南水北調中線十八里河倒虹吸工程地質評價

李鳳穩

（河南省水利勘測有限公司，河南鄭州450003）

南水北調中線十八里河倒虹吸工程地質評價

李鳳穩*

（河南省水利勘測有限公司，河南鄭州450003）

十八里河為季節性河流，為賈魯河的支流，十八里河倒虹吸工程為一綜合建筑物，在右岸布有節制閘及退水閘。工程區屬粘性均一結構，工程區多為挖方，最大挖深達19m，存在邊坡穩定問題，地下水位高于倒虹吸底板，應做好排水工作。針對建筑物主要存在的工程地質問題進行了分析、評價。尤其對施工排水問題進行了分析、評價，對工程的設計、施工具有指導意義。

南水北調；倒虹吸；評價

1　工程地質條件

1.1地形地貌

十八里河為季節性河流，為賈魯河的支流，十八里河倒虹吸工程為一綜合建筑物，在右岸布有節制閘及退水閘。

工程場區處于傾斜平原，在測區范圍內南西高，東北低，地面坡降約2‰，十八里河呈西南—東北向，河谷開闊，呈寬“U”形，寬約300m，深約10m，河床寬約50m，河底高程118.7m，坡降約1/2000，左岸地形較平坦，地面高程130m左右，右岸沖溝發育，由于侵蝕切割，地形起伏不平，岸坡多直立。

1.2地層巖性

工程區內主要為第四系中更新統（Q2）、上更新統（Q3）及全新統（Q4）地層。現從老到新分述如下。

1.2.1中更新統（Q2）

坡洪積成因，主要為粉質粘土組成。

粉質粉土（Qdlpl2）:棕紅，稍濕，結構致密，硬塑狀，土質較均一，含黑色鐵錳質斑點。揭露厚度5.0m。

1.2.2上更新統（Q3）

黃土狀輕粉質壤土（Q13alpl）：褐黃、棕黃色，稍濕，軟塑—可塑狀，見有黑色鐵錳質薄膜，少量直徑2～3mm的鐵錳結核及2%左右的鈣質結核，粒徑2～4cm，土質不均，局部夾有厚約1～2m厚的棕紅色重粉質壤土，厚約12～14m。

黃土狀重砂壤土（Q23alpl）：濕時呈褐黃色，干時為黃色，具針狀孔隙，垂直節理發育，見有蟲孔、植物根孔白色網狀鈣質條紋，鈣質結核呈零星分布，粒徑0.5～ 5cm，土質不均，夾有較多的細砂透鏡體及厚0.4～2.1m薄砂層。厚度一般5～13m。

1.2.3全新統（Q4）

沖積成因，全新統（Qal4）為輕粉質壤土：灰色，富含有機質，有臭味，濕—飽和狀態，土質不均。夾有細砂透鏡體。

1.3地質構造與地震

工程區域中朝準地臺華北斷拗構造單元，主體構造線方向為北西或近東西南，據南水北調中線工程區域新構造圖的劃分，區域新構造區屬豫皖斷塊，主要構造線走向為北東向，受區域構造運動的制約，早第三紀以來，工程場區附近以沉降為主，區內廣泛為第四系所覆蓋，據區域資料，第四系、上第三系厚度達680m，未發現較大的斷裂構造，地殼差異活動較弱。地震活動強度較小，頻度低。

根據《南水北調中線工程震中分布及沿線地震烈度圖》，工程區地震基本烈度為Ⅶ度。

1.4水文地質條件

1.4.1地下水類型

本區地下水為孔隙潛水，其補給來源于主要大氣降水及上游地下徑流，地下水埋深隨地形起伏而不同，河床處為3.0m，兩岸最大為14.2m，地下水位高程約為115.9～116.3m，主要含水層為黃土狀砂壤土（Q23）、黃土狀輕粉質壤土（Q13）及河槽輕粉質壤土（Q4），富水性較好，下部粉質粘土（Q2）為相對隔水底板。

