淮河流域水利工程勘察總結(jié)與思考

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 合肥 230601）

查明工程地質(zhì)條件，是工程建設(shè)成功的先決條件，因此地質(zhì)勘察工作是水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司（原淮河水利委員會(huì)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院）成立至今，特別是經(jīng)歷第二次治淮高潮，完成了淮河流域內(nèi)淮河干流及大洪河、沙潁河、渦河、史灌河、淠河、滁河等主要干支流治理，沂沭泗流域沂（河）沭（河）邳（蒼分洪道）、韓（莊運(yùn)河）中（運(yùn)河）駱（馬湖）、南四湖等主要河流、湖泊治理，以及南水北調(diào)東線工程、引江濟(jì)淮工程、淮干中游臨淮崗洪水控制工程、入海水道近期工程等數(shù)百項(xiàng)各類工程的地質(zhì)勘察工作，為治淮工程建設(shè)提供了可靠的地質(zhì)勘察資料，初步掌握了淮干及各主要支流的地層結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，取得了豐富而系統(tǒng)的地質(zhì)資料，為后續(xù)治淮工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過大量的勘探試驗(yàn)工作，對(duì)淮河流域第四系有了更深刻的認(rèn)識(shí)和理解。研究了淮河流域第四系沉積物的種類、分布范圍及性質(zhì)，分析其對(duì)水利工程的影響，提出有效的處理措施；在軟基勘探、取樣、地基處理等方面引進(jìn)新設(shè)備、新工藝，取得了很多成功的經(jīng)驗(yàn)，地質(zhì)勘察工作對(duì)治淮工程建設(shè)的作用得到充分體現(xiàn)。

1 地層特性研究是做好勘察工作的前提

第四系地層一般指2.6Ma 以來形成的松散地層。所謂晚第四紀(jì)沉積物，系指第四紀(jì)晚更新世和全新世（約13 萬年以來）沉積（物）。第四系地層一般具有如下地質(zhì)特點(diǎn)：

（1）巖性松散。第四系地層一般形成不久或正形成中，成巖作用微弱，絕大部分巖性松散，少數(shù)半固結(jié)。這一特點(diǎn)容易導(dǎo)致存在工程地質(zhì)問題。

（2）成因多樣。由于第四紀(jì)氣候、外動(dòng)力和地貌多種多樣，由此而形成多種多樣的大陸沉積物和海洋沉積物，具體成因有沖積、沖洪積、沖湖積、洪湖積、沖積海積等。

（3）巖性巖相變化快。即使同一種成因的第四紀(jì)沉積物，由于形成時(shí)動(dòng)力和地貌環(huán)境變化大，因此沉積物的巖性巖相結(jié)構(gòu)變化大。

（4）厚度差異大。第四系地層厚度從幾十厘米到數(shù)十米，最厚的部位超過百米甚至達(dá)到數(shù)百米。

淮河流域大部分河流發(fā)育在第四系地層中，所以第四系地層，特別是晚第四系地層（主要包括上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)）與治淮工程緊密相關(guān)，晚第四系沉積物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)成為地質(zhì)勘察的重要目標(biāo)。

經(jīng)歷二次治淮高潮，淮河流域主要干支流經(jīng)過治理，并在地質(zhì)勘察過程中在淮干王家壩、正陽關(guān)、蚌埠閘、浮山、二河閘等部位用C14、熱釋光測(cè)年資料，古生物化石、古植物孢粉資料，反演沉積環(huán)境、沉積時(shí)間，確定標(biāo)志層，并利用標(biāo)志層對(duì)淮河流域沉積物上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)進(jìn)行了分界。

淮河流域上更新統(tǒng)地層整體上以黃色、棕黃色色調(diào)為主的厚層硬塑狀粘土、粉質(zhì)壤土組成，多有鈣質(zhì)結(jié)核，其下一般有一至數(shù)層密實(shí)狀中、細(xì)砂；全新統(tǒng)一般由灰暗色調(diào)為主的薄層狀壤土、粘土、粉細(xì)砂和淤泥質(zhì)土互層、淤泥等組成。

上更新統(tǒng)粘性土地層具低～中等壓縮性、承載力高，但一般具弱膨脹潛勢(shì)；砂層一般為承壓含水層，具中等～強(qiáng)透水性，易產(chǎn)生滲漏及滲透變形。

