付 强

1 工程概况

南岸干渠工程承担着拟建灌区152.51万亩的灌溉用水任务，其中自流灌区面积93.75万亩，扬水灌区面积58.76万亩。总干渠设计输水流量74 m3/s，加大输水流量85 m3/s。年引水量9.7亿m3(不考虑总干渠损失，灌区灌溉需水量9.17亿 m3)。总干渠起自南岸干渠分水枢纽，沿乌孙山北坡脚西行，以隧洞方式穿越低山丘陵区，全长163.96 km。

南岸总干渠沿线分布约20 km渠道所处地层岩性为风积黄土，土层均一，厚度较大，上部具湿陷性。根据科研及初步设计阶段黄土物理力学性试验成果，黄土主要物理力学指标为:液限24%～31.5%，平均26.6%、塑限15.5%～17.9%，平均 16.77%、塑性指数9.1～13.6，平均9.8、粘粒含量10%～20%，平均 13.9%，天然含水量一般在2.9%～11.4%范围内，渗透系数平均值为 1.36×10-4。

2 湿陷性黄土特性

根据GB 50287-99水利水电工程地质勘察规范，工程区黄土属非自重湿陷性场地，在200 kPa压力下，黄土的湿陷量为504 mm，湿陷等级为Ⅱ(中等);在100 kPa压力下(大于渠道实际附加压力)，黄土的湿陷量为235.5 mm，湿陷等级为Ⅰ(轻微)。由室内湿陷试验和现场原位载荷湿陷试验成果分析，黄土湿陷性系数是随埋深的增大而减小的，而湿陷起始压力则随埋深的增大而增加，作为渠道工程，其附加荷载较小，黄土湿陷性采用100 kPa压力下的湿陷性系数判别，确定试验段湿陷层与非湿陷层界限深度为5 m。

3 湿陷性渠基处理方法选取

湿陷性黄土地基处理的目的是消除黄土的湿陷性，同时提高地基的承载能力。常用的方法有:浸水法、强夯法、灰土挤密桩法和翻夯法等。各种处理方法都有其适用范围，局限性和优缺点。如下:浸水法能够处理湿陷层厚度大于10 m的自重湿陷性黄土，对于非自重性黄土，若不施加附加应力，使饱和黄土所受到的附加应力与上覆土体自重之和大于其湿陷起始压力，则不能起到消除湿陷性的作用;强夯法消除湿陷性黄土层的有效深度为3 m～7 m，土的天然含水量宜低于塑限含水量1%～3%，天然含水量低于10%或大于塑限含水量3%时，宜对土进行增湿或晾晒;灰土挤密桩法一般处理5 m～15 m的黄土层，当土的含水量低于12%时，宜进行增湿处理;强夯法是黄土高原地区常用的处理方法之一。

在本工程中，如采用预浸水法投入273万元，灰土挤密法需投入7 430万元;黄土翻夯法需投入2 215万元。通过方案及经济投入比较，采用预浸水法施工可以模拟渠道运行时的渗漏对渠基的影响消除隐患，保障渠道安全，因此本工程湿陷性黄土处理采用预浸水法。

4 预浸水试验

根据黄土渠道类型及湿陷特性，进行了预浸水试验。并得出以下结论及建议:1)工程区黄土渠道为非自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅰ级～Ⅱ级，试验段黄土的物理力学性质及湿陷等级与前期勘探资料相吻合;2)预浸水后，黄土渠道均出现不同程度的湿陷变形，其中，挖方渠道湿陷变形量小于3 cm;半填渠道湿陷变形量小于20 cm，同时渠堤(坡)出现纵向沉降裂缝，表明采取预浸水法处理对本工程区湿陷性黄土渠道具有明显的效果;3)挖方渠段预浸水后黄土含水量增加，由于无附加荷载的作用，干密度孔隙比、压缩模量及抗剪强度指标与预浸水前无实质性变化;而湿陷性系数有明显减小的趋势，表明通过预浸水处理可减小工程区黄土湿陷性，且渠道经过防渗和排水等工程措施，实际运行时，难以达到预浸水试验的工况，因此，预浸水法可作为本工程湿陷性黄土渠道处理的措施之一;4)预浸水后，渠堤产生的纵向沉降裂缝，为黄土在饱和的过程中，在剖面上呈近铅直的楔形，且切割深度仅限于非饱和区，若达到饱和，裂缝自行愈合，对渠道运行安全无大的影响，可考虑浸水后采取夯压等处理措施;5)通过本次试验初步成果，挖方渠段的浸水周期为不小于45 d，半填渠段的浸水周期应不少于60 d;相应的预浸水耗水量为:挖方段约19.0万m3/km;填方段(含砂砾石填筑渠段)约15.2万m3/km;6)预浸水结束后，应立即将渠内余水抽干，在无大的降雨环境下，一般需晾晒30 d后，可进行下一步工序;7)建议施工中，应保持预浸水面在渠堤面以下60 cm左右，以使渠基黄土能在浸水周期内达到饱和;在注水口应设防冲设备，以防水对渠道的冲蚀;8)预浸水结束后的晾晒过程中，渠底及渠坡均出现深约70 cm，张开宽2 cm～4 cm的干缩缝，建议渠道开挖时应留一定厚度的保护层。

