松嫩平原分散性土壤對工程的危害與治理措施研究

摘 要：研究區位于黑龍江省松嫩平原嫩江干流左側蘇打鹽堿化土壤集中分布的低平原，是國家石油石化工業和農牧業生產的基地。分散性土壤對工程破壞——沖蝕、崩塌、管涌的危害。通過大壩包裹，改造庫水、改造壩體土質、壩后堵截等治理措施，分散性黏土在研究區內得到了很好地利用。

關鍵詞：松嫩低平原；分散性粘土；利用與治理

1 研究區地理位置

研究區位于黑龍江省松嫩平原嫩江干流左側蘇打鹽堿化土壤集中分布的低平原。包括大慶市全境、訥河、富裕、依安、明水、青岡、肇東、安達的部分地區，總面積約4.5余萬平方千米，是國家石油石化工業和農牧業生產的基地。區內北部、中部、南部即3個引水工程及配套的蓄水水庫與安肇、肇蘭、東吐莫即3個排水工程與配套的滯洪區已形成完整的工程體系，為發展灌溉，改善水的生態環境，促進區內工農業生產持續發展創造了好的條件。

2 分散性粘土（土壤）對工程的破壞

黑龍江省南部引嫩工程1978年開始施工，1979年17號壩出現雨水淋蝕的洞穴10多處，到1980年淋蝕洞穴已發展300多處。為此黑龍江省水利水電勘測設計研究院組織專人收集了美國材料試驗學會、美國土木工程學會等學會出版刊物有關的論文、資料，認定是分散性粘土造成。進一步調查發現18號19號圍堤及輸水總干渠部分堤段也是分散性粘土，以后陸續發現北部引嫩干渠堤壩、紅旗泡水庫、黑魚泡圍堤、齊齊哈爾市江東灌區渠堤，三肇松嫩大堤等處，亦有類似情況。2013年6月下旬北部引嫩總干烏北段51km、南引21號壩、安肇新河中游右堤以及庫里泡滯洪區泄水閘下右堤壩多處，發現分散性粘土破壞的裂縫從堤頂到壩腳，其中：洞寬達50-60cm左右，深60cm左右，如不及時采取措施，后果日趨嚴重。

3 分散性粘土治理措施與利用

分散性粘土，是研究區蘇打鹽土、蘇打堿土與鹽化、堿化草甸土、草甸黑鈣土的總稱，均呈復區分布，除部分種植農作物外，大面積仍為牧業用地的草原或濕地沼澤。區內已有引水、排水、水庫、滯洪區等水利工程。據黑龍江省水利勘測設計院1978年5月資料，復區面積約1.2萬余平方千米，占總面積的21.3%，可見分散性粘土不僅是工程建筑的土料，也是農林牧等業生產重要的土壤資源。為此，黑龍江省農、林、水、科研、院校和水利、農業、林業等部門利用改良這部分資源作了多年研究，并取得大量的研究成果，下面盡就分散性粘土在工程方面采取的措施分述如下。

3.1 分散相粘土治理措施

3.1.1 大壩包裹

把大壩包起來，也就是把低溶鹽水和分散性土隔離開來，可用塑料、橡皮制品等隔水材料，也可用非分散性粘土。包的辦法，最好是全包。當然這要耗費較多的投資，如限于經濟條件，也可只在迎水面設置可靠的防水護坡，壩頂和背水坡再作其他處理。

3.1.2 改造庫水

也就是將低溶鹽庫水改造成為高溶鹽庫水，并以此來獲得大壩的安全保證。定時向水庫中投入鈉鹽和鈣鹽的混合物，并在水庫進口處投放生石膏。

3.1.3 改造壩體土質

也就是把分散性粘土改造成為非分散性粘土。這樣大壩就能獲得安全保證。改造土質的辦法，有的在土中摻加石灰[消石灰Ca（OH）2或生石灰CaO]；有的在土中摻加硫酸鋁[Al2（SO4）3]等化學藥品。

