邢 征

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

1 工程地質(zhì)概況

禹門口提水東擴(kuò)工程位于山西省中南部，是向臨汾、運(yùn)城6縣市（新絳、稷山、襄汾、侯馬、曲沃、翼城）工、農(nóng)業(yè)以及農(nóng)村生活供水的保障性給水工程。工程輸水主管線采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，全長48.8km，管道線路主要經(jīng)過的區(qū)域是典型的濕陷性黃土地區(qū)，地表覆蓋晚更新世Q3f（新絳、襄汾、侯馬、曲沃）、Q3L（翼城）以及全新世Q4f地層，主要地貌單元為山前沖洪積傾斜平原區(qū)、汾河河谷、漫灘及階地，該段汾河主要發(fā)育一級(jí)階地和三級(jí)階地。

參照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（以下簡稱《黃土規(guī)范》），山西濕陷性黃土地區(qū)可分為兩個(gè)區(qū)域，分別為：Ⅱ區(qū)（隴東—陜北—晉西）、Ⅳ區(qū)（山西—冀北），主管線分布在Ⅳ區(qū)。該地區(qū)低階地多屬非自重濕陷性黃土，高階地多屬自重濕陷性黃土，濕陷性黃土層5~10m，濕陷等級(jí)為Ⅱ~Ⅲ級(jí)。

2 黃土濕陷性評(píng)價(jià)方法

《黃土規(guī)范》對(duì)黃土濕陷性的評(píng)價(jià)方法為：第一，依據(jù)自重濕陷量的計(jì)算值Δzs或自重濕陷量實(shí)測值Δzs′判定濕陷性黃土場地的濕陷類型；第二，依據(jù)濕陷量的計(jì)算值Δs和Δzs判定濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)。場地濕陷類型（無論是自重濕陷黃土場地還是非自重濕陷黃土場地）、地基濕陷等級(jí)（地基的濕陷程度）都是濕陷性黃土地區(qū)的重要工程屬性，決定著地基處理方案的合理選擇和設(shè)計(jì)。由于黃土的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用Δzs來判定場地濕陷類型及地基濕陷等級(jí)時(shí)往往與實(shí)際存在差異，因此《黃土規(guī)范》規(guī)定計(jì)算Δzs時(shí)需用修正系數(shù)β0進(jìn)行修正，使Δzs與Δzs′盡量接近，計(jì)算公式為：

式中：δzsi——第i層土的自重濕陷系數(shù)（上覆土飽和自重壓力下的濕陷系數(shù)）；

hi——第i層土的厚度，mm；

β0——因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)。

我國黃土土質(zhì)具有區(qū)域性差異的特點(diǎn)，β0的取值也具有相似的區(qū)域性差異?！饵S土規(guī)范》對(duì)β0的取值做了如下注解：在缺乏實(shí)測資料時(shí)可按下列規(guī)定取值：隴西地區(qū)取1.5；隴東—陜北—晉西地區(qū)取1.2；關(guān)中地區(qū)取0.9；其他地區(qū)取0.5。規(guī)范建議的β0是在不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行大量Δzs與相對(duì)應(yīng)的Δzs′比較而得到的統(tǒng)計(jì)值，是近似計(jì)算的修正系數(shù)。

3 試驗(yàn)概況

3.1 試驗(yàn)場地工程地質(zhì)條件

試驗(yàn)場地位于侯馬市北莊村禹門口東擴(kuò)工程二級(jí)泵站旁，地貌單元為汾河三級(jí)階地，地下水埋深60m，探井深度為10m。通過取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，探井揭露試驗(yàn)場地的地層結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 試驗(yàn)場地地層結(jié)構(gòu)

3.2 現(xiàn)場靜荷載試驗(yàn)

依據(jù)《黃土規(guī)范》，采用單線法試驗(yàn)方法，在同一場地的相同標(biāo)高及相同土層分別按照50kPa，100kPa，150kPa，200kPa四級(jí)壓力進(jìn)行試驗(yàn)。承壓板采用方形，邊長0.71m，面積0.5m2，試坑邊長2.13m，壓板底部使用10～15mm厚的粗中砂找平，壓板距地表高度為1.5m。試驗(yàn)每級(jí)加壓增量為25kPa，連續(xù)2h內(nèi)，每小時(shí)的下沉量小于0.1mm時(shí)，壓板下沉趨于穩(wěn)定即加下一級(jí)壓力。試坑深度為1.5m，試驗(yàn)成果見圖1。

圖1 北莊村p-Ss曲線

由圖1可知，該試驗(yàn)點(diǎn)距地表1.5m處濕陷起始?jí)毫?0kPa。

3.3 現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)

