李桂平

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024)

1 問題的提出

近年來，隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，寧夏南部貧困地區(qū)一批水利工程及其他基礎設施工程陸續(xù)上馬建設，這些工程的建設實施，結束了該地區(qū)多災并發(fā)、干旱少雨、水資源極度匱乏的歷史，正在為解決寧夏西海固貧困地區(qū)貧困人口溫飽和發(fā)展發(fā)揮著重要的作用，產(chǎn)生著重大的社會效益和經(jīng)濟效益。

本區(qū)地表大面積分布的厚層第四系黃土層，作為工程建筑物地基持力層，土層普遍存在濕陷性問題，土層的濕陷問題直接影響著工程建筑物的穩(wěn)定及安全運行，是本區(qū)內(nèi)主要的工程地質(zhì)問題之一。區(qū)內(nèi)土層的濕陷性很不均勻，具體表現(xiàn)在有的地方濕陷性較弱、濕陷土層厚度很薄；有的地方土層的濕陷性很強、濕陷土層的厚度達30 m以上，對工程建筑物的影響和地基處理措施差異很大。在深厚濕陷性土層的勘察工作中，需要人工開挖豎井、取樣等工作非常困難，對土層濕陷性的研究難度較大。

本文以寧夏扶貧揚黃灌溉工程固海擴灌工程的歷次工程地質(zhì)勘察工作成果為依據(jù)，從地形地貌、地層巖性及其物理力學性質(zhì)指標入手，深入分析本區(qū)土層的成因類型及濕陷性特征，提出了區(qū)內(nèi)黃土濕陷性特點及分布規(guī)律。對于今后在本區(qū)實施的建設工程的地基土層濕陷性研究、減少勘察費用、節(jié)省投資等具有借鑒和參考作用。

寧夏扶貧揚黃灌溉工程固海擴灌工程是以農(nóng)業(yè)灌溉為主的一項大型水利工程，是國家“九五”重點建設項目。灌區(qū)由東線和西線兩部分組成，總投資為36.69億元，總灌溉面積5.33萬hm2。我院承擔完成了東線灌區(qū)的部分干渠、泵站及支線干渠、泵站的工程地質(zhì)勘察、設計工作。該工程水源取自黃河主流，工程沿線大部分位于清水河流域的黃土臺地上，沿清水河兩岸展布。工程于2002年5月開工建設，于2003年11月試通水，2007年4月通過初步驗收，2008年8月骨干工程通過驗收，并投入運行，至今工程運行情況良好。

2 地形地貌

清水河屬于黃河上游的一級支流，位于寧夏回族自治區(qū)南部。清水河發(fā)源于六盤山東麓開城鄉(xiāng)境內(nèi)的黑刺溝腦，向北流經(jīng)固原、海原、同心、中寧等縣，在中衛(wèi)的泉眼山西側注入黃河，呈北北西流向，河流長320 km，流域面積13 511 km2，河道平均比降1.49‰，是寧夏境內(nèi)流入黃河最大、最長的河流。

清水河流域地勢南高北低，除山地外海拔高程1 400～2 000 m，清水河流域西南為月亮山、西華山、南華山、六盤山等石質(zhì)山，海拔在2 000 m以上，構成清水河和葫蘆河、涇河的分水嶺帶。東有云霧山、炭山、鳳臺山等剝蝕殘山，呈南北向斷續(xù)分布于黃土丘陵之中，海拔高程l l90～2 489 m。

清水河流域在地貌上屬于侵蝕黃土丘陵區(qū)，沿河流向兩側地形呈明顯的不同高程的黃土臺地狀，河谷兩側廣泛發(fā)育河流Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級階地，形成了清水河狹長的帶狀河谷地貌。

河流Ⅰ級階地主要發(fā)育在同心縣王團鄉(xiāng)以北，往南有零星分布。階地面高出河床4～6 m，寬度500～1 500 m，地勢平坦，微向河流方向傾斜，屬于上疊式階地，階地表層巖性為低液限粉土及低液限黏土，下部為卵石混合土及砂層。

河流Ⅱ級階地主要發(fā)育在同心縣城以南、海原縣李旺鎮(zhèn)附近及其以北地區(qū)，其他地區(qū)零星分布。階地面高出河床20～30 m，寬度380～2 000 m，地勢平坦，微向河流方向傾斜，屬于內(nèi)疊式階地，階地表層巖性為低液限粉土及低液限黏土，下部為卵石混合土及砂層。

