南水北調中線劉灣泵站工程地質問題評價

趙 杰

（河南省水利勘測有限公司 鄭州 450008）

1 概述

南水北調中線配套工程21號口門劉灣泵站位于河南省鄭州市汪垌村東北約300m，工程場區(qū)屬黃河沖積平原區(qū)，地形平坦、開闊，交通便利。

2 地質概況

2.1 地形地貌

勘察區(qū)屬黃河沖積平原區(qū)，地形平坦、開闊，場區(qū)地面高程128.4～129.2m。

工程區(qū)勘探深度范圍內(nèi)為第四系全新統(tǒng)（Q）4沖洪積層、第四系上更新統(tǒng)（Q）3沖洪積層、中更新統(tǒng)（Q）2坡洪積層及上第三系中新統(tǒng)洛陽組粘土巖（N1L）。現(xiàn)由老至新分述如下：

2.1.1 上第三系中新統(tǒng)洛陽組（N1L）

第⑤層粘土巖：棕紅色雜棕黃色，成巖差，見鐵錳質斑點及薄膜，干時開裂，巖性不均，含大量鈣質結核，鈣質結核含量約20%～30%。該層僅部分鉆孔揭示，揭露最大厚度8.5m（未揭穿），層頂高程82.96～86.5m。

2.1.2 中更新統(tǒng)（dlplQ2）

坡洪積成因，巖性為中粉質壤土、重粉質壤土。

第④層重粉質壤土：棕紅～棕黃色，可塑～硬塑狀，土質較均勻，含較多黑色鐵錳質浸染，偶見鈣質結核，巖性不均，上部多為中粉質壤土。層面略有起伏，層厚25.0～30.1m，層頂高程92.6～94.5m。

2.1.3 上更新統(tǒng)（alplQ3）

沖洪積成因，巖性主要為粉細砂局部夾有黃土狀輕粉質壤土薄層。

第③層粉細砂：淺黃～黃色，濕，中密狀，成份主要為石英、長石，次為暗色礦物，砂粒不均，砂質不純，局部夾黃土狀輕粉質壤土薄層。層面略有起伏，層厚3.5～7.0m，層頂高程115.4～118.0m。

2.1.4 全新統(tǒng)（alplQ4）

沖洪積成因，巖性主要為粉細砂及輕壤土。

第②層粉細砂：淺黃～黃色，濕，中密狀，成份主要為石英、長石，次為暗色礦物，砂粒不均，砂質不純。層面略有起伏，層厚0～5.7m，層頂高程115.4～23.5m。分布不連續(xù)，3號孔缺失。

第①層輕壤土：灰黃色，可塑狀，見有針狀孔隙發(fā)育，見有銹黃色鐵質浸染，土質不均，局部夾砂壤土薄層。該層分布于地表，可見植物根系，層厚2.8～6.5m。LWB2及LWB3孔之間上部有0.5～3.2m人工堆積雜填土。

2.2 地質構造及地震動參數(shù)

工程區(qū)屬華北準地臺（I）黃河海坳陷（I2）區(qū)，新構造分區(qū)屬豫皖隆起—拗陷區(qū)，區(qū)域主體構造線方向為北西向或近東西向。場區(qū)地震動峰值加速度為0.10g，相當于地震基本烈度Ⅶ度區(qū)。

2.3 水文地質條件及評價

場區(qū)地下水類型為第四系松散層孔隙潛水，勘探期間測得水位高程107.5～108.4m，年變幅4～5m，預測高水位112～113m。場區(qū)地下水補給來源為大氣降水入滲和側向地下徑流補給，消耗于蒸發(fā)、人工開采及地下側向徑流排泄。由于受總干渠施工降排水的影響，地下水位變化較大。

在勘察區(qū)附近取水樣一組作水質簡分析，地下水無色、無味、透明。場區(qū)地下水水化學類型為“HCO3-Ca-Mg”型，礦化度0.2465g/L，屬淡水；總硬度14.76德國度，屬微硬水；pH值7.3，屬中性水；侵蝕性CO2含量為0mg/L。依據(jù)《水利水電工程地質勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄L判定：場區(qū)地下水對混凝土不具腐蝕性，對混凝土中鋼筋及鋼結構具弱腐蝕性。

2.4 土壤腐蝕性評價

根據(jù)管線土壤腐蝕性成果，場區(qū)上部土體對混凝土結構及鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具中等腐蝕性。

