渭北高效节水灌溉工程湿陷性黄土研究

何庆荣

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

1 工程概况

合阳县位于陕西省东部，隶属渭南市，东临黄河，与山西省临猗县隔河相望。全县有农田6万多hm2(90余万亩)，地下水埋藏深度多在120～200 m之间，且储量小，仅供给部分人畜及工业用水，农业灌溉无可用水源，加之多年干旱少雨，主要依靠农业支撑的地方经济发展受到很大的限制，为此，合阳县政府启动渭北高效节水灌溉工程。

本工程主要集中在县域北部和中部地势较高、地形复杂、原东雷抽黄灌区未辐射到的区域。共涉及合阳县和家庄镇、王村镇、城关镇、坊镇、新池镇6乡镇1.42万hm2(21.25万亩)耕地，并作为城区周边25万人饮水保障。工程分2期实施，项目设计总流量6.5 m3/s，主要由33.33 km长的干渠、59.4 km长的支渠、5级泵站、合阳调蓄池、沉沙池及配电设施等组成，泵站及管线平面布置见图1。

查明各建筑物及管路沿线黄土地层结构、物理力学参数及其湿陷性深度是本工程可研阶段的重要内容之一。

2 工作布置

2.1 布置原则

5个泵站部位各布设1个钻孔(见图2)，并在渠线穿越的大沟断面布置坑槽。

2.2 目 的

(1) 查明各泵站地层结构。

(2) 在钻孔中取Ⅰ级土样，以便进行各地层物理力学性质、黄土湿陷性等相关试验。

(3) 查明太里一级泵站地层中可能存在的粉细砂层，进行取样及标准贯入试验或动力触探，以便判断有无砂层液化问题，确定地基承载力。

(4) 土腐蚀性试验。

3 黄土湿陷性研究

3.1 计算依据

本次对ZK2、ZK3、ZK5三孔进行全孔取样，进行湿陷性试验，其中自重湿陷量计算见式(1)，湿陷量计算见式(2)。

图1 泵站及管线平面布置示意图

图2 泵站及干渠剖面示意图

(1)

式中：Δzs为湿陷性黄土场地自重湿陷量的计算值,mm；δzsi为第i层土的自重湿陷系数；hi为第i层土的厚度，mm；βo为修正系数，合阳地区取0.9。

(2)

式中：Δs为湿陷性黄土场地湿陷量的计算值,mm；δsi为第i层土的湿陷系数；hi为第i层土的厚度,mm；β为修正系数，① 基底下0～5 m深度内，取β=1.50；② 基底下5～10 m深度内，取β=1；③ 基底下10 m以下至非湿陷性黄土层顶面，在自重湿陷性黄土场地，取β=βo=0.9。

3.2 湿陷性分析

3.2.1 黄土物理力学特性

太里一级泵站位于黄河高漫滩部位，ZK1孔深0～26.8 m范围内多为粉土，中间夹2 m左右的粉细砂层，26.8 m以下深度为粉细砂及粉质黏土层，地下水位埋深16 m，水位以上粉土天然含水率ω在11%～15.2%之间，稍湿，液性指数IL在-0.04～-0.41之间，坚硬状态，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之间，中密，不均匀系数Cu在10.50～21.67之间，曲率系数Cc在2.07～4.02之间。

渭北二级台塬部位的其它各钻孔，海拔高程570.00 m以上，均为黄土地层，属于粉质黏土，勘探孔40 m深度未见到地下水，仅在ZK3孔深32～40 m之间，土体饱和度达88.9%～98.5%，潮湿，判断为上层滞水。黄土及古土壤天然含水率ω在10.8%～23.9%之间，稍湿～湿，单孔含水率ω平均在14%～16%之间，液性指数IL在-0.72～0.86之间，单孔IL平均值在-0.15～-0.27之间，多呈坚硬状态，局部呈硬塑～可塑状态，土体天然密度一般1.39～1.89 g/cm3，局部夹钙质结核，密度高达2.02 g/cm3，单孔土体平均天然密度在1.61～1.68 g/cm3之间，干密度在1.21～1.68 g/cm3之间，平均干密度1.43 g/cm3，孔隙比e在0.61～1.239之间，单孔平均孔隙比e在0.88～0.935之间，中密～稍密，钙质结核层较密实。地表出露陷坑表明，台塬部位黄土具有湿陷性。

对各孔取1～2组土样进行土腐蚀性试验，依据GB50021—2001《岩土工程勘察规范》，该工程为Ⅲ类环境，试验表明：土对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。

3.2.2 湿陷量计算

各孔自重湿陷量及湿陷量的计算成果见表1。通过试验可知，处于黄河高漫滩的太里一级泵站部位(ZK1钻孔附近)无湿陷性，而渭北台塬表部黄土均具自重湿陷性，场地湿陷等级Ⅲ～Ⅳ级。

表1 各孔自重湿陷量及其湿陷性等级判别表

3.2.3 湿陷深度

以ZK2、ZK3钻孔为例，将具有湿陷性黄土地层的自重湿陷系数δzsi和湿陷系数δsi进行比较，见图3、4，可以发现：

图3 ZK2钻孔柱状图及湿陷系数曲线图

(3) ZK2钻孔揭露的台塬部位湿陷性黄土深度最大25 m，其它几个泵站部位黄土湿陷性深度总体在15.5～16.5 m之间。

3.2.4 孔隙比与湿陷性

研究发现，合阳县台塬部位黄土土粒比重Gs为2.71，孔隙比e与湿陷性具有如下关系：①e>0.9，黄土具有湿陷性；② 0.848

4 结 语

图4 ZK3钻孔柱状图及湿陷系数曲线图