濕陷性黃土特性的水利工程措施研究

田娟娟

（山西省水利水電工程建設監理有限公司 山西 太原 030002）

1 禹門口提水東擴工程項目研究概況

1.1 工程情況概述

禹門口作為黃河晉陜峽谷的南端出口，對其提水工程的建設和東擴，對于周邊城市工農業用水有著極其深遠的意義。禹門口東擴工程通過對輸水渠道、輸水干線的改造和拓展，解決著山西省中南部部分區縣的保障性用水問題，從西梁水庫到三泉水庫的改建，使得運城、臨汾可以得到的供水量大幅度增加，保證了基本的生活需求。禹門口提水東擴工程從一期項目到二期項目的實施過程中，已共向周邊縣市供水16000萬m3左右。

1.2 工程地質條件

禹門口位于濕陷性黃土存在的重要區域，其東擴的線路主要經過汾河河谷以及洪積傾斜平原區等地區，全新統洪積和更新統洪積占據著沿線地質結構的絕大部分，這些低液限粉土、粘土的巖性較差，為施工增加了難度，這樣的地質狀況也就對工程建設的質量要求越來越高。從下面表1中我們可以看到，山西禹門口提水東擴工程項目是典型的濕陷性黃土地的施工項目，一旦遭遇濕熱或雨水等天氣，土體結構的強度就會大大降低，容易產生下榻和變形的現象。正是基于此種狀況，在工程的設計之初，施工方和設計方都更加注重了建筑物的施工方式和材料選擇，增加了灰土擠密樁的處理等，有效地預防了相關易發事件的出現。

2 山西禹門口提水東擴工程濕陷性地基研究

2.1 研究方案的規劃和確定

禹門口提水東擴工程建設方案的確定，經歷了資料文獻總結、實地勘探研究等重重分析與考察，對禹門口提水東擴工程沿線的地質地貌、土質狀況等進行了認真的探討，通過以試驗分析為主，計算分析為輔的思路，根據得出的有關工程的切實有效的信息制定了工程建設方案。通過分析，我們對非自重和自重濕陷性黃土的兩個區域進行了分別測試，將陷落嚴重的區域通過浸水的方式進行現場靜載荷試驗。山西禹門口提水東擴工程的設計者也基于其土質現狀的考慮，對3組不同土層進行了平板載荷的試驗，還通過濕陷性土質的干密度、抗壓力等指標進行測量，根據不斷得出的試驗結果將工程的設計方案進行著不斷的完善和優化。

表1 工程沿線基礎濕陷性情況統計表

表2 試驗場地基本情況表

表3 試驗場地濕陷計算成果表（β0=0.5）

2.2 試驗場地的選擇和分析

根據工程沿線的地質特點和工程設計方案，結合前期的相關試驗結果進行分析，我們對濕陷性黃土的分布特點有了初步了解，鑒于此工程師們有針對性的選擇了有代表性的不同地質和區域階段工程項目進行勘探。首先，試驗場地的地貌和地層都具有濕陷性黃土的分布；其次，在進行選擇時著重考慮了黃土濕陷性程度較高的地方；再次，濕陷性黃土地存在的地層較厚，并有充足的水源可供使用。通過對選取試驗地點地質的分析，我們可以根據表2、3的試驗結果得出:北莊村22+300.00附近沿線工程地質為自重Ⅳ級；南唐村樁號45+400.00附近沿線工程地質為自重Ⅲ級。在北莊村和南唐村的其他試驗抽樣中也存在自重II和非自重I的情況。

2.3 試驗樣本的選取和檢驗

禹門口提水東擴工程中通過各方面綜合考慮選取的北莊村和南唐村兩個場地后，分別對其進行了探井取樣。北莊村在地下9.8m、8m、6m、4m和1.5m處進行了取樣分析，其地質分析表明，其上部分地層巖性主要由粉土組成，粘性居中，但其結構十分松散，屬于上更新統洪積（al-plQ3）；其下為中更新統洪積，有著少量鈣質結構。南唐村采取了從地下9m、8m、6m、4m和1.5m處進行了取樣，經過試驗檢測得出其上主要為上更新統洪沖積，呈黃褐色，含有細砂；其下為第四系中更新統洪積Q2黃褐色低液限粘土，含少量鈣質結核。

2.4 室內試驗

根據表3中的試驗結果，我們可以得出北莊村和南唐村的試驗場地中的地質都含有大量的低液限粘土，但北莊村的自重濕陷計算結果為99mm左右，超出了濕陷性黃土地的建筑規范，被定義為了自重段濕陷性黃土地Ⅱ類（中等）。南唐村場地的試驗結果表明其為非自重濕陷性黃土場地。