3.1.4 壩后堵截

也就是壩后設置適當級配的砂反濾，以截住壩體細顆粒，使其不流出壩體。

3.2 分散性黏土的利用

3.2.1 中部引嫩擴建引水工程

中部引嫩擴建工程，是向大慶油田供水的引水工程，北起原中引總干渠，南至龍虎泡水庫，全長97.1km，從1994年開始施工，1995年10月向大慶油田開始供水，至1996年末基本建成，歷時二年零五個月，累計完成工程量1899.34萬立方米，于1996年9月13-14日進行預驗收，9月24日至26日進行了竣工驗收。

為中部引嫩擴建工程設計與施工的需要，于1993年11月4日至12月31日，黑龍江省水利水電勘測設計研究院組織了地質、規劃、土壤、化驗、測量等專業對中引擴建工程渠道工程分散性粘土進行綜合調查，查明分散性粘土分布達45.2km。主要分布在蘇打草甸鹽土（6.9km2）、蘇打草甸堿土（2.8km2）蘇打鹽化草甸土（13.4km2）、蘇打堿化草甸土（6.7km2）、鹽化草甸土型風砂土（4.8km2）、與鹽化草甸沼澤土（17.3km2）呈復區分布的區域。

對分散土性粘土治理，經方案比較，采取土工膜方案。在堤頂和迎水坡用不透水薄膜（防滲膜）包起來，在迎水坡土工膜上面覆蓋80cm當地土層、碾壓密實、再在這個基礎上，加20cm非分散土，種植草皮，堤頂在土工膜上面加50cm當地土層，碾壓密實，在坡水坡換土20cm，種植草皮（為當地地面草皮長得好，可將清基的草皮覆上），經過通水運行18年來未發現工程破壞問題。

3.2.2 安肇新河中游河道右堤

安肇新河中游河道在堤段有11173m是分散粘土土堤。1990年工程建成，運行一年后，堤面就出現需填土0.5-1.5m3的溶洞，完好的堤肩沖沒，內外邊坡沖刷嚴重，每年需維修，投入費用大，效果也不好。

1995年汛前，選擇兩處典型段，并進行了消石灰處理，包括三個步驟。第一步，馬堤壩坡表土削掉38cm，盡量清除溶洞的部分，一般垂直于堤坡1.3m深需要全部清除溶洞和軟弱地方，并用石灰（3%）土回填修補，充分壓實溶洞和軟弱地方。第二步，把從壩上削下來的土或事先取自土料場的土和3%的硝石灰拌合，在最優含水率下養護3天，然后把處理好的材料平鋪在壩的外殼上，用覆帶拖拉機輾壓兩遍。第二步，整平所有攏動的地方，敷設表土3-5cm并施以堿蓬、鐵帚籽處理。

石灰處理試驗觀測成果是：經過500mm降雨的考驗后，用石灰處理的裸面的沖蝕是輕微的，并且草皮覆蓋較好，而未經石灰處理的溶洞和沖溝更加嚴重。

4 結束語

4.1 分散性粘土（分散性土壤），是研究區內蘇打鹽土、蘇打堿土、鹽化、堿化草甸土、草甸黑鈣土的總稱，且呈復區分布。區分分散性土與非分散性土以及分散程度與土壤物理、化學性密切相關。

4.2 確保大壩安全的四類措施：把大壩包起來、改造庫水、改造壩土質與壩后堵截等措施，對研究區分散性土區工程建設具有現實的指導意義。

4.3 分散性粘土具有膨脹性，但膨脹土不一定是分散土，主要區別在于粘土礦物的成分，如為鈉蒙脫石或伊利石為主則是分散性土。

4.4 摻3%的石灰，可將分散性粘土改造成為非分散性土。碾壓（每層厚度為20cm）最佳含水量為15-20%，干容重不低于1.6t/m3。南引與中引工程區分布的細砂可作為第一層反濾之用。

參考文獻

[1]分散性粘土譯文集.黑龍江省水利勘測設計院（分散性粘土譯文集）編輯小組，1981.

[2]王觀平，柯榮.黑龍江省南部引嫩工程分散性粘土試驗研究[Z].黑龍江省水利勘測設計院，1987.

[3]劉文良，于井泓，劉學奎.淺析中引擴建工程分散土治理措施[J].黑龍江省水利科技，2000.