全新統(tǒng)地層一般具有固結(jié)弱、壓縮性大、承載力低等特點(diǎn)，存在的工程地質(zhì)問題主要有沉降變形、抗滑穩(wěn)定、滲漏及滲透變形、邊坡穩(wěn)定、飽和砂土震動(dòng)液化、基坑涌水等一種或幾種問題。在充分研究基礎(chǔ)地質(zhì)資料（如地層年代、成因、沉積特性等）的基礎(chǔ)上，才能選擇合適的勘察方法和手段，查清存在的工程地質(zhì)問題，并有針對(duì)性地提出經(jīng)濟(jì)、合理、可行的處理措施。

2 先進(jìn)設(shè)備引進(jìn)與研發(fā)是解決勘察難題的基礎(chǔ)

淮河流域第四系地層地質(zhì)勘察具有很多自身的特點(diǎn)及特殊性，為了保證地質(zhì)勘察工作在各種特殊的地層或場(chǎng)地情況下能夠順利實(shí)施，引進(jìn)先進(jìn)的勘察設(shè)備并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行改良研發(fā)成為必然的選擇。

2.1 引進(jìn)便攜式聲波鉆機(jī)并研發(fā)形成了基于該設(shè)備的軟弱松散地層勘察技術(shù)

為了解決流域內(nèi)軟弱松散地層和夾層、薄層取樣難、易擾動(dòng)的技術(shù)難題，提高水利工程地質(zhì)勘察工作效率，降低成本，通過水利部“948”項(xiàng)目管理辦公室批復(fù)，引進(jìn)了便攜式聲波鉆機(jī)，通過改造創(chuàng)新研發(fā)了半合管取樣系統(tǒng)裝置，形成了便攜式聲波鉆機(jī)成套系統(tǒng)，獲得四項(xiàng)實(shí)用新型專利。通過取樣試驗(yàn)成果對(duì)比分析研究，提出了設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化操作使用程序和工法，形成了基于便攜式聲波鉆機(jī)成套設(shè)備的軟弱松散地層勘察技術(shù)。該技術(shù)獲得2017年淮河水利委員會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

2.2 引進(jìn)RI 型貫入式勘測(cè)設(shè)備，創(chuàng)新性提出了不同土類水分修正系數(shù)

為了快速獲得堤防工程地質(zhì)參數(shù)，判斷堤防工程安全性，為防汛搶險(xiǎn)決策提供依據(jù)，引進(jìn)了RI 型貫入式勘測(cè)設(shè)備，選擇不同水利工程勘察、施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行研究，形成了系統(tǒng)多參數(shù)堤防勘察技術(shù)，創(chuàng)新性提出了不同土類的水分修正系數(shù)。形成的RI 型貫入式系統(tǒng)多參數(shù)堤防勘察技術(shù)應(yīng)用研究成果獲得淮河水利委員會(huì)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

2.3 引進(jìn)一系列物探設(shè)備，開展了物探工作

為了豐富勘察手段和方法，引進(jìn)了高密度電法儀、地震儀、鉆孔電視等物探設(shè)備，開展了引江濟(jì)淮工程埋管段土壤腐蝕性測(cè)試、亳州水庫(kù)場(chǎng)地含水層分布范圍探測(cè)、南水北調(diào)東線二期工程泵站鉆孔波速測(cè)試等物探工作。

3 軟件開發(fā)、引進(jìn)是提高勘察資料整理效率及質(zhì)量的保證

自20世紀(jì)90年代以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，如何采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行水利工程地質(zhì)勘察資料整理、儲(chǔ)存、查閱、共享使用等，是亟待解決的問題，針對(duì)這個(gè)問題，主要進(jìn)行了以下幾方面的工作：

3.1 編制開發(fā)了“地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)管理與成圖系統(tǒng)”軟件