河流Ⅲ級階地主要發(fā)育在同心縣以南的廣大地區(qū)，是構成清水河河谷平原的主體。階地面地形平坦，后緣稍陡。階地面高出河床55～75 m，寬度1 000～9 000 m，在黑城一帶最寬，達12 000 m，是寧夏扶貧揚黃灌溉工程固海擴灌工程主要灌溉區(qū)。地表巖性為上更新統(tǒng)淡黃色低液限黏土層，厚度20～36 m，下部為中更新統(tǒng)淺紅色低液限黏土層。

3 地層巖性

清水河流域在地貌上屬于黃土高原地區(qū)，地層巖性主要有組成清水河Ⅰ、Ⅱ級階地的第四系全新統(tǒng)洪沖積堆積物和組成河流Ⅲ級階地的中、上更新統(tǒng)土層。

全新統(tǒng)洪沖積堆積物具二元結構，巖性上部為淺黃色低液限粉土、低液限黏土夾砂、粉砂透鏡體，厚度3～16 m；下部多為卵石混合土及砂層。

上更新統(tǒng)主要組成河流Ⅲ級階地的上部土層，屬于風積堆積物，巖性為淡黃色低液限黏土和低液限粉土，土質(zhì)均勻、疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，厚度15～36 m。

中更新統(tǒng)主要組成河流Ⅲ級階地的下部土層，屬于洪沖積堆積物，巖性為淺紅色低液限黏土，土質(zhì)較密實。

4 黃土的濕陷規(guī)律

通過對本區(qū)土層濕陷性勘察、分析，土層濕陷性與地形地貌、地層巖性、土層的成因類型、物理性質(zhì)指標等密切相關，綜合區(qū)內(nèi)土層濕陷性規(guī)律及特征如下。

1）土層的濕陷性與地形地貌有關。清水河Ⅰ、Ⅱ級階地表層巖性為低液限粉土及低液限黏土，下部為卵石混合土及砂層。低液限粉土及低液限黏土層濕陷系數(shù)較小，一般在0.015～0.025，多屬于非自重濕陷性黃土場地，濕陷厚度2～8 m。Ⅲ級階地地表巖性為上更新統(tǒng)淡黃色低液限黏土層，疏松，具垂直節(jié)理；下部為中更新統(tǒng)淺紅色低液限黏土層，土質(zhì)堅硬，較密實。上更新統(tǒng)低液限黏土層濕陷系數(shù)較大，一般在0.018～0.068，均屬于自重濕陷性黃土場地，濕陷土層厚度20～36 m以上。

2）土層的濕陷性與地層巖性有關。新近堆積的位于河流Ⅰ、Ⅱ級階的全新統(tǒng)低液限粉土層的粉粒含量達到60%～80%以上，黏粒含量5%～10%，土層的濕陷性較弱。而上更新統(tǒng)液限黏土層的粉粒含量40%～60%之間，黏粒含量10%～20%以上，土層的濕陷性較強。

3）土層的濕陷性與土層的成因類型密切相關。河流Ⅰ、Ⅱ級階地由河流洪積低液限粉土層組成，濕陷性較弱，Ⅲ級階地上部上更新統(tǒng)風積堆積的低液限黏土層濕陷性較強；而下部中更新統(tǒng)低液限黏土層不具濕陷性。

4）土層濕陷性的強弱與土層的物理性質(zhì)指標有關。土層干密度和含水率越小，濕陷性越強；反之干密度和含水率越大，濕陷性越弱。濕陷性一般隨埋藏深度的增加而減弱，地表上部土層的濕陷性相對較強。

5）清水河以東地區(qū)河流Ⅰ、Ⅱ級階地比較發(fā)育，多屬于非自重濕陷性黃土場地，具有中-高壓縮性、弱濕陷性的特點，濕陷土層厚度較小，一般在3-8 m；清水河以西地區(qū)河流Ⅲ級階地發(fā)育，均為自重濕陷性黃土場地，具低-中等壓縮性、強濕陷性，濕陷土層厚度大，一般在20～35 m以上。