南水北調(diào)中線(xiàn)渠道工程地質(zhì)及固坡措施

袁 浩，王雪雯

（1.河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250；2.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

1 地質(zhì)概況

本渠道位于河北省中部，屬溫帶半濕潤(rùn)地帶，東亞季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明。 多年平均氣溫12.6～13.3 ℃，月平均最低氣溫-7.5～-9.0 ℃，極端最低氣溫-18.5～-25.3 ℃； 沿線(xiàn)多年平均水面蒸發(fā)量1512～1928mm。年降水的70%～80%以上集中于7～9月，4～6月是地下水位較低時(shí)期，但3～6月農(nóng)業(yè)用水量最大。本區(qū)在不同年份、不同區(qū)域內(nèi)，地下水位的變化存在較大差異。

渠段處于傾斜平原及丘陵兩種地貌形態(tài)，其間夾河流地貌。傾斜平原主要分布在元氏縣渠段；丘陵主要分布在高邑縣、贊皇縣及元氏縣局部渠段。

渠段地質(zhì)地表被第四系地層覆蓋，占渠線(xiàn)總長(zhǎng)的97.59%； 基巖出露段長(zhǎng)度0.98km，占渠線(xiàn)總長(zhǎng)的2.41%。

根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪和鉆孔揭露，渠段發(fā)育的地層主要有：①古生界寒武系張夏組、崮山組；②奧陶系亮甲山組、 馬家溝組； ③新生界上第三系彰武組黏土巖、黏土；④新生界第四系松散地層。

渠段位于華北地震區(qū)，臨近河北平原地震帶，近期地震活動(dòng)頻繁，基本烈度6°。

渠段無(wú)主要活動(dòng)斷裂，距渠段較近的活動(dòng)斷裂主要為望都—新樂(lè)斷裂，該斷裂大體沿京廣鐵路分布，長(zhǎng)170km，正斷層，斷裂兩端及中間多處被北西向斷層水平錯(cuò)移。

2 渠道地質(zhì)問(wèn)題及固坡措施

2.1 黃土狀土濕陷性問(wèn)題

本渠段分布的濕陷性黃土狀土為非自重濕陷性黃土，具濕陷性土的試驗(yàn)起始?jí)毫?0～200kPa，大部為60kPa以上。渠段內(nèi)黃土狀土大部不具濕陷性，僅局部具輕微濕陷性。具輕微濕陷性的黃土狀土對(duì)建筑物局部有影響，如采用樁基的建筑物，黃土狀土樁基側(cè)摩阻力按零考慮，建筑物的地基和具輕微濕陷性的渠道工程建議采取夯實(shí)處理，特別是填方渠段，以減弱濕陷性對(duì)渠道邊坡及渠道襯砌的影響。

2.2 渠道邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題

渠道邊坡穩(wěn)定性是影響渠道成渠條件的重要因素，渠道邊坡穩(wěn)定性差或較差的渠段有10段，總長(zhǎng)24.608km。

2.3 渠道滲漏與地下水問(wèn)題

2.3.1 渠道滲漏

依據(jù)GB50287—99《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，本渠段發(fā)育的地層其透水性及滲漏程度一般劃分為：

（1）礫（卵）石層滲透系數(shù)k為R×10-2cm/s，具強(qiáng)透水性，易產(chǎn)生強(qiáng)滲漏；中、粗砂滲透性差別較大，全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)中、粗砂滲透系數(shù)k大部為R×10-4cm/s，具中等透水性。

（2）中更新統(tǒng)和下更新統(tǒng)中、粗砂黏粒含量高，滲透系數(shù)k為R×10-5cm/s，具弱透性；

（3）全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)粉細(xì)砂具弱透水性，滲透系數(shù)k為R×10-5～R×10-4cm/s，易產(chǎn)生弱～中等滲漏。

