黄河提水工程出水池湿陷计算与分析

焦 欣

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

黄河提水工程地处吕梁山区，地势东北高，西南低，属中低山区。地貌属于柳林—永和梁峁状黄土丘陵区。三川河河谷断面呈U型，河底高程703m。出水池位于后大成村附近三川河左岸的黄土台地上，台地总体呈长条状，延伸方向N80°E，出水池处台地宽15～30m，地面高程760～770m，场地地形较平缓。设计开挖底高程755.818m。

2 地质条件

出水池岩性为第四系中更新统洪冲积（Q2pal）浅黄色低液限粉土，土质均匀，含钙质结核，夹多层古土壤层，呈红黄、棕红色，厚度12～16m，部分地段底部常见到一层厚约2m的砂砾层，局部被胶结为砾岩，厚0～94m。

地下水类型为碎屑岩类裂隙水及松散岩类孔隙水。碎屑岩类裂隙水赋存于三叠系砂岩裂隙中，泥页岩构成相对隔水层，碎屑岩类裂隙水具多层含水体系，局部可形成承压水。该类水富水性一般为弱至中等，向河流及沟谷径流排泄，一些沟谷内或山坡上可见小泉出露，为工程区内最广泛分布的地下水类型。主要含水层为黄河及三川河河谷及河流阶地中分布的全新统洪冲积卵石混合土及混合土卵石土层中。松散岩类孔隙水主要接受大气降水、河水及两岸基岩水补给，水位随季节性变化而变化。河床内地下水埋深浅，两岸水位高于河床水位。地下水总体由两岸向河流，由上游向下游排泄。

3 地质特性

出水池地基地层岩性为第四系中更新统洪冲积低液限粉土层，土层天然含水率为5.5%～14.1%，平均值为8.8%，属稍湿；干密度为1.32～1.46g/cm3，平均值为1.39g/cm3，天然孔隙比为0.839～1.044，平均值为0.932，属稍密—中密；压缩系数为 0.09～0.5MPa-1，平均值为0.23MPa-1，具中等—高压缩性；土层湿陷系数为0.018～0.055，土体多具中等湿陷性；塑性指数为8.1～10.3，平均值为8.7；水平渗透系数为1.03×10-4～1.57×10-4cm/s，平均值为 1.31×10-4cm/s；垂直渗透系数为 2.70×10-5～2.85×10-4cm/s，平均值 8.81×10-5cm/s，具极微—微透水性。饱和固结快剪强度凝聚力为11.1～30.8kPa，平均值为 17.6kPa，内摩擦角 20.0°～22.5°，平均值为21.9°。根据颗分资料：土层砂粒含量为2.0%～5.5%，平均值为3.5%；粉粒含量为80.8%～90.1%，平均值为86.6%；黏粒含量为6.3%～17.2%，平均值为9.8%。

出水池地基地层岩性为第四系中更新统洪冲积低液限粉土层，根据土壤物理力学指标，地基承载力评价如下：按粉土孔隙比（e）、含水率（ω）评价：Q2pal土层e取大值平均值0.970，ω取大值平均值11.1%。查《工程地质手册》得：Q2pal土层的承载力基本值f0为125kPa。

按湿陷性黄土评价：土壤物理力学性质指标在基础底面附近土层的天然孔隙比e的大值平均值为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《工程地质手册》得：Q2pal土层的承载力基本值f0取172kPa。

综上所述，根据出水池工程地质条件，建议Q2pal土层的承载力标准值fk取110～120kPa。

按照《湿陷性黄土地区建筑规范》，自重湿陷量计算值Δzs和总湿陷量计算值Δs分别按下式计算：

式中：δzsi——第i层土的自重湿陷系数；

δsi——第i层土的湿陷系数；

hi——第i层土的厚度，mm；

β0——因地区土质而异的修正系数，取1.2；

β——考虑基底下地基土的受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数。基底下0～5m深度内取1.5，5～10m取1.0，10m以下至非湿陷性土层顶面，在自重湿陷性场地，取工程所在区的β0值，为1.2。

出水池地面高程760～770m，设计开挖底高程755.818m，基础开挖深度按5m考虑。土层总厚度15m，按其全部湿陷考虑。计算时土的自重湿陷量Δzs自天然地面算起，总湿陷量Δs自天然地面以下5m算起，计算结果见表1。

由表1可以看出，出水池土层具有湿陷性，湿陷起始压力为16～153kPa，计算自重湿陷量为45.6～352.8mm，大部分属自重湿陷性场地；总湿陷量约279.0～404.5mm，湿陷级别多为Ⅱ级（中等）—Ⅲ级（严重）。因此总体按自重湿陷场地、湿陷等级按Ⅲ级对待。建议采取挤密桩法或其他有效湿陷处理措施，同时采取防水措施。

表1 出水池场地地基湿陷计算表