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，地勢東北高，西南低，屬中低山區。地貌屬于柳林—永和梁峁狀黃土丘陵區。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。設計開挖底高程755.818m。

2 地質條件

出水池巖性為第四系中更新統洪沖積（Q2pal）淺黃色低液限粉土，土質均勻，含鈣質結核，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，一些溝谷內或山坡上可見小泉出露，為工程區內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，水位隨季節性變化而變化。河床內地下水埋深淺，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 地質特性

出水池地基地層巖性為第四系中更新統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；土層濕陷系數為0.018～0.055，土體多具中等濕陷性；塑性指數為8.1～10.3，平均值為8.7；水平滲透系數為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。飽和固結快剪強度凝聚力為11.1～30.8kPa，平均值為 17.6kPa，內摩擦角 20.0°～22.5°，平均值為21.9°。根據顆分資料：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洪沖積低液限粉土層，根據土壤物理力學指標，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：土壤物理力學性質指標在基礎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《工程地質手冊》得：Q2pal土層的承載力基本值f0取172kPa。

綜上所述，根據出水池工程地質條件，建議Q2pal土層的承載力標準值fk取110～120kPa。

按照《濕陷性黃土地區建筑規范》，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；

δsi——第i層土的濕陷系數；

hi——第i層土的厚度，mm；

β0——因地區土質而異的修正系數，取1.2；

β——考慮基底下地基土的受水浸濕可能性和側向擠出等因素的修正系數。基底下0～5m深度內取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，取工程所在區的β0值，為1.2。

出水池地面高程760～770m，設計開挖底高程755.818m，基礎開挖深度按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