南水北調(diào)某輸水管線倒虹吸工程地質(zhì)研究

□張治廣（河南省水利勘測(cè)有限公司）

南水北調(diào)某受水區(qū)供水配套工程輸水管線穿河倒虹建筑物，距京廣鐵路和107國道約1km，有鄉(xiāng)間水泥路與107國道、S101省道相連,交通便利。倒虹進(jìn)口段起點(diǎn)坐標(biāo)為X=3951492.131，Y=522227.048，相應(yīng)設(shè)計(jì)樁號(hào)SLT3+3050，出口段終點(diǎn)坐標(biāo)為X=3951302.303，Y=522607.301，相應(yīng)設(shè)計(jì)樁號(hào) SLT3＋475，倒虹全長425m。設(shè)計(jì)管徑3.0m，進(jìn)口處管底高程為78.02m，水平段管底高程為68.00m，出口處管底高程為76.56m。

初設(shè)階段工程地質(zhì)勘察的主要任務(wù)是查明建筑物場(chǎng)區(qū)的地形地貌、地層巖性特征及水文地質(zhì)條件；各土體單元的物理力學(xué)性質(zhì)，提出各巖、土體單元的地質(zhì)設(shè)計(jì)參數(shù)；了解勘察區(qū)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性，提出地震動(dòng)峰值加速度值及相應(yīng)的地震基本烈度值；對(duì)建筑物存在的主要工程地質(zhì)問題作出評(píng)價(jià)，并提出建議；查明各類天然建筑材料的質(zhì)量、儲(chǔ)量及開采運(yùn)輸條件，并對(duì)其做出評(píng)價(jià)和提出建議，為設(shè)計(jì)單位提供可靠的地質(zhì)勘測(cè)資料。

一、地質(zhì)環(huán)境與結(jié)構(gòu)分析

（一）地形地貌

穿河倒虹工程場(chǎng)區(qū)位于為山前沖洪積傾斜平原和黃衛(wèi)沖洪積平原結(jié)合部位，場(chǎng)區(qū)為不對(duì)稱河谷地貌形態(tài)，兩岸地勢(shì)較為開闊。在枯水期，由于上游的取水和攔水，呈現(xiàn)斷流狀態(tài)。在場(chǎng)區(qū)附近，淇河流向由北向南，由于河流的側(cè)向侵蝕，兩岸不對(duì)稱，左岸為侵蝕岸，發(fā)育有Ⅰ級(jí)階地，岸坡陡峭，崖最高約4.5m。右岸為堆積岸，發(fā)育有漫灘和Ⅰ級(jí)階地，岸坡呈臺(tái)階狀。

（二）地層巖性

工程場(chǎng)區(qū)勘察深度范圍內(nèi)揭露地層為上覆第四系全新統(tǒng)沖洪積成因的砂壤土、輕壤土及卵石，下伏上第三系中新統(tǒng)鶴壁組泥灰?guī)r、砂巖、礫巖及粘土巖。

一是砂壤土：左岸土質(zhì)呈中密狀；右岸土質(zhì)呈松散～稍密狀。左岸含有約10%的礫石，右岸局部變?yōu)榉奂?xì)砂。分布在Ⅰ級(jí)階地上；二是卵石：灰色，以灰?guī)r為主，其次為石英巖、安山巖、少許火山碎屑巖及橄欖巖等。多呈橢圓形，少量次棱角狀，粒徑一般5～10cm，最大可達(dá)到25cm。卵石含量約95%，砂、礫充填，無膠結(jié)，松散狀。分布在河漫灘及河床；三是輕壤土：可塑～硬塑狀，局部夾厚0.3～0.6m厚的黃色中細(xì)砂層透鏡體。偶見螺殼碎片，土質(zhì)不均勻。主要分布于兩岸，鉆孔揭示厚度為1.2～6.3m。四是卵石：多呈橢圓狀，少量呈次棱角狀，粒徑一般5～10cm。卵石含量約85%，砂、礫充填，較密實(shí)。在該層頂部鉆孔QHKb1處揭示有厚約0.6m的細(xì)砂透鏡體。該層在河床及河漫灘底部較薄，鉆孔揭示厚0.6～2.4m；在兩岸較厚，鉆孔揭示厚度：左岸2.8～4.0m，右岸7.2～8.3m；五是泥灰?guī)r：灰白色，鈣質(zhì)膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)。其中泥質(zhì)膠結(jié)的泥灰?guī)r極易風(fēng)化和破壞，鈣質(zhì)膠結(jié)的巖芯較完整。成巖程度差，屬膨脹性軟巖，呈透鏡體狀分布在樁號(hào)SLT3+176以西，鉆孔揭示厚度2.8～3.6m；六是砂巖：灰色，粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，局部未膠結(jié)，成巖差，巖芯呈短柱狀，風(fēng)化狀態(tài)呈松散狀，見溶蝕小孔及黑色鐵錳質(zhì)條紋，砂粒成分以長石、石英為主。分布不均勻；七是礫巖：成分為石灰?guī)r，粒徑一般2～4cm，最大達(dá)6cm，多呈次圓形和次棱角狀，含量50%～90%，鈣質(zhì)和泥質(zhì)膠結(jié)。成巖較好。分布不均勻，鉆孔揭示厚度2.3～7.2m；八是粘土巖:棕黃色、棕紅色，夾雜灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，主要礦物成分為高嶺石、水云母、方解石等。局部鈣質(zhì)含量較高，含有鈣質(zhì)團(tuán)塊，粒徑1～5cm，含量5%～10%，見鐵錳質(zhì)薄膜。一般成巖差。呈透鏡體狀分布在樁號(hào)SLT3+335以東（即主河床以東），鉆孔揭示厚度3.6～8.0m；九是砂巖：棕黃色，粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，局部未膠結(jié)，成巖差，巖芯多呈短柱狀。該層未鉆穿，在鉆孔QHKb3底部有揭示，揭示厚度4.0m。

