渭北高效節(jié)水灌溉工程濕陷性黃土研究

何慶榮

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

1 工程概況

合陽(yáng)縣位于陜西省東部，隸屬渭南市，東臨黃河，與山西省臨猗縣隔河相望。全縣有農(nóng)田6萬(wàn)多hm2(90余萬(wàn)畝)，地下水埋藏深度多在120～200 m之間，且儲(chǔ)量小，僅供給部分人畜及工業(yè)用水，農(nóng)業(yè)灌溉無(wú)可用水源，加之多年干旱少雨，主要依靠農(nóng)業(yè)支撐的地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到很大的限制，為此，合陽(yáng)縣政府啟動(dòng)渭北高效節(jié)水灌溉工程。

本工程主要集中在縣域北部和中部地勢(shì)較高、地形復(fù)雜、原東雷抽黃灌區(qū)未輻射到的區(qū)域。共涉及合陽(yáng)縣和家莊鎮(zhèn)、王村鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、坊鎮(zhèn)、新池鎮(zhèn)6鄉(xiāng)鎮(zhèn)1.42萬(wàn)hm2(21.25萬(wàn)畝)耕地，并作為城區(qū)周邊25萬(wàn)人飲水保障。工程分2期實(shí)施，項(xiàng)目設(shè)計(jì)總流量6.5 m3/s，主要由33.33 km長(zhǎng)的干渠、59.4 km長(zhǎng)的支渠、5級(jí)泵站、合陽(yáng)調(diào)蓄池、沉沙池及配電設(shè)施等組成，泵站及管線(xiàn)平面布置見(jiàn)圖1。

查明各建筑物及管路沿線(xiàn)黃土地層結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)參數(shù)及其濕陷性深度是本工程可研階段的重要內(nèi)容之一。

2 工作布置

2.1 布置原則

5個(gè)泵站部位各布設(shè)1個(gè)鉆孔(見(jiàn)圖2)，并在渠線(xiàn)穿越的大溝斷面布置坑槽。

2.2 目 的

(1) 查明各泵站地層結(jié)構(gòu)。

(2) 在鉆孔中取Ⅰ級(jí)土樣，以便進(jìn)行各地層物理力學(xué)性質(zhì)、黃土濕陷性等相關(guān)試驗(yàn)。

(3) 查明太里一級(jí)泵站地層中可能存在的粉細(xì)砂層，進(jìn)行取樣及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)或動(dòng)力觸探，以便判斷有無(wú)砂層液化問(wèn)題，確定地基承載力。

(4) 土腐蝕性試驗(yàn)。

3 黃土濕陷性研究

3.1 計(jì)算依據(jù)

本次對(duì)ZK2、ZK3、ZK5三孔進(jìn)行全孔取樣，進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)，其中自重濕陷量計(jì)算見(jiàn)式(1)，濕陷量計(jì)算見(jiàn)式(2)。

圖1 泵站及管線(xiàn)平面布置示意圖

圖2 泵站及干渠剖面示意圖

(1)

式中：Δzs為濕陷性黃土場(chǎng)地自重濕陷量的計(jì)算值,mm；δzsi為第i層土的自重濕陷系數(shù)；hi為第i層土的厚度，mm；βo為修正系數(shù)，合陽(yáng)地區(qū)取0.9。

(2)

式中：Δs為濕陷性黃土場(chǎng)地濕陷量的計(jì)算值,mm；δsi為第i層土的濕陷系數(shù)；hi為第i層土的厚度,mm；β為修正系數(shù)，① 基底下0～5 m深度內(nèi)，取β=1.50；② 基底下5～10 m深度內(nèi)，取β=1；③ 基底下10 m以下至非濕陷性黃土層頂面，在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，取β=βo=0.9。

3.2 濕陷性分析

3.2.1 黃土物理力學(xué)特性

太里一級(jí)泵站位于黃河高漫灘部位，ZK1孔深0～26.8 m范圍內(nèi)多為粉土，中間夾2 m左右的粉細(xì)砂層，26.8 m以下深度為粉細(xì)砂及粉質(zhì)黏土層，地下水位埋深16 m，水位以上粉土天然含水率ω在11%～15.2%之間，稍濕，液性指數(shù)IL在-0.04～-0.41之間，堅(jiān)硬狀態(tài)，天然密度1.65～1.77 g/cm3，干密度1.48～1.54 g/cm3，孔隙比e在0.757～0.827之間，中密，不均勻系數(shù)Cu在10.50～21.67之間，曲率系數(shù)Cc在2.07～4.02之間。

渭北二級(jí)臺(tái)塬部位的其它各鉆孔，海拔高程570.00 m以上，均為黃土地層，屬于粉質(zhì)黏土，勘探孔40 m深度未見(jiàn)到地下水，僅在ZK3孔深32～40 m之間，土體飽和度達(dá)88.9%～98.5%，潮濕，判斷為上層滯水。黃土及古土壤天然含水率ω在10.8%～23.9%之間，稍濕～濕，單孔含水率ω平均在14%～16%之間，液性指數(shù)IL在-0.72～0.86之間，單孔IL平均值在-0.15～-0.27之間，多呈堅(jiān)硬狀態(tài)，局部呈硬塑～可塑狀態(tài)，土體天然密度一般1.39～1.89 g/cm3，局部夾鈣質(zhì)結(jié)核，密度高達(dá)2.02 g/cm3，單孔土體平均天然密度在1.61～1.68 g/cm3之間，干密度在1.21～1.68 g/cm3之間，平均干密度1.43 g/cm3，孔隙比e在0.61～1.239之間，單孔平均孔隙比e在0.88～0.935之間，中密～稍密，鈣質(zhì)結(jié)核層較密實(shí)。地表出露陷坑表明，臺(tái)塬部位黃土具有濕陷性。

對(duì)各孔取1～2組土樣進(jìn)行土腐蝕性試驗(yàn)，依據(jù)GB50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》，該工程為Ⅲ類(lèi)環(huán)境，試驗(yàn)表明：土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。

3.2.2 濕陷量計(jì)算

各孔自重濕陷量及濕陷量的計(jì)算成果見(jiàn)表1。通過(guò)試驗(yàn)可知，處于黃河高漫灘的太里一級(jí)泵站部位(ZK1鉆孔附近)無(wú)濕陷性，而渭北臺(tái)塬表部黃土均具自重濕陷性，場(chǎng)地濕陷等級(jí)Ⅲ～Ⅳ級(jí)。

表1 各孔自重濕陷量及其濕陷性等級(jí)判別表

3.2.3 濕陷深度

以ZK2、ZK3鉆孔為例，將具有濕陷性黃土地層的自重濕陷系數(shù)δzsi和濕陷系數(shù)δsi進(jìn)行比較，見(jiàn)圖3、4，可以發(fā)現(xiàn)：

圖3 ZK2鉆孔柱狀圖及濕陷系數(shù)曲線(xiàn)圖

(3) ZK2鉆孔揭露的臺(tái)塬部位濕陷性黃土深度最大25 m，其它幾個(gè)泵站部位黃土濕陷性深度總體在15.5～16.5 m之間。

3.2.4 孔隙比與濕陷性

研究發(fā)現(xiàn)，合陽(yáng)縣臺(tái)塬部位黃土土粒比重Gs為2.71，孔隙比e與濕陷性具有如下關(guān)系：①e>0.9，黃土具有濕陷性；② 0.848

4 結(jié) 語(yǔ)

圖4 ZK3鉆孔柱狀圖及濕陷系數(shù)曲線(xiàn)圖