陜北黃土地區(qū)引調(diào)水線路第四系工程地質(zhì)問題及對策

余勝利

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 712000）

黃土地區(qū)由于其特有的性質(zhì)和獨特的地貌形態(tài)，在黃土地區(qū)興建水利工程會碰到與其他地區(qū)有很大區(qū)別的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)問題，本文以陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃定邊供水提升改建工程為實例，圍繞在陜北黃土地區(qū)引調(diào)水線路的工程地質(zhì)問題展開討論，對黃土地區(qū)的管道、隧洞、黃土邊坡穩(wěn)定性以及庫區(qū)的滲漏、濕陷變形等主要工程地質(zhì)問題及處理措施進(jìn)行分析探討。

1 工程概況

陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃定邊供水提升改建工程分陜西、甘肅、寧夏三省區(qū)公用工程和各省區(qū)專用工程。其中定邊供水工程是鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程陜西省專用部分，面積約2364 km2，項目配套工程主要有輸水管線、調(diào)蓄水池，水廠以及泵站等，主要以解決定邊、靖邊高氟區(qū)人畜飲水及部分工業(yè)企業(yè)用水，發(fā)展生態(tài)的一項以防氟為主的三等扶貧工程。本工程為鹽環(huán)定定邊供水提升改建工程，在一期、二期工程基礎(chǔ)上對已成工程進(jìn)行提升改建。

2 地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

該工程位于陜北黃土高原與毛烏素沙漠之間的過渡地帶，白于山以北，毛烏素沙漠以南，總體地勢輪廓為西高東低，南高北低。南部長期受水力沖刷、風(fēng)力搬運(yùn)作用的影響，形成了典型的堆積侵蝕黃土斜坡地貌，北部以及中部主要為風(fēng)洪積平原地貌，區(qū)域內(nèi)還零星分布有風(fēng)積丘陵梁崗地形。主要地貌包括黃土堆積侵蝕斜坡、風(fēng)洪積平原、風(fēng)積堆積丘陵梁崗及洪積扇。

2.2 地層巖性

工程區(qū)內(nèi)主要分布第四系（Q），在區(qū)內(nèi)廣泛分布，巖相變化大。出露地層主要為第四系黃土、黃土狀土、古土壤及砂壤土層。其中黃土及黃土狀土土質(zhì)均一，主要分布在分布于區(qū)域南部黃土堆積侵蝕斜坡下部及黃土梁，該層厚度一般6.0 m～15.0 m，最大厚度24.4 m；砂壤土層主要分布在黃土斜坡前緣及其以北廣大風(fēng)洪積堆積平原地區(qū)，厚度小于15 m。

2.3 水文地質(zhì)

本區(qū)為干旱的大陸性氣候，降雨量少，蒸發(fā)量大，地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，地下水埋深按地貌單元差異較大，蓄水后主要持水層為黃土層孔隙及裂隙。

3 第四系主要工程地質(zhì)問題及處理措施

工程區(qū)范圍內(nèi)地表出露的地層主要以第四系為主，該地區(qū)第四系成因及巖性主要為沖積、風(fēng)積以及洪積的黃土、黃土狀土、壤土和砂壤土，局部夾有薄層粉細(xì)砂層。

3.1 庫區(qū)滲漏

根據(jù)以往多個黃土地區(qū)工程項目實踐證明，黃土的滲漏量相當(dāng)可觀，供水管線或者水庫初次通水還未達(dá)到目的地就全部滲完的情況時有發(fā)生。本次項目新建陡溝調(diào)蓄水池設(shè)計庫容1300 萬m3，調(diào)蓄水池設(shè)計正常蓄水位高程1510 m，位于黃土高原北部，主要地貌類型為堆積侵蝕黃土斜坡、風(fēng)洪積平原以及沖洪積扇，地層主要為白堊系第四系松散堆積物，兩岸黃土塬面較寬，五大的構(gòu)造斷裂，上部主要巖性為黃土及黃土狀土，下部基巖巖性為泥巖、砂巖互層，其中黃土及黃土狀壤土屬弱透水～微透水性，基巖巖性為泥巖、砂巖互層，強(qiáng)風(fēng)化厚度2 m～3 m，屬中等～弱透水性，下部弱風(fēng)化～微風(fēng)化巖體q＜3 Lu，可視為相對不透水層。其主要滲漏為前期對庫底土的飽和需水量。通過對各巖土層進(jìn)行室內(nèi)巖性分析，上覆黃土、黃土狀土砂壤土層滲透系數(shù)K=2.0×10-5cm/s～9.45×10-5cm/s，屬微透水性，孔隙率n=43%～51%，飽和度Sr=17.4%～52.5%。通過對地形地貌、地層結(jié)構(gòu)及地層滲透性綜合分析，水庫蓄水初期存在暫時性滲漏，但水庫永久性滲漏輕微，對水庫運(yùn)行影響不大，同時兩岸沖溝距庫區(qū)較遠(yuǎn)，正常蓄水位遠(yuǎn)高于地下水位，且無單薄山梁，不存在鄰谷滲漏問題。

