渭北高效節水灌溉工程濕陷性黃土研究

何慶榮

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

1 工程概況

合陽縣位于陜西省東部，隸屬渭南市，東臨黃河，與山西省臨猗縣隔河相望。全縣有農田6萬多hm2(90余萬畝)，地下水埋藏深度多在120～200 m之間，且儲量小，僅供給部分人畜及工業用水，農業灌溉無可用水源，加之多年干旱少雨，主要依靠農業支撐的地方經濟發展受到很大的限制，為此，合陽縣政府啟動渭北高效節水灌溉工程。

本工程主要集中在縣域北部和中部地勢較高、地形復雜、原東雷抽黃灌區未輻射到的區域。共涉及合陽縣和家莊鎮、王村鎮、城關鎮、坊鎮、新池鎮6鄉鎮1.42萬hm2(21.25萬畝)耕地，并作為城區周邊25萬人飲水保障。工程分2期實施，項目設計總流量6.5 m3/s，主要由33.33 km長的干渠、59.4 km長的支渠、5級泵站、合陽調蓄池、沉沙池及配電設施等組成，泵站及管線平面布置見圖1。

查明各建筑物及管路沿線黃土地層結構、物理力學參數及其濕陷性深度是本工程可研階段的重要內容之一。

2 工作布置

2.1 布置原則

5個泵站部位各布設1個鉆孔(見圖2)，并在渠線穿越的大溝斷面布置坑槽。

2.2 目 的

(1) 查明各泵站地層結構。

(2) 在鉆孔中?、窦壨翗?，以便進行各地層物理力學性質、黃土濕陷性等相關試驗。

(3) 查明太里一級泵站地層中可能存在的粉細砂層，進行取樣及標準貫入試驗或動力觸探，以便判斷有無砂層液化問題，確定地基承載力。

(4) 土腐蝕性試驗。

3 黃土濕陷性研究

3.1 計算依據

本次對ZK2、ZK3、ZK5三孔進行全孔取樣，進行濕陷性試驗，其中自重濕陷量計算見式(1)，濕陷量計算見式(2)。

圖1 泵站及管線平面布置示意圖

圖2 泵站及干渠剖面示意圖

(1)

式中：Δzs為濕陷性黃土場地自重濕陷量的計算值,mm；δzsi為第i層土的自重濕陷系數；hi為第i層土的厚度，mm；βo為修正系數，合陽地區取0.9。

(2)

式中：Δs為濕陷性黃土場地濕陷量的計算值,mm；δsi為第i層土的濕陷系數；hi為第i層土的厚度,mm；β為修正系數，① 基底下0～5 m深度內，取β=1.50；② 基底下5～10 m深度內，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地，取β=βo=0.9。

3.2 濕陷性分析

3.2.1 黃土物理力學特性

太里一級泵站位于黃河高漫灘部位，ZK1孔深0～26.8 m范圍內多為粉土，中間夾2 m左右的粉細砂層，26.8 m以下深度為粉細砂及粉質黏土層，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IL在-0.04～-0.41之間，堅硬狀態，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Cu在10.50～21.67之間，曲率系數Cc在2.07～4.02之間。

渭北二級臺塬部位的其它各鉆孔，海拔高程570.00 m以上，均為黃土地層，屬于粉質黏土，勘探孔40 m深度未見到地下水，僅在ZK3孔深32～40 m之間，土體飽和度達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IL在-0.72～0.86之間，單孔IL平均值在-0.15～-0.27之間，多呈堅硬狀態，局部呈硬塑～可塑狀態，土體天然密度一般1.39～1.89 g/cm3，局部夾鈣質結核，密度高達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，鈣質結核層較密實。地表出露陷坑表明，臺塬部位黃土具有濕陷性。

對各孔取1～2組土樣進行土腐蝕性試驗，依據GB50021—2001《巖土工程勘察規范》，該工程為Ⅲ類環境，試驗表明：土對混凝土結構具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具微腐蝕性。

3.2.2 濕陷量計算

各孔自重濕陷量及濕陷量的計算成果見表1。通過試驗可知，處于黃河高漫灘的太里一級泵站部位(ZK1鉆孔附近)無濕陷性，而渭北臺塬表部黃土均具自重濕陷性，場地濕陷等級Ⅲ～Ⅳ級。

表1 各孔自重濕陷量及其濕陷性等級判別表

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δzsi和濕陷系數δsi進行比較，見圖3、4，可以發現：

圖3 ZK2鉆孔柱狀圖及濕陷系數曲線圖

(3) ZK2鉆孔揭露的臺塬部位濕陷性黃土深度最大25 m，其它幾個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

研究發現，合陽縣臺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系：①e>0.9，黃土具有濕陷性；② 0.848

4 結 語

圖4 ZK3鉆孔柱狀圖及濕陷系數曲線圖