試坑浸水試驗(yàn)依據(jù)《黃土規(guī)范》的要求實(shí)施，在進(jìn)行現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)之前，對(duì)試驗(yàn)場地進(jìn)行釬探時(shí)，確定試驗(yàn)場地沒有墓穴等干擾因素存在。試坑為圓形，直徑10m，坑深0.5m，坑底鋪設(shè)厚100mm的砂礫石層。試坑內(nèi)共設(shè)置13個(gè)標(biāo)點(diǎn)，呈十字型布置，標(biāo)點(diǎn)均為淺標(biāo)點(diǎn)，埋深30cm；試坑外布置12個(gè)地面觀測標(biāo)點(diǎn)并設(shè)置2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，使用水準(zhǔn)儀測量坑內(nèi)外標(biāo)尺（觀測點(diǎn)）與基準(zhǔn)點(diǎn)的高度差計(jì)算標(biāo)尺（觀測點(diǎn)）相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的沉降量。

浸水試驗(yàn)共歷時(shí)54d，其中浸水36d，停水后繼續(xù)觀測18d，浸水過程總注水量4187m3。試驗(yàn)前期日注水量較大，隨著土層自上而下逐漸飽和，日注水量趨于穩(wěn)定，日均注水量120m3。試驗(yàn)期間，試坑外圍出現(xiàn)若干細(xì)微裂縫段，最長裂縫約2.5m，位于試坑正北方向距坑邊2.5m處，試坑外圍地面無塌陷。至觀測結(jié)束，實(shí)測最大沉降量發(fā)生在Ⅰ號(hào)標(biāo)點(diǎn)（試坑中心），其最終累計(jì)沉降量為74.1mm，其中試驗(yàn)浸水階段沉降量為69.8mm，停水階段沉降量僅4.3mm。自試坑中心向外各標(biāo)點(diǎn)累計(jì)沉降量逐漸減小，試坑外地面觀測標(biāo)點(diǎn)無明顯沉降。

為便于說明場地自重濕陷發(fā)生發(fā)展的全過程，以試坑中心Ⅰ號(hào)標(biāo)尺的沉降（累計(jì)沉降、單日沉降）隨時(shí)間變化曲線（見圖2和圖3）為例進(jìn)行詳細(xì)說明（試坑內(nèi)其他標(biāo)點(diǎn)的沉降具有與Ⅰ號(hào)標(biāo)點(diǎn)相似的發(fā)展過程）。從圖2和圖3可以看出，試坑沉降大致可分為3個(gè)階段，第一階段自第1d至第6d，這個(gè)階段累計(jì)沉降量曲線的斜率較小，試驗(yàn)前6d的平均日沉降量小于2mm/d，濕陷速率較緩慢。第二階段自第7d至第23d，第7d出現(xiàn)了單日沉降量的峰值，濕陷速度加快，累計(jì)沉降量曲線的斜率明顯增大，隨后日沉降量緩慢減小，至浸水第23d單日沉降量的5d移動(dòng)平均線減小到1mm/d，濕陷速率非常緩慢。第三階段自第24d至第54d，累計(jì)沉降量曲線的斜率逐漸減小并最終走平，單日沉降量的5d移動(dòng)平均線逐漸接近于0，沉降趨于穩(wěn)定。通過上述三個(gè)階段分析可以看出，浸水濕陷過程呈現(xiàn)慢—快—慢（穩(wěn)定）的發(fā)展規(guī)律。

圖2 Ⅰ號(hào)標(biāo)點(diǎn)累計(jì)沉降量

圖3 Ⅰ號(hào)標(biāo)點(diǎn)單日沉降量

以Ⅰ號(hào)標(biāo)尺的最終沉降量74.1mm作為該場地的 Δzs′。以該試驗(yàn)場地 Δzs′=74.1mm，Δzs（β0′=1）=198mm反算該場地的實(shí)際β0值為0.37，與《黃土規(guī)范》建議的該地區(qū)β0取0.5比較接近。依據(jù)《黃土規(guī)范》規(guī)定，判定為自重濕陷場地。

4 結(jié)語

此次試驗(yàn)場地濕陷性黃土層厚度為10m，現(xiàn)場靜荷載試驗(yàn)實(shí)測距地面1.5m深度處濕陷起始?jí)毫χ禐?0kPa，現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)實(shí)測自重濕陷量為74.1mm，為自重濕陷場地。

禹門口提水東擴(kuò)工程主管線分布在濕陷性黃土Ⅳ區(qū)，該區(qū)域《黃土規(guī)范》建議的β0取值為0.5，與現(xiàn)場試驗(yàn)實(shí)測β0比較接近。