地質和環境地質專業領域創刊較早、發行較廣，并具有權威性、綜合性的學術理論與實踐刊物之一。

　　摘要：南水北調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、抗剪強度高、較好地壓實性及低壓縮變形性等特點，本渠段開挖的泥礫土數量較大，如果不能加以利用，將導致取土場和棄土場占地的增加，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，不僅具有巨大的經濟價值，而且具有顯著的社會效益。

　　關鍵詞：南水北調,渠道,泥礫土,工程特性及其應用

　　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、礫石和砂呈無層狀分選的混合體。隨著冰川冰底部拖動的巖塊和細巖粉末，冰融化以后，將它們堆積下來。泥礫通常是一種不成層次夾有礫石和砂的堅硬粘土。泥礫中的含泥量，主要決定于基巖地層受冰川剝蝕時產生粘土的多少，發育在堅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篩后的數量較多又可進行可塑性試驗，按其塑性指數又可視為粉土或粘性土。這類土在分類中找不到相應的位置。我國的分類方法迄今尚未統一，不同部門根據各自的行業特點建立了各自的分類標準，一般對粗粒土主要按顆粒組成進行分類，粘性土則按塑性圖分類，水利行業對土的分類標準有三個，《土的分類標準》（GBJ145-90）、《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001），《土工試驗規程》（SL237-1999），根據以上規范，為了正確評價泥礫土的工程性質，將顆粒級配呈不連續狀，細粒（＜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20年代至今也沒有統一的認識。但大多數學者和地質工作者認為泥礫是冰水磧的產物，屬冰磧層。在南水北調中線工程河北省段渠線勘察中，依據大量的勘察資料分析傾向于冰磧泥礫的成因學說。

　　本渠段的紅色泥礫是第四紀時期第二次冰期的產物。太行山不斷抬升，東部平原持續下降，漳河、滏陽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，多個出山口的壟崗組成了崗群臺地。

　　3.主要工程特性

　　泥礫土是一種非常特殊的土，它會由于卵石、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，地域不同而導致巖土材料物理力學性質千變萬化，泥礫土不盡具有無粘性土和粗粒土的特點，也具有部分粉土、粘性土等細粒土的特點。

　　泥礫土的工程特性主要表現在不均勻性、滲透性、抗剪強度、密實度、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，主要變現在以下幾個方面：

　　（1）塊體大小不一。由于母巖巖性的差異，沖積搬運的距離及在搬運過程中碰撞破裂程度不同，加上物理化學風化環境、程度等的不同，形成的泥礫土的粒徑也在大范圍內變動，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，在一個幾平方米的小范圍內，土層可能就會形成很大的傾斜度，甚至局部嚴重缺失、以透鏡體在土層中出現的情況也屢見不鮮，這種不均勻性很容易導致整個地層的不均勻。在某些低山丘陵區或山前傾斜平原，尤其是上部覆蓋有第四系馬蘭黃土的地區，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，有時一邊是黃土，一邊是卵石，巖性在垂直面上差異可達數米。在詳勘中就遇到過同一個孔位前后移動不到1m，結果地層層位最大相差近2m。

　　3.2滲水性

　　由于填充物的性質、顆粒級配、密度的不同，對泥礫土層的滲透性影響很大，當為砂質充填時，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，當為泥質（粘性土）充填時，且卵礫石含量在一定范圍內時，透水性就不太好，可能形成符合達西定律的層流，充填密實（或半膠結狀態）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%以內時，卵礫石在土體中被細粒土包裹，加上卵礫石本身不透水，從而減少了滲透面積，并延長了部分滲徑，所以滲透系數不但不增大，反而有所減小。但當卵礫石含量超過40%以后，由于粗顆粒開始有局部接觸，滲透系數開始增大，粗料已完全形成了骨架，細粒填不滿孔隙。

　　3.3抗剪強度

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

　　3.4滲透穩定性

　　泥礫土的滲透穩定性與粗粒含量有著密切關系，從一般的工程實踐可以看出：當粗粒含量大于70%時，泥礫土的水力破壞坡降顯著減小，滲透破壞變為管涌型，其原因是：當粗粒含量大于70%以后，粗粒單獨組成骨架，細粒因含量少填不滿骨架孔隙，粗、細料之間不能緊密接觸，在滲透水流作用下相互約束力減小，細顆粒容易在孔隙內移動，細粒含量愈少，約束力愈小，抗滲透破壞的能力愈小，細粒就容易被滲透水流帶出。當粗粒含量小于70%時，粗粒孔隙全部被細粒充填，甚至粗料顆粒被細粒撐開，這時細粒也起骨架作用，大小顆粒相互緊密接觸，所以細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為流土。因此，對泥礫土判斷其滲透穩定性的允許水力坡降與粗粒含量大于70%有密切關系。

