馮 彬

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

1 禹門口提水東擴(kuò)工程概況

禹門口提水東擴(kuò)工程是為臨汾、運(yùn)城五縣市（新絳、襄汾、侯馬、曲沃、翼城）工業(yè)、農(nóng)業(yè)供水以及農(nóng)村生活用水的保障性給水工程。工程起點(diǎn)位于新絳縣的三泉水庫，距東南向的新絳縣城約12km。工程沿線經(jīng)新絳、襄汾、侯馬、曲沃、翼城，終點(diǎn)位于距翼城縣城約1km的西梁水庫，從三泉水庫至西梁水庫采用有壓管道輸水方案，管道布置長約48．8km，沿線設(shè)3級加壓泵站（一級至三級加壓泵站），2座調(diào)蓄水庫（三泉水庫、西梁水庫），4個(gè)出水池（一級加壓泵站出水池、三級加壓泵站出水池、新絳支線出來池和澮河支線出水池），6個(gè)檢修閥和1個(gè)生態(tài)分水閥。另外有新絳支線長0．9km，澮河支線長7．6km。根據(jù)工程的布置，一級泵站出水池至二級泵站進(jìn)水池段、三級泵站出水池至西梁水庫段采用重力流輸水，其余段采用有壓泵流的供水方式。

2 管道輸水線路工程地質(zhì)條件

（1）供水線路經(jīng)過的主要地貌單元為山前沖洪積傾斜平原區(qū)、汾河河谷、漫灘及一至三級階地。

（2）三級階地廣泛分布新生界第四系上更新統(tǒng)洪沖積（Q3pal）地層，厚度6～14m。其巖性組成為淡黃、黃褐、淡紅色低液限粉土、低液限黏土，土體結(jié)構(gòu)較疏松，具大孔隙和垂直節(jié)理，是一種非飽和的欠壓密土體，在天然濕度下，其壓縮性較低，強(qiáng)度較高，但遇水浸濕時(shí)，土的強(qiáng)度顯著降低，在附加壓力下引起濕陷變形，這種下沉量大，下沉速度快的失穩(wěn)變形，對建筑物危害性大。

本段主要為汾河兩岸Ⅲ級階地（右岸：三泉水庫～龍香，寬度10.95km，地面高程420～479m；左岸：北莊～西常，寬度27.3km，地面高程414～505m），階地分布面積大，階面寬廣，地勢平坦，由北向南微傾，階面沖溝發(fā)育，溝多寬而淺，呈較開闊的“V”字型。

3 黃土的成因

土的任何性狀都與其成因有關(guān)，研究黃土的成因?qū)τ诮鉀Q其濕陷問題有著重要的意義。黃土的成因一般有三種學(xué)說：風(fēng)成說；水成說；多種成因說。汾河兩岸Ⅲ級階地上沉積的新生界第四系上更新統(tǒng)洪沖積（Q3pal）地層應(yīng)屬水成說的成因。

4 物理力學(xué)指標(biāo)與濕陷性的關(guān)系

4.1 土的顆粒組成特征

土的顆分試驗(yàn)共259組，黃土的顆粒成分以粉粒為主，它的含量占64.0%～90.0%，以77.0%～85%者居多，黏粒占8.0%～23.0%，砂粒占0.5%～3.0%，一般1.7%左右。土質(zhì)均勻。

4.2 天然含水率

天然含水率范圍值w=6.0%～24.6%，平均值13.0%，一般w=10.0%～16.0%。通過對該段所做土樣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)含水率w＞20.0%時(shí)，黃土一般不具濕陷性，偶具輕微濕陷性，說明含水率越高，濕陷可能性就越小。

4.3 天然干密度

天然干密度范圍值ρd=1.20～1.48g/cm3，平均值為1.36g/cm3，一般 ρd=1.30～1.43g/cm3。通過對該段所做土樣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)干密度ρd＞1.52g/cm3時(shí)，黃土一般不具濕陷性，且干密度越小濕陷性越大，說明干密度越高，濕陷可能性就越小。

4.4 天然孔隙比

天然孔隙比范圍值e=0.8～1.3，平均值為1.05，一般e=0.9～1.2。通過對該段所做土樣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)孔隙比e＜0.7時(shí)，黃土一般不具濕陷性，且孔隙比越大濕陷系數(shù)越大，說明孔隙比越小，濕陷可能性就越小。

4.5 壓縮系數(shù)

壓縮系數(shù)范圍值av1-2=0.07～1.18MPa-1，平均值為0.48MPa-1，多具中等～高壓縮性。對一般土來講干密度越大、孔隙比越小，土就越密實(shí)，壓縮系數(shù)就越小。通過對該段所做土樣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有部分土樣存在含水率大天然干密度大壓縮系數(shù)大濕陷系數(shù)小，含水率小天然干密度小壓縮系數(shù)小濕陷系數(shù)大這樣一個(gè)規(guī)律。

5.黃土的濕陷性評價(jià)

5.1 可研階段的評價(jià)

