黃河提水工程出水池濕陷計算與分析

焦 欣

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

黃河提水工程地處呂梁山區(qū)，地勢東北高，西南低，屬中低山區(qū)。地貌屬于柳林—永和梁峁?fàn)铧S土丘陵區(qū)。三川河河谷斷面呈U型，河底高程703m。出水池位于后大成村附近三川河左岸的黃土臺地上，臺地總體呈長條狀，延伸方向N80°E，出水池處臺地寬15～30m，地面高程760～770m，場地地形較平緩。設(shè)計開挖底高程755.818m。

2 地質(zhì)條件

出水池巖性為第四系中更新統(tǒng)洪沖積（Q2pal）淺黃色低液限粉土，土質(zhì)均勻，含鈣質(zhì)結(jié)核，夾多層古土壤層，呈紅黃、棕紅色，厚度12～16m，部分地段底部常見到一層厚約2m的砂礫層，局部被膠結(jié)為礫巖，厚0～94m。

地下水類型為碎屑巖類裂隙水及松散巖類孔隙水。碎屑巖類裂隙水賦存于三疊系砂巖裂隙中，泥頁巖構(gòu)成相對隔水層，碎屑巖類裂隙水具多層含水體系，局部可形成承壓水。該類水富水性一般為弱至中等，向河流及溝谷徑流排泄，一些溝谷內(nèi)或山坡上可見小泉出露，為工程區(qū)內(nèi)最廣泛分布的地下水類型。主要含水層為黃河及三川河河谷及河流階地中分布的全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土及混合土卵石土層中。松散巖類孔隙水主要接受大氣降水、河水及兩岸基巖水補給，水位隨季節(jié)性變化而變化。河床內(nèi)地下水埋深淺，兩岸水位高于河床水位。地下水總體由兩岸向河流，由上游向下游排泄。

3 地質(zhì)特性

出水池地基地層巖性為第四系中更新統(tǒng)洪沖積低液限粉土層，土層天然含水率為5.5%～14.1%，平均值為8.8%，屬稍濕；干密度為1.32～1.46g/cm3，平均值為1.39g/cm3，天然孔隙比為0.839～1.044，平均值為0.932，屬稍密—中密；壓縮系數(shù)為 0.09～0.5MPa-1，平均值為0.23MPa-1，具中等—高壓縮性；土層濕陷系數(shù)為0.018～0.055，土體多具中等濕陷性；塑性指數(shù)為8.1～10.3，平均值為8.7；水平滲透系數(shù)為1.03×10-4～1.57×10-4cm/s，平均值為 1.31×10-4cm/s；垂直滲透系數(shù)為 2.70×10-5～2.85×10-4cm/s，平均值 8.81×10-5cm/s，具極微—微透水性。飽和固結(jié)快剪強度凝聚力為11.1～30.8kPa，平均值為 17.6kPa，內(nèi)摩擦角 20.0°～22.5°，平均值為21.9°。根據(jù)顆分資料：土層砂粒含量為2.0%～5.5%，平均值為3.5%；粉粒含量為80.8%～90.1%，平均值為86.6%；黏粒含量為6.3%～17.2%，平均值為9.8%。

出水池地基地層巖性為第四系中更新統(tǒng)洪沖積低液限粉土層，根據(jù)土壤物理力學(xué)指標(biāo)，地基承載力評價如下：按粉土孔隙比（e）、含水率（ω）評價：Q2pal土層e取大值平均值0.970，ω取大值平均值11.1%。查《工程地質(zhì)手冊》得：Q2pal土層的承載力基本值f0為125kPa。

按濕陷性黃土評價：土壤物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)在基礎(chǔ)底面附近土層的天然孔隙比e的大值平均值為0.970，液限WL取小值平均值25.1%，ω取塑限含水率的大值平均值17.4%。查《工程地質(zhì)手冊》得：Q2pal土層的承載力基本值f0取172kPa。

綜上所述，根據(jù)出水池工程地質(zhì)條件，建議Q2pal土層的承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk取110～120kPa。

按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，自重濕陷量計算值Δzs和總濕陷量計算值Δs分別按下式計算：

式中：δzsi——第i層土的自重濕陷系數(shù)；

δsi——第i層土的濕陷系數(shù)；

hi——第i層土的厚度，mm；

β0——因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)，取1.2；

β——考慮基底下地基土的受水浸濕可能性和側(cè)向擠出等因素的修正系數(shù)?；紫?～5m深度內(nèi)取1.5，5～10m取1.0，10m以下至非濕陷性土層頂面，在自重濕陷性場地，取工程所在區(qū)的β0值，為1.2。

出水池地面高程760～770m，設(shè)計開挖底高程755.818m，基礎(chǔ)開挖深度按5m考慮。土層總厚度15m，按其全部濕陷考慮。計算時土的自重濕陷量Δzs自天然地面算起，總濕陷量Δs自天然地面以下5m算起，計算結(jié)果見表1。

由表1可以看出，出水池土層具有濕陷性，濕陷起始壓力為16～153kPa，計算自重濕陷量為45.6～352.8mm，大部分屬自重濕陷性場地；總濕陷量約279.0～404.5mm，濕陷級別多為Ⅱ級（中等）—Ⅲ級（嚴(yán)重）。因此總體按自重濕陷場地、濕陷等級按Ⅲ級對待。建議采取擠密樁法或其他有效濕陷處理措施，同時采取防水措施。

表1 出水池場地地基濕陷計算表