2.5 現場試坑浸水試驗

現場實驗的場地中，規劃了一個直徑長達10m的圓形大坑，其深度為0.6m，底部鋪了大約0.1m的細礫石，圓周墻壁上對稱設計了8個用于滲水小孔，并在其中填滿了與底部相同的礫石。隨后，在大坑內部分別設置了多個標尺和監測點：其中標尺共有13個，距離其中點1m、2m、4m距離處各設置了標點。此外還在距離大坑中點5.5m、7m、10m、16m處的外圍地面上也設置了對稱的標點。為了保證本次試驗不受到墓穴等地下構造干擾，在所有試驗涉及區域內做好了釬探，接著才開始試驗。試驗分成了幾個階段，首先為浸水階段，逐步浸水直到連續測量五日的試驗大坑內土地每日濕陷量均值＜1mm，即可停止浸水，并進行停水階段的觀察（18天），直到連續測量五日內試驗大坑內的土地每日下沉均值≤1mm，即可結束試驗觀測。需要注意的是，在整個試驗的第一階段，都應該保證深坑內的水深約為30mm。對照試驗記錄的數據（見表4）可知，經過北莊村開展的試驗中，地面的總沉降最大值為74.2mm，每天沉降最大值7mm，試驗過程中，浸水期間發生沉降69.8mm，停水期間發生沉降4.4mm，場地浸水后因其本身的重力造成下陷（濕陷）74.2mm，故而，可以判斷試驗的區域應為自重濕陷性黃土場地。南唐村開展的試驗中，地面的總沉降最大值為7.7mm，每天沉降最大值2.2mm，試驗過程中，浸水期間發生沉降7.7mm，場地浸水后因其本身的重力造成下陷（濕陷）7.7mm，故而，可以判斷試驗的區域應為非自重濕陷性黃土場地。

2.6 現場靜載荷試驗

在工程勘察的最初過程中，對北莊村進行了現場的靜載荷試驗。在試驗過程中選取了相同場地內地質構成類似的區域分別進行了不同壓力的試驗，從50kPa到200kPa，不斷調整壓力，運用單線法進行了試驗。試驗過程中運用了方形的承壓板，與試坑的邊長相互匹配，其底部也使用了15mm左右厚的粗中砂以輔助平衡。通過試驗對地質的測量進行不斷的加壓，每次增加20kPa以上，得出分析數據如表5。除此之外，對南糖村的試驗方式與之相同，通過表5的數據和壓力增大時的曲線變化我們也可以看出其不同區域土質分布的各不相同。

3 PCCP管道的特性及其應用

PCCP管道之所以獲得建筑商的認可，很大程度上是由于其具有較強的適應力，不易變形。管道可以隨著地基變形的變化有著一定的可彎曲程度，其接頭處柔韌性較強，可以有一定的彎度變化。例如，對于一個6m左右的管道而言，其允許偏移量達到了90mm左右。從對北莊村的試驗中我們可以看到其下沉量約為70mm，依此數據推算，我們可以得出禹門口提水東擴工程中黃土地基濕陷等級為Ⅱ類的施工地域可以采用PCCP管道。禹門口提水東擴工程中運用的PCCP管道直徑的不同，也直接影響著其對地基變形的適應能力。

4 濕陷性地基處理措施分析

濕陷性黃土地層對工程的施工要求較高，我們也可以從相關文件表述中發現這一點，在《濕陷性黃土地區建筑規范》中，明確表明了對濕陷性黃土地地下管道和其他相關施工的土墊層標準，指出其在施工的過程中必須達到150mm到300mm之間，如果是大型的壓力管道或其他建筑都應該設定300mm以上的土墊層。根據表5的試驗結果，結合相關技術和經驗分析，我們可以針對管道沿線的土質和PCCP管道的特性進一步得出施工的可行性分析，爭取節省投資，使得工程取得最優施工效果。

5 結論

通過對山西省禹門口提水東擴工程中濕陷性黃土場地的深入分析和研究，得出了北莊村和南唐村的土質結果，將北莊村場地定義為了自重濕陷性黃土Ⅱ級；將南唐村場地定義為了非自重濕陷性黃土Ⅰ級。將這兩處的分析結果運用到工程的設計過程中進行參考，得出禹門口提水東擴工程輸水管線可以使用能夠適應黃土濕陷帶來的土質變化的PCCP管道，從而有效保障工程全線的安全性和穩定性。與此同時，在使用PCCP管進行管道鋪設的過程中，還應該根據土質的差別將管道厚度等進行調整，這種對濕陷性黃土地基的調整也可以有效的節省了工程施工過程中的灰土回填量，約可節省8萬m3。※

表4 現場試坑浸水試驗沉降量數據匯總表

表5 現場載荷試驗成果表（單線法）

[1]李用子.禹門口提水工程建設趨向芻議[J].山西水利，2003（01）.

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