3 建筑物工程地質條件及評價

3.1 地層結構

工程區(qū)地質結構為土巖雙層結構，其中上部覆蓋層多為粘砂多層結構，按巖性可分為5個土體單元，現(xiàn)由上至下分述如下：

層輕壤土（alplQ4）：層厚2.8～6.5m，該層分布于地表。

層粉細砂（alplQ4）：層厚 0～5.7m，層頂高程 115.4～23.5m，局部缺失。

第③層粉細砂（alplQ3）：層厚3.5～7.0m，層頂高程115.4～118.0m，分布較穩(wěn)定。

第④層重粉質壤土（dlplQ2）：層面略有起伏，分布穩(wěn)定，厚度大，層厚25.0～30.1m，層頂高程92.6～94.5m。

第⑤層粘土巖（N1L）：揭露最大厚度8.5m（未揭穿），層頂高程82.96～86.5m。

3.2 土體物理力學性質

根據(jù)現(xiàn)場原位測試和室內(nèi)試驗成果，綜合分析整理，各土體單元物理力學性指標評價如下：

①輕壤土（alplQ14）：天然干密度ρd范圍值1.48～1.62g/cm3，平均值1.57g/cm3；液性指數(shù)IL范圍值-0.47～0.14，平均值 -0.10；壓縮系數(shù) a1-2范圍值 0.16～0.48MPa-1，平均值0.302MPa-1；修正后標貫擊數(shù)N范圍值4～19擊，平均值12.5擊。該層屬中等壓縮性中硬～硬土層。

②粉細砂（alplQ14）：修正后標貫擊數(shù)N范圍值16～26擊，平均值20擊。該層呈中密～密實狀。

③粉細砂（alplQ3）：修正后標貫擊數(shù)N范圍值10～27擊，平均值20擊。該層呈中密～密實狀。

④中粉質壤土（dlplQ2）：天然干密度ρd范圍值1.53～1.67g/cm3，平均值1.60g/cm3；液性指數(shù)IL范圍值 0.25～0.86，平均值0.51；壓縮系數(shù)a1-2范圍值0.107～0.218MPa-1，平均值0.159MPa-1；壓縮指數(shù)CC范圍值0.1603～0.4113，平均0.2351；回彈指數(shù) CS范圍值 0.0090～0.0162，平均0.0119；修正后標貫擊數(shù)N范圍值9～17擊，平均值14擊。該層屬中等壓縮性硬土層。

⑤粘土巖（N1L）：修正后標貫擊數(shù)N范圍值21～28擊，平均值24擊，屬軟巖。

各層土的物理力學指標建議值見表1、表2。

表1 各層土的物理性指標建議值表

表2 各層土的力學性指標建議值表

4 主要工程地質問題

4.1 邊坡穩(wěn)定問題

根據(jù)建筑物布置，邊坡開挖深度16～18m。地層結構屬粘砂雙層結構，邊坡巖性主要為輕壤土、中粉質壤土和粉細砂，存在邊坡穩(wěn)定問題。結合影響場區(qū)邊坡穩(wěn)定的各種不利因素，進行工程地質類比，確定邊坡高寬比為1∶1.75～1∶2.50。采用復式邊坡，中間設置平臺。必要時采取支護措施，施工時禁止在周圍施加堆載，并加強監(jiān)測，確保施工安全。

4.2 施工排水問題

工程區(qū)地下水為第四系孔隙潛水，該層主要賦存于第四系松散層中，勘察期間地下水位高程107.5～108.4m，建筑物建基面高程113.932m，由于受總干渠施工開挖降排水的影響，地下水比前期有所下降，存在基坑施工降排水問題，建議施工前應先復測地下水位，待地下水位降至開挖邊坡坡角以下方可施工。

5 工程地質條件及評價

設計泵站基礎主要位于第③層粉細砂層中或第④層中粉質壤土中，邊坡開挖深度16～18m。邊坡地層結構為粘砂多層結構。場區(qū)地下水位位于建筑物建基面附近，存在邊坡穩(wěn)定問題，建議施工開挖邊坡高寬比為1∶1.75～1∶2.50。采用復式邊坡，中間設置平臺。施工時禁止在周圍施加堆載，并加強監(jiān)測，確保施工安全。

第③層粉細砂呈中密狀，承載力標準值fk＝180kPa，第④層中粉質壤土，承載力標準值fk＝170kPa，可作為基礎持力層，由于基礎埋置較深，為補償式基礎，經(jīng)深寬修正后承載力估算可以滿足基底壓力要求。建議設計部門根據(jù)建筑物上部荷載的具體情況進行地基穩(wěn)定性和變形驗算，如不滿足設計要求，可進行必要的地基加固處理措施。

場區(qū)地下水水位高程107.5～108.4m，位于建筑物建基面附近，存在基坑施工排水問題；由于受總干渠施工降排水的影響，勘察期間地下水水位比前期有所降低，建議施工期間復測地下水位。

6 結語

泵站基礎主要位于第③層粉細砂層或第④層中粉質壤土中，經(jīng)深寬修正后承載力估算可滿足基底壓力要求，建議設計部門進行地基穩(wěn)定性和變形驗算，如不滿足設計要求，可進行必要的地基加固處理措施；建議采用復式邊坡，邊坡高寬比為1∶1.75～1∶2.50，必要時采取支護措施；勘探期間地下水位在建筑物建基面附近，應采取降排水措施