（三）地質(zhì)構(gòu)造與地震

1.地質(zhì)構(gòu)造。場(chǎng)區(qū)新構(gòu)造分區(qū)屬華北斷陷—隆起區(qū)（Ⅱ）的太行山隆起（Ⅱ3）東南與河北斷陷（Ⅱ5）西南部交接處圖。場(chǎng)區(qū)區(qū)域新構(gòu)造斷裂主要有湯西、湯中、湯東斷裂。場(chǎng)區(qū)勘探深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)第四系活動(dòng)斷裂跡象。

2.地震?？辈靺^(qū)位于華北地震構(gòu)造區(qū)的河北平原地震帶的西部，場(chǎng)區(qū)附近地震活動(dòng)頻度高，強(qiáng)度較大，歷史地震比較多，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性差。其中具有破壞性（M〉4）較大地震有4次，對(duì)工程場(chǎng)區(qū)地震安全性有重要影響。據(jù)國家地震局分析預(yù)報(bào)中心編制的《南水北調(diào)中線工程沿線設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃報(bào)告》，本工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g；相當(dāng)于地震基本烈度Ⅷ度。

（四）水文地質(zhì)條件

1.氣象水文。工程區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬春干冷多風(fēng)，夏季炎熱多雨，年均氣溫13.7℃，降水量多年平均648mm，降水多集中在 7、8、9 月份，無霜期 221d。

2.地下水類型。工程場(chǎng)區(qū)地下水類型為潛水，第四系全新統(tǒng)卵石和上第三系砂巖、礫巖構(gòu)成統(tǒng)一含水層組。水位動(dòng)態(tài)屬入滲～逕流型，即通過大氣降水和地表水滲入補(bǔ)給，消耗于側(cè)向逕流排泄。汛期河水補(bǔ)給地下水，枯水期地下水補(bǔ)給河水。

3.各巖土體單元滲透性。根據(jù)室內(nèi)滲透試驗(yàn)和南水北調(diào)總干渠附近工程地質(zhì)資料，場(chǎng)區(qū)輕壤土具微～弱透水性，粘土巖具弱透水性，卵石、砂巖、礫巖具中等～強(qiáng)透水性。

4.地下水化學(xué)特征?？辈炱陂g，在附近民井水(潛水)、地表水（河水）中取水樣各1組，進(jìn)行水質(zhì)簡分析和侵蝕性CO2分析。

分析成果表明：地表水（河水）：水化學(xué)類型為HCO3-Na-Ca型。礦化度0.343g/L，為淡水；總硬度8.21德國度，為軟水；pH值7.68，為弱堿性水；侵蝕性CO2為0.00mg/L；潛水（民井水）：HCO3-Ca-Mg型水；地下水礦化度為0.427g/L，屬淡水；總硬度為23.17德國度，屬硬水；地下水pH為7.61，屬弱堿性水，侵蝕性CO2含量為0.00mg/L。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄L判別，場(chǎng)區(qū)地下水和地表水對(duì)混凝土均無腐蝕性。