在禹門口提水東擴(kuò)工程管道供水線路的濕陷性黃土的評價(jià)中，在可研階段按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004附錄A《中國濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)略圖》中的分區(qū)。對汾河兩岸Ⅲ級階地的土層，我們認(rèn)為其沉積成因類似，巖性及顆粒組成接近，土體結(jié)構(gòu)、孔隙及垂直節(jié)理基本類同。場地濕陷性評價(jià)按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）執(zhí)行，采用公式（4.4.4）、公式（4.4.5）對濕陷性黃土場地自重濕陷量的計(jì)算值Δzs和濕陷量的計(jì)算值Δs進(jìn)行計(jì)算。公式（4.4.4）中因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)β0的取值按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）的附圖A《中國濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)略圖》中分區(qū)Ⅱ隴東-陜北-晉西地區(qū)與Ⅳ1山西-冀北地區(qū)的分區(qū)界線在汾河右岸的Ⅲ級階地中間劃分為兩個(gè)區(qū)，因此就出現(xiàn)了在分區(qū)界線的西側(cè)β0的取值為1.2；在分區(qū)界線的東側(cè)β0的取值為0.5的兩種不同值。我們在濕陷性黃土的評價(jià)中就采用了β0取大值的方法對濕陷性黃土場地自重濕陷量的計(jì)算值Δzs和濕陷量的計(jì)算值Δs進(jìn)行計(jì)算，對濕陷性黃土地基濕陷等級的判定結(jié)果是樁號0＋000至4＋771.60段為自重Ⅲ級（夾雜少部分自重Ⅳ級）；樁號4＋771.60～7＋755.00屬自重Ⅱ級；樁號7＋755.00～10＋945.30主要為自重Ⅱ級（夾雜少部分自重Ⅲ級、自重Ⅳ級）；樁號G21＋454.20～48＋765.50屬自重Ⅲ級（夾雜少部分自重Ⅱ級、自重Ⅳ級）。該引水管線段包含的自重Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級三種濕陷性黃土地基，將對工程造價(jià)、工期產(chǎn)生重要的影響。

5.2 初步設(shè)計(jì)階段的評價(jià)

初步設(shè)計(jì)階段我們加密了勘探點(diǎn)，在評價(jià)中我們認(rèn)真地學(xué)習(xí)了《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，研究分析了附錄A《中國濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)略圖》及表A《濕陷性黃土的物理力學(xué)指標(biāo)》以及條文說明4.4.4的有關(guān)內(nèi)容，從條文說明4.4.4的解釋來看：山西、河南、河北等地區(qū)自重濕陷量的實(shí)測值通常小于計(jì)算值，其表A所列河津鋁廠的實(shí)測值與計(jì)算值的比值為0.53。從《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004附錄A《中國濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)略圖》及表A《濕陷性黃土的物理力學(xué)指標(biāo)》上來看，并結(jié)合北莊村自重濕陷量的實(shí)測值74.2mm與計(jì)算值198.0 mm（修正系數(shù)為1時(shí)）的比值為0.37，與β0為0.5接近。為此工程所在地應(yīng)全部屬于山西-冀北地區(qū)，為Ⅳ1類地區(qū)。所以我們認(rèn)為《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004附錄A《中國濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)略圖》中分區(qū)Ⅱ隴東-陜北-晉西地區(qū)與Ⅳ1山西-冀北地區(qū)的分區(qū)界線在圖中的位置有誤，應(yīng)該沿呂梁山脈分界，其圖中界線整體偏東，特別在隰縣以南到新絳河津均于山脈走勢不符，偏向東南。為此在初步設(shè)計(jì)階段濕陷性黃土的評價(jià)中β0的取值采用了0.5。濕陷性黃土地基濕陷等級的判定結(jié)果是樁號0＋000至4＋771.60段為自重Ⅱ級（夾雜少部分自重Ⅲ級）；樁號4＋771.60～7＋755.00屬非自重Ⅰ級（輕微）；樁號7＋755.00～10＋945.3主要為非自重Ⅱ級（夾雜少部分自重Ⅱ級）；樁號 G21＋587.72～～48＋765.50 為自重Ⅱ級和非自重Ⅱ級（夾雜少部分非自重Ⅰ級、自重Ⅲ級）。

5.3 管線濕陷等級分布情況分析

對汾河兩岸Ⅲ級階地濕陷性黃土地基濕陷等級的判定結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表1為不同的β0時(shí)管線濕陷等級分布情況。表中顯示：當(dāng)β0=1.2時(shí)，自重Ⅱ級以下累計(jì)長度占總管線的57.6%，但β0=0.5時(shí)，自重Ⅱ級以下累計(jì)長度占總管線的88.3%。以上結(jié)果將對PCCP管基設(shè)計(jì)優(yōu)化提供幫助。

表1 不同的β0時(shí)管線濕陷等級分布情況

6 管道的地基處理

禹門口提水東擴(kuò)工程全線采用PCCP管道，直徑包括2.0 m、1.8m、1.6m、1.4m四種。

6.1 PCCP管道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與適應(yīng)地基變形能力分析

（1）PCCP管道基礎(chǔ)的特點(diǎn)

回填后管道基底壓力（管道自重＋管道內(nèi)水重＋管頂覆土重）小于原狀土自重壓力。

（2）PCCP管道具有較強(qiáng)的適應(yīng)地基變形的能力

（3）禹門口提水東擴(kuò)工程PCCP管道由于承插口間隙設(shè)計(jì)基本一致，所以隨著管徑的減小，最大借轉(zhuǎn)角度有所增大，管道直徑越小，適應(yīng)地基變形能力越強(qiáng)。

6.2 禹門口提水東擴(kuò)工程PCCP管基墊層處理措施分析

根據(jù)GB50025-2004第5.5.11條設(shè)計(jì)規(guī)定。結(jié)合汾河兩岸Ⅲ級階地濕陷性黃土地基濕陷等級的判定結(jié)果以及PCCP管道的特點(diǎn)，管道沿線2：8灰土墊層設(shè)計(jì)厚度進(jìn)行了優(yōu)化，節(jié)約了投資、加快了進(jìn)度。

7 結(jié)語

通過對禹門口提水東擴(kuò)工程管道供水線路的濕陷性黃土的勘察評價(jià)和地基處理措施的分析，認(rèn)識到濕陷性黃土的評價(jià)要室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合，地基處理措施要與工程的建筑結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，充分分析工程特性，確定合理的地基處理措施。