（4）黃土狀壤土、壤土、泥礫滲透系數(shù)k為R×10-5～R×10-6cm/s，具極微～弱透水性，易產(chǎn)生微滲漏。

根據(jù)渠坡、 渠底不同透水性巖土層的分布及地下水位與渠底和渠道水位的關(guān)系，分析認(rèn)為形成中等以上滲漏的渠道共6段，總長(zhǎng)9.792km。 其中土巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型渠道1段，長(zhǎng)1.73km； 土體結(jié)構(gòu)類(lèi)型渠道2段，長(zhǎng)2.326km；填土結(jié)構(gòu)類(lèi)型渠道3段，長(zhǎng)5.736km，如表1。

表1 中等以上滲漏渠段

2.3.2 地下水問(wèn)題

地下水對(duì)渠道和建筑物主要表現(xiàn)在施工排水和對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響； 腐蝕性及較高的地下水位對(duì)渠道的運(yùn)行和使用的影響。

地下水位較高時(shí)易產(chǎn)生地下水對(duì)渠道的回滲和靜水壓力對(duì)渠道襯砌的破壞。

2.4 河灘地成渠問(wèn)題

河灘多分布砂性土、卵石層，當(dāng)汛期地表水及地下水位抬高時(shí)，對(duì)渠坡易造成滲透破壞。建議加強(qiáng)對(duì)河灘地渠道防滲及排水措施，以保證河灘地渠道邊坡的穩(wěn)定。

2.5 凍土對(duì)渠道的影響

渠段氣候存在差異，一般封凍期在11月下旬～12月上旬，解凍期在2月下旬～3月上旬，多年平均季節(jié)性?xún)鐾辽?.46～0.68m，凍土深度由南向北顯著增加，建議考慮凍土對(duì)渠道工程的影響。

2.6 巖質(zhì)邊坡固坡問(wèn)題

巖質(zhì)邊坡的巖體為全、強(qiáng)風(fēng)化巖。經(jīng)鉆探和現(xiàn)場(chǎng)踏勘，石渠段亂掘嚴(yán)重，坑槽較多，沖溝發(fā)育，出露的巖性上部為坡殘積的含壤土碎石，一般厚度0.5～1m，最厚達(dá)7m，下部為薄層泥質(zhì)灰?guī)r，局部夾有中厚層鮞狀灰?guī)r，薄層泥質(zhì)灰?guī)r風(fēng)化嚴(yán)重，中厚層鮞狀灰?guī)r抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，形成風(fēng)化不均一現(xiàn)象，強(qiáng)風(fēng)化最深達(dá)10m，沿山脊呈規(guī)律分布。 中厚層鮞狀灰?guī)r多發(fā)育裂隙，寬度0.5～2m不等，裂隙內(nèi)充填有含碎石黏土。 巖層產(chǎn)狀走向NE5°～20°，傾向SE，傾角21°～35°，應(yīng)注意左邊坡的穩(wěn)定。 建議及時(shí)采取固坡措施。

2.7 施工排水對(duì)周?chē)h(huán)境地下水的影響

地下水位高于設(shè)計(jì)渠底的渠段總長(zhǎng)3.205km，占渠段總長(zhǎng)的8.37%。沿線(xiàn)居民飲用水多取至于深層地下水 （埋深多在150～300m）。 施工期采取排水措施時(shí)，對(duì)居民飲用水不會(huì)有太大影響，但是渠道兩側(cè)環(huán)境地下水改變，會(huì)影響到沿線(xiàn)居民灌溉用水。

3 結(jié)語(yǔ)

南水北調(diào)中線(xiàn)渠道工程，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，其渠道存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題有：黃土狀土濕陷性、渠道邊坡穩(wěn)定、渠道滲漏與地下水、河灘地成渠、渠道Q1黏土膨脹、凍土、對(duì)巖質(zhì)邊坡的處理、高地下水渠段施工排水、 高地下水渠段施工排水對(duì)周?chē)h(huán)境地下水的影響等問(wèn)題。 針對(duì)存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的處理措施。