（五）物理地質(zhì)現(xiàn)象

場(chǎng)區(qū)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為沖溝和人工取石（卵石）坑及岸坡塌落現(xiàn)象。在倒虹吸進(jìn)口至淇河右岸河口處，發(fā)育有一處大致由西向東的沖溝，沖溝寬一般約30～40m，長約240m，溝深一般3.5～4.0m，溝壁較陡直。沖溝距倒虹最近處約50m，對(duì)倒虹吸管的埋設(shè)無影響。在倒虹吸附近河漫灘上有幾處人工取石坑，主要是采砂形成的，坑體形態(tài)大小不一，最大坑深約2.1m，距倒虹吸頂板約3.5m，對(duì)倒虹埋設(shè)影響不大。在地表片流沖刷作用下，右岸較松散的輕壤土和砂壤土有較小的滑塌現(xiàn)象，但滑塌體很小，影響深度有限，對(duì)倒虹埋設(shè)影響不大。

二、建筑物工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

（一）地質(zhì)結(jié)構(gòu)

根據(jù)建筑物場(chǎng)區(qū)地形地貌及土、巖體空間分布特征，工程區(qū)倒虹為土、巖雙層結(jié)構(gòu)。右岸及Ⅰ級(jí)階地上部地層為砂壤土、輕壤土和卵石，下部地層為泥灰?guī)r及砂巖；左岸及Ⅰ級(jí)階地上部地層為輕壤土、砂壤土和卵石，下部地層為礫巖及粘土巖；河床及河漫灘上部地層主要為卵石，下部地層主要為砂巖和礫巖。

（二）主要工程地質(zhì)問題

根據(jù)建筑物型式和工程地質(zhì)條件，工程區(qū)存在的主要工程地質(zhì)問題為施工排水及施工導(dǎo)流和施工邊坡穩(wěn)定問題。

1.施工排水、施工導(dǎo)流問題。淇河汛期洪水流量較大，勘察期間（枯水期）測(cè)得河水位高程73.8m。潛水水位高程73.3～70.5m。

基坑排水問題：勘察期間，潛水水位高程73.3～75.2m，在河漫灘、河床和左岸近河床側(cè)地下水位高于管底設(shè)計(jì)高程，地下水位最大高于管底7m左右。潛水主要賦存于第四系卵石和上第三系砂巖和礫巖中，卵石屬強(qiáng)透水層，砂巖和礫巖屬中等～強(qiáng)透水層。地下水主要接受大氣降水和河水入滲補(bǔ)給，水量較為豐富。因此存在倒虹吸施工基坑排水問題。設(shè)計(jì)施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)地下水位及各土、巖體透水性能和不同邊界條件，采取相應(yīng)的降水、排水措施。

地表水（河水）施工導(dǎo)流問題：淇河一年中大部季節(jié)有流水，汛期洪水流量較大，存在河水施工導(dǎo)流問題。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧ㄈ缟舷掠卧O(shè)防滲圍堰、導(dǎo)流、截流槽等），確保施工安全。

2.施工邊坡穩(wěn)定問題。穿淇河倒虹工程施工開挖邊坡一般5.2～11.8m，為中低邊坡，組成邊坡巖性：兩岸及Ⅰ級(jí)階地上部地層為輕壤土、砂壤土和卵石，其中左岸近河床側(cè)下部為礫巖；河床及河漫灘上部為卵石，下部地層為砂巖。建議臨時(shí)邊坡坡比采用：上部土層及卵石1:1.25～1:1.75，下部砂、礫巖1:0.75～1:1.25。同時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)倪吰路雷o(hù)處理措施。

（三）建筑物工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

工程區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為土（礫）巖雙層結(jié)構(gòu)：淇河第四系地層具粘礫雙層結(jié)構(gòu)特征，巖性以輕壤土和卵石為主；下伏地層為上第三系中新統(tǒng)鶴壁組軟巖。依據(jù)倒虹底板設(shè)計(jì)高程，管底板主要位于第③～⑦層中，第③層輕壤土、第④層卵石、第⑥層砂巖、第⑦層礫巖地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk分別為140、300、340、450kPa。各層巖土強(qiáng)度均較高。建議采用復(fù)式邊坡，臨時(shí)邊坡高寬比采用：上部土層及卵石1:1.25～1:1.75，下部砂、礫巖1:0.75～1:1.25，并應(yīng)采取適當(dāng)?shù)倪吰路雷o(hù)處理措施。