1.4.2土體單元滲透性

經取原狀樣進行室內滲透試驗以及現場在現場鉆孔注水試驗，各土體的滲透試驗成果列于表1。

表1　土滲透試驗成果統計表

由表1可知，各土層的滲透性均較小，屬弱—微透水層。其中第③層黃土狀重粉質壤土，鉆孔注水試驗滲透系數屬中等透水。

2　主要工程地質問題

2.1邊坡穩定問題

由于工程區兩岸地面高程一般120～130m，渠底板高程為113.88～114.01m，河槽地面高程119.0m，倒虹吸水平段底板高程100.9m，因此，倒虹進口漸變段及閘室段挖深8～16m，倒虹管段需挖深約19.0m，均為高邊坡，而邊坡中第①層輕粉質壤土，貫入擊數1～5擊，屬軟—極軟土，厚度達7.6m，且夾有細砂層，處于地下水位以下；第②層黃土狀重砂壤土也夾有細砂透鏡體，部分地段含地下水；第③、④層黃土狀重粉質壤土及黃土狀輕粉質壤土也處于地下水位以下，因此存在邊坡穩定問題。

倒虹進口漸變段及閘室段挖深8～16m，巖性為由黃土狀重砂壤土及黃土狀重粉質壤土組成。建議值開挖邊坡第①層采用1∶1.5；第②層采用1∶1.25；第③、④層采用1∶1.0。

2.2基坑涌水問題

兩岸地下水位為116.0m，高出渠底2.0m，河床中地下水位為115.85m，高出基坑底板近15m，因此施工開挖時，存在基坑涌水問題。同時，由于邊坡夾有細砂層，施工排水時有可能造成邊坡失穩，設計時應予考慮，采取降排水措施，確保施工的安全。

3　建筑物工程地質評價

根據建筑物的布置，可分為進口漸變段與檢修閘室段、倒虹吸管段、出口漸變與節制閘室段。

3.1進口漸變段與檢修閘室段

位于十八里河右岸，長60m。地面高程121.5～ 130.0m，渠底高程114.01m，設計水位121.11m。地質結構為黃土狀壤土及粉質粘土組成。建基面為第③層黃土狀重粉質壤土，承載力標準值為180kPa，可以滿足89kPa的最大基底應力要求。但最大開挖邊坡高度16m，存在穩定問題，建議分級開挖，中設棧臺。建議邊坡高寬比采用（1∶1）～（1∶1.25）。由于地下水位為116.01m，存在排水問題。

3.2倒虹吸管段

長164.36m，由斜坡段和水平段組成。斜坡段地層巖性為黃土狀壤土和粉質粘土組成，建基面分別為第③層黃土狀重粉質壤土和④層黃土狀輕粉質壤土上。承載力標準值均為180kPa，可滿足173kPa的最大基底應力要求，但由于建基面處土體單元的差異，不同地段上部荷載也有所不同，因此應合理設置沉陷縫，以減少不均勻沉陷的危害。水平段地質結構為輕粉質壤土，黃土狀壤土及粉質粘土組成，建基高程100.9m，基礎置于第④層黃土狀輕粉質壤土上，其承載力標準值為180kPa，能滿足設計荷載要求，基坑處于地下水為以下，雖無強透水層，也應考慮基坑滲水的排除。邊坡開挖可達19m，建議邊坡高寬比采用（1∶1）～（1∶1.5）。

3.3出口漸變與節制閘室段

位于十八里河的左岸，長85m。地面高程121.0～ 125.0m，渠底高113.88m，設計水位為120.98m。漸變段大部分為挖方段。部分仍需填方，填方高度約2.0m。閘基置于第③層黃土狀重粉質壤土上，其承載力標準值180kPa，可滿足146kPa的最大應力要求。地下水水位116m左右，高于渠底約2m，應考慮基坑排水問題。開挖邊坡高約11m，建議邊坡高寬比采用（1∶1）～（1∶1.25）。

4　結語

十八里河倒虹工程區地形較平坦，工程區屬粘性均一結構，地層巖性主要為第四系中更新統粉質粘土、上更新統黃狀輕重粉質壤土及黃土狀重砂壤土，作為基礎持力層，均能滿足建筑物荷載要求，工程地質條件較好。工程區多為挖方，最大挖深達19m，邊坡組成輕粉質壤土及黃土狀壤土。部分地段夾有細砂層，且多在地下水位之下，因此應考慮邊坡穩定問題，建議邊坡采用（1∶1）～（1∶1.5）；區內地下水位均高于基坑底2～ 15m，因此應作好基坑排水工作。同時注意土層中所夾細砂層的滲透破壞對邊坡穩定的影響。

[1]GB5487－2008水利水電工程地質勘察規范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[2]河南省輝縣市長嶺水庫工程地質問題及評價[J].西部探礦工程，2010(6).

P64

A

1004-5716(2016)11-0013-03

2015-12-30

2016-01-07

李鳳穩（1971-），男（漢族），河南泌陽人，高級工程師，現從事水利水電工程地質勘察、巖土工程和基礎處理施工研究工作。