　　3.5壓縮變形及密實性

　　（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，在漫長的地質年代中受到上部覆蓋層的壓力或構造地應力等因素的作用，可以達到很高的密實度。一般地質年代愈久形成的泥礫土層，密實度及承載力也越大；是對變形沉降有特殊要求的建筑物的優良地基。

　　（2）當泥礫土中粗顆粒含量在30%以內時，隨粗顆粒的增多，干密度增加，主要是粗顆粒大，代替同重量的細顆粒個數多，因細顆粒的比表面積大且顆粒之間有孔隙，勢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。當粗粒含量超過30%以后，粗料開始起骨架作用，在細料、粗料彼此充填的聯合作用下，干密度值增加較快，當粗粒含量為70%左右時，粗粒形成完整骨架，細粒又能填滿孔隙，干密度值最大，當粗粒含量大于70%以后，由于細粒含量減少，填不滿粗粒孔隙，故粗粒起主要作用，細粒只起影響作用，出現干密度隨粗粒含量增加而減小的現象。

　　4.磁縣段泥礫土的應用

　　由于泥礫土的特殊的工程特性，針對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，根據其不同的工程特性，因地、因時制宜，使得泥礫土得到了最大限度地利用，節省了工程建設投資。

　　(1)夯擴樁填料

　　對于顆粒大的，作為夯擴樁填料，磁縣段渠道樁號0+000-1+851、4+451-4+951渠段為砂土液化渠段，處理方案采用夯擴樁，原采用碎石作為夯擴樁填料，經過現場試驗，顆粒在150mm左右的泥礫土可以滿足處理要求，現場采用泥礫土代替碎石，總泥礫土用量約20萬m3，節省了工程投資。

　　(2)渠堤填筑

　　由于泥礫土區域分布不均勻，中線建管局河北直管建管部委托中水北方勘測設計研究有限公司，對磁縣一標樁號10+850處泥礫開挖料進行現場試驗，試驗包括室內試驗和現場試驗兩部分，主要完成了顆粒篩分試驗、擊實試驗、d≤60mm直剪試驗、現場碾壓試驗以及原位滲透試驗等。通過該試驗研究成果，為利用泥礫開挖料進行渠堤填筑提供了依據。通過現場大剪試驗取得的泥礫料c、φ抗剪強度參數，對填筑斷面的抗滑穩定性進行了復核。設計采用了現場碾壓試驗、原位滲透試驗的成果。

　　由于泥礫開挖料級配不連續，樁號7+000～12+000渠段泥礫土壓實后滲透系數不能滿足要求，因此，該渠段的泥礫土主要用作高填方渠段的基礎填筑，利用泥礫開挖料填筑樁號0+580～1+180的采砂坑，并對部分渠堤利用開挖泥礫料進行分區填筑，即泥礫土作為壩殼料填筑在渠堤的外側，內側填筑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17+000～29+056渠段，泥礫粒徑基本小于150mm，粘粒含量較高，通過現場碾壓和滲透試驗，滲透系數滿足均質壩的填筑要求。因此，對該樁號之間的泥礫土，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地基要求，采用泥礫土進行基坑回填。部分建筑物建基面承載力不能滿足設計要求，也采用泥礫土進行地基處理。按照復核結果，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)現場深加工碎石

　　對于卵礫石含量較高的部分泥礫土，可直接在現場加工成碎石，按設計要求摻加一定比例的粘性土組成碎石土，碎石含量在40%以內的碎石土具有較好地低壓縮性和弱滲透性。用于橋梁承臺以及跨總干渠橋梁連接坡道的填筑。

　　(5)市政建設

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

　　5.結語

　　泥礫土作為一類特殊土，具有不均勻性、抗剪強度高、較好地壓實性及低壓縮變形性等工程特性，本渠段開挖的泥礫土數量較大，如果不能加以利用，將導致取土場和棄土場占地的增加，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，不僅具有巨大的經濟價值，而且具有顯著的社會效益。

　　參考文獻

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