陜北水資源匱乏，當(dāng)庫底滲漏量大時，應(yīng)對庫底進(jìn)行防滲處理，處理方法是先蓄水一兩次，等水干后填塞構(gòu)造裂縫和濕陷裂縫，再整理庫底進(jìn)行原土翻壓或者塑料薄膜防滲處理。

3.2 黃土濕陷性

黃土濕陷性是黃土特有的工程地質(zhì)特性，在天然狀態(tài)下黃土強(qiáng)度較高，一旦遇水，強(qiáng)度急劇下降，嚴(yán)重威脅和影響工程建筑的正常運(yùn)行。根據(jù)勘探資料，項目區(qū)域內(nèi)分布于黃土斜坡處的黃土失陷系數(shù)為0.003～0.008，無濕陷性，濕陷起始壓力＞200kPa；分布于山前丘陵處的砂壤土濕陷系數(shù)0.001～0.016，濕陷性無～輕微，表層1m 左右有少量樣品濕陷系數(shù)達(dá)0.061，濕陷起始壓力＞200kPa，濕陷性中等，建議進(jìn)行管基開挖時予以清除；分布于風(fēng)洪積平原處的濕陷性砂壤土濕陷系數(shù)0.015～0.070，濕陷輕微～強(qiáng)烈，濕陷起始壓力44 kPa～96 kPa，濕陷下限9 m；分布于洪積平原及洪積扇處的濕陷性壤土濕陷系數(shù)0.015～0.060，濕陷輕微～中等，濕陷起始壓力42 kPa～128 kPa，濕陷下限8m；分布于黃土斜坡處的濕陷性壤土濕陷系數(shù)0.015～0.077，濕陷輕微～強(qiáng)烈，濕陷起始壓力30 kPa～87 kPa，濕陷下限＞15 m。對于具有濕陷性的場地采用灰土墊層的解決辦法，處理厚度根據(jù)失陷等級0.5 m～1.5 m 不等。

3.3 邊坡穩(wěn)定性

管線沿線會經(jīng)過沖溝，干燥狀態(tài)下黃土類土具有較高的強(qiáng)度，邊坡穩(wěn)定條件較好，但當(dāng)其浸水后，強(qiáng)度會急劇降低，從而導(dǎo)致邊坡的失穩(wěn)，溝道沖刷及溯源侵蝕可能對管基有影響，建議對管線近溝段做好防沖刷措施。

調(diào)蓄水池庫區(qū)岸坡主要由黃土、黃土狀壤土組成，未見基巖岸坡出露，兩岸斜坡坡面傾角50°～65°，水庫地質(zhì)調(diào)查過程崩塌堆積體及落水洞發(fā)育。庫區(qū)主要為黃土斜坡，由于沖溝發(fā)育，水庫蓄水后易形成三面環(huán)水，庫水位的升降必然導(dǎo)致庫岸斜坡黃土層物理力學(xué)性質(zhì)的改變，使得庫岸黃土斜坡發(fā)生再造，是構(gòu)成水庫塌岸的主要物質(zhì)來源，水庫蓄水后正常蓄水位以下邊坡坡度較陡，蓄水后塌岸問題嚴(yán)重。后期施工需對庫區(qū)岸坡進(jìn)行工程處理措施。

3.4 地基土膨脹性

管線基礎(chǔ)第三系粘土及粘土巖分布廣泛，屬于典型膨脹土，建議在基礎(chǔ)底部墊0.3 m 以上的砂礫石層，嚴(yán)密封閉管道滲漏。類比前期資料，含粘土石膏自由膨脹率及膨脹力均較小，故可不考慮膨脹性。由于石膏遇水易溶解，開挖過程中應(yīng)清除表層強(qiáng)風(fēng)化，使用抗硫酸鹽水泥，以防腐蝕，同時應(yīng)做好防水封閉措施，以防溶解、流失而降低基礎(chǔ)強(qiáng)度。

3.5 黃土類土壓縮性

本次勘察對工程區(qū)不同地貌單元土體進(jìn)行探坑取樣，由實驗數(shù)據(jù)可知，砂壤土（Q41eol+pl）壓縮系數(shù)a1-2=0.51 MPa-1為高壓縮性土，壤土（Q4pl）壓縮系數(shù)a1-2=0.36 MPa-1～0.70 MPa-1為中高壓縮性土，黃土（Q3eol）壓縮系數(shù)a1-2=0.48 MPa-1～0.92 MPa-1為中高壓縮性土，壤土（Q3al+pl）壓縮系數(shù)a1-2=0.33 MPa-1為中壓縮性土。其中黃土壓縮性總體較高，根據(jù)一些研究表明，強(qiáng)夯壓實黃土的干密度普遍降低，同時其壓縮模量和強(qiáng)度顯著提高，所以建議對其進(jìn)行夯實處理。

4 結(jié)論

黃土地區(qū)由于其特殊性，存在不少特有的工程地質(zhì)問題，針對在黃土地區(qū)引調(diào)水線路的第四系工程地質(zhì)問題也應(yīng)當(dāng)做到對具體問題進(jìn)行具體的分析，同時要考慮到該地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件因素，并結(jié)合當(dāng)?shù)匾延械墓こ探?jīng)驗來完善引調(diào)水線路工程的有效性。