自20世紀(jì)80年代開展臨淮崗洪水控制工程、南水北調(diào)東線工程、湖西大堤加固等工程勘察工作以來，積累了豐富的流域勘察試驗(yàn)資料；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為提高勘察試驗(yàn)資料整理效率和地質(zhì)圖件質(zhì)量，90年代開始引進(jìn)應(yīng)用了華巖地質(zhì)制圖軟件。華巖地質(zhì)制圖軟件主要應(yīng)用于工民建行業(yè)，與水利工程地質(zhì)勘察行業(yè)存在較大差距，使用過程發(fā)現(xiàn)很多問題。為了滿足水利工程地質(zhì)勘察行業(yè)要求，提高各類地質(zhì)圖成圖效率及精度，結(jié)合水利行業(yè)特殊要求（如土的定名、圖例等特點(diǎn)），組織勘察技術(shù)人員編制開發(fā)了“地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)管理與成圖系統(tǒng)”軟件，并獲得了軟件著作權(quán)。經(jīng)過多年的實(shí)踐檢驗(yàn)，充分驗(yàn)證所開發(fā)的軟件能夠滿足水利行業(yè)要求，且操作簡(jiǎn)便，易學(xué)易懂，尤其適用于第四系地層地質(zhì)勘察工作。

3.2 建立了淮河流域主要堤防地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫(kù)

自大規(guī)模治淮工作以來，淮委和流域內(nèi)四省水利水電工程地質(zhì)勘察單位在不同時(shí)期、不同階段對(duì)各類堤防工程進(jìn)行過多次勘察工作，積累了豐富的工程地質(zhì)勘察資料，但由于不同時(shí)期勘察工作依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、工作目標(biāo)不同，各單位形成地質(zhì)參數(shù)的方法、種類和形式各異，存在資料保存分散、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式和格式不統(tǒng)一、資料缺乏系統(tǒng)管理等問題。為了解決這一系列問題，對(duì)淮河流域主要堤防工程地質(zhì)資料進(jìn)行整編并建設(shè)了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，大大提高了已有堤防工程地質(zhì)資料的可用性及利用率，為防汛決策指揮提供及時(shí)的地質(zhì)資料支撐。

3.3 引進(jìn)了三維地質(zhì)建模系統(tǒng)

為了搶占市場(chǎng)制高點(diǎn)，趕上時(shí)代步伐，適時(shí)引進(jìn)了全國(guó)領(lǐng)先的“GEO Station”三維地質(zhì)建模系統(tǒng)，開展了大別山革命老區(qū)息縣樞紐、南水北調(diào)二期東線二期工程二級(jí)壩二站等重要建筑物的三維地質(zhì)建模工作。

4 技術(shù)創(chuàng)新是解決工程地質(zhì)難題的關(guān)鍵

4.1 三洋港擋潮閘樞紐工程

三洋港擋潮閘是目前淮河流域工程規(guī)模最大，技術(shù)難度最復(fù)雜的?？陂l，被譽(yù)為淮河流域沿?！暗谝婚l”，需要解決海淤土建閘筑堤、河道沖刷、泥沙淤積、混凝土及金結(jié)電氣設(shè)備防腐等多項(xiàng)技術(shù)難題。工程勘測(cè)施工過程中，開展了厚層海相沉積淤泥和淤泥質(zhì)土強(qiáng)度及固結(jié)特性研究、高潮差大流量潮汐河道鉆探取樣試驗(yàn)、淤泥質(zhì)土地基水泥土復(fù)合地基灌注樁水平承載特性研究與應(yīng)用等多項(xiàng)技術(shù)研究與攻關(guān)，解決了深厚海淤土建閘地基處理、復(fù)雜環(huán)境水土條件腐蝕性評(píng)價(jià)、高潮差、大流量潮汐河道水上鉆探質(zhì)量控制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題。

4.2 南水北調(diào)東線第一期工程藺家壩泵站工程

泵站出水池和防洪閘上游兩側(cè)翼墻高9.20～13.50m，底板基礎(chǔ)座落在湖積及沖洪積形成的中、重粉質(zhì)壤土夾輕粉質(zhì)壤土粉土層上，地基承載力和抗滑穩(wěn)定不能滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)攪拌樁加固和換填水泥土方案比選后，擬采用換填水泥土方案，但國(guó)內(nèi)尚無換填水泥土后摩擦系數(shù)如何取值的相關(guān)文獻(xiàn)；施工期間，結(jié)合基坑開挖，就地取材，采用基坑開挖湖積土摻入少量水泥形成復(fù)合土換土處理，提高了地基強(qiáng)度和抗變形能力；對(duì)原狀土和建筑物建基面下?lián)剿嗷旌先劳翐Q填層進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)條件下的原位載荷和抗滑試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，處理后地基承載力、摩擦系數(shù)有顯著提高，研究結(jié)果應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)和施工建設(shè)，解決了地基強(qiáng)度不足和岸翼墻抗滑穩(wěn)定的技術(shù)難題。