5 预浸水水量计算

5.1 预浸水理论计算水量

预浸水耗水量可按照下式进行计算:

其中，K为未衬砌渠道的土壤渗透系数，m/d;b为渠底宽度，b=4.292 m;h为渠道水深，h=6.02 m;γ1为渠坡侧向毛管渗吸修正系数，由《渠道防渗工程技术》查得 γ1=1.2;hv为考虑土壤毛管渗吸影响后的渠道水深，m;m为边坡系数，m=2;Hk为毛细管水最大上升高度，可根据土壤情况由《渠道防渗工程技术》查得 Hk=1.5 m;L为单位预浸水渠道长度，km;T为预浸水时间，s。

根据土料试验资料，渠道挖方平均土料渗透系数K=1.53×10-4cm/s，填方渠道平均土料渗透系数 K=1.472×10-4cm/s。根据渠道防渗工程技术规范可得:

挖方段浸水45 d耗水量为:

渠道渗漏量w1=254.2 m3/m;

保持预浸水水位的水量w2=98.323 m3/m;

蒸发量w3=30.27 m3/m;

挖方段浸水45 d耗水量为w1+w2+w3=382.8 m3/m。

填方段渠道浸水60 d耗水量为:

渠道渗漏量w1=326.08 m3;

保持预浸水水位的水量w2=98.323 m3;

蒸发量w3=40.36 m3/m;

挖方段浸水60 d耗水量为w1+w2+w3=464.8 m3/m。

5.2 预浸水试验水量

根据对南岸干渠湿陷性黄土挖方、填方、半挖半填段进行预浸水试验，得出预浸水水量主要通过两条途径获得:1)每天观测注水管道上的固定水表计量，但注水过程中，施工单位同时用该注水管道进行其他的用水作业，并且多次出现机械及水表故障造成注水停止，注水量观测的不连续，误差较大;2)在每次沉降观测时，同时观测试验坑内水面高程来计算耗水量，但试验坑内的水位由于受到抽水机械故障等原因，经常造成浸水水位不能达到试验要求，个别试验段多次近于干涸，因此水量计算与实际耗水量有一定的误差。填方渠道因渠堤采用砂砾石填筑，砂砾石填筑层渗透性较强，导致浸水水位难以达到试验要求，根据以上综合所得，耗水量为挖方段150 m3/d，填方段为80 m3/d。挖方渠道每千米耗水约为19万m3，填方渠道(砂砾石填筑)每千米耗水约为15.2万m3。

5.3 实际耗水量

南岸干渠渠道各标段根据设计研究院提出的渠道预浸水处理技术要求，投入相应的机械设备及人财物进行了预浸水施工，各标段实际耗水量为半挖半填段447.4 m3/m，全挖方段556.3 m3/m，全填方段455 m3/m。

6 结语

通过对湿陷性黄土渠道预浸水耗水量、理论耗水量、预浸水试验耗水量、实际耗水量进行分析比较，因浸水试验段的成果受到注水机械故障、注水观测的连续性等因素影响，造成预浸水试验耗水量误差较大;理论计算受现场地质因素、气温等多方面的制约，理论计算与实际耗水量相差较大，所以应采取理论与实际相结合的方式，保证预浸水耗水量计算的正确性，达到节省工程投资目的。

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