4.3 蚌埠閘擴(kuò)建工程

蚌埠閘擴(kuò)建工程施工過程基坑降水為關(guān)鍵工序，若降水幅度大，會(huì)對(duì)老閘基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，影響老閘的運(yùn)行使用；若降水幅度小，在承壓水頭的作用下，基坑開挖到建基面前就會(huì)產(chǎn)生基坑突涌，破壞持力層整體性，降低持力層強(qiáng)度，影響工程施工。

通過水文地質(zhì)分析計(jì)算工作，研究了上下游兩側(cè)直線補(bǔ)給邊界的基坑井點(diǎn)降水和越流補(bǔ)給的雙層地基直線補(bǔ)給邊界井點(diǎn)降水的計(jì)算方法。在保證新建閘址基坑滲透穩(wěn)定狀態(tài)下確定所需降水井運(yùn)行數(shù)量，降低承壓水頭的降低幅度和降水井的運(yùn)行數(shù)量。通過基坑降水運(yùn)行，加強(qiáng)流量與承壓水位關(guān)系的分析，經(jīng)與設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)單位共同研究確定降水方案，最后確定新老閘間不采取截滲措施，水位降至12.5m，承壓水降深4.0m，運(yùn)行14 眼深井即可滿足施工和基坑滲透穩(wěn)定要求，降水效果良好，達(dá)到預(yù)期降水效果，老閘沉降最大值為17mm，一般不超過10mm；保證了老閘安全運(yùn)行和新閘的順利施工，使蚌埠閘擴(kuò)建工程按期建成投入運(yùn)行。蚌埠閘擴(kuò)建工程地質(zhì)勘察獲得安徽省城鄉(xiāng)建設(shè)優(yōu)秀勘察設(shè)計(jì)（工程勘察）三等獎(jiǎng)。

技術(shù)創(chuàng)新解決了各種工程地質(zhì)難題，為規(guī)劃設(shè)計(jì)專業(yè)提供了準(zhǔn)確可靠的地質(zhì)資料，也獲得了一系列獎(jiǎng)勵(lì)：三洋港擋潮閘樞紐工程勘察獲得全國(guó)優(yōu)秀水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)銀質(zhì)獎(jiǎng)；淮河入海水道近期淮安樞紐工程勘察、南水北調(diào)東線第一期工程藺家壩泵站工程勘察獲得安徽省城鄉(xiāng)建設(shè)優(yōu)秀勘察設(shè)計(jì)（工程勘察）一等獎(jiǎng)；蚌埠閘擴(kuò)建工程地質(zhì)勘察分別獲得安徽省城鄉(xiāng)建設(shè)優(yōu)秀勘察設(shè)計(jì)（工程勘察）三等獎(jiǎng)；南水北調(diào)東線第一期工程臺(tái)兒莊泵站工程地質(zhì)勘察獲得全國(guó)優(yōu)秀水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)銅質(zhì)獎(jiǎng)等。

5 淮河流域水利工程地質(zhì)勘察展望

（1）物探是地質(zhì)勘察的重要手段之一，但由于其探測(cè)精度受到限制，物探在當(dāng)前流域內(nèi)水利工程地質(zhì)勘察中使用普遍較少。隨著物探新技術(shù)、新方法的不斷發(fā)展，適合水利工程地質(zhì)勘察的物探方法一定會(huì)在不遠(yuǎn)的將來出現(xiàn)，物探將是今后工程地質(zhì)勘察的發(fā)展方向之一。

（2）如何在現(xiàn)場(chǎng)采用簡(jiǎn)便快捷的方法、手段取得地層物理力學(xué)指標(biāo)，也是水利工程地質(zhì)勘察研究方向之一。

（3）淮河流域內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，經(jīng)過數(shù)十年的地質(zhì)勘察工作，特別是改革開放以來取得了豐富的第一手地質(zhì)勘察資料，但除了主要堤防勘察資料外至今未統(tǒng)一歸納。需要進(jìn)一步建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，豐富要素內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)存資料資源共享。

（4）隨著計(jì)算機(jī)、手機(jī)、5G 通訊網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備、技術(shù)的發(fā)展，工程地質(zhì)信息采集電子化、集成化已成必然趨勢(shì)，這一趨勢(shì)的發(fā)展將極大推動(dòng)勘察成果的利用和共享■