斗門南池引水灃河倒虹主要工程地質問題

張向偉

(陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院，陜西 西安 712000)

1 工程概況

陜西省斗門水庫工程位于西安市西郊灃河右岸原昆明池遺址，距西安市中心約20 km，斗門水庫工程是引漢濟渭輸配水工程的調蓄水庫，是一座以供水、改善生態環境為主，兼顧防洪等綜合利用平原水庫。

水庫按南北池布置。南、北池之間設雙向擋水壩，南池為引漢濟渭注入式水庫，為城市供水水源，設計向灃東灃西新城；北池為灃河分洪注入式水庫，為生態供水水源，兼顧灃河防洪，蓄泄灃河洪水和城市雨洪，向西安市生態水系(庫、河、湖、池、渠)補給生態用水。斗門南池引水管道設計為向斗門水庫南池引水管道工程，自引漢濟渭南干線取水，由引水管線引至南池調蓄，其設計引水流量6.0 m3/s，管道為DN1800球墨鑄鐵管，引水管道及應急管道全長25.6 km。在樁號樁號YSD3+542.7～YSD3+960.5 m通過倒虹穿越灃河，本段為引水管道重要的工期節點。

2 灃河倒虹概況

2.1 區域概況

工程區位于渭河盆地與秦嶺山地的交界附近的渭河斷陷盆地。渭河斷陷盆地根據成因類型可分為山前洪積平原(扇)和渭河及其支流沖積平原，各支流沖積平原近南北向橫貫上述地貌單元，把上述東西向連續的地貌單元切割成塊狀，發育有不完整的低矮階地，一般不超過二級。灃河倒虹則位于渭河沖積平原中的灃河河漫灘及灃河Ⅰ級階地。

2.2 地質概況

2.2.1 灃河倒虹工程地質條件

灃河段倒虹地貌單元為灃河Ⅰ級階地及河漫灘。根據勘察資料，倒虹左岸為灃河Ⅰ級階地，階地覆蓋第四系全新統沖積堆積(Q41al)③-1層壤土，呈三層分布，厚度2.0～14.3 m，夾兩層③-2層粗砂厚度分別為8.0 m、5.0 m左右；灃河Ⅰ級階地以東則為灃河河床及河漫灘，地層為河流相堆積，比較復雜，主要地層為第四系全新統沖洪積堆積(Q42al+pl)②-2層粗砂及②-3層(Q42al+pl)粉質黏土，厚度不等，局部呈透鏡狀；另外，階地及漫灘上部堆積了厚度1.0～4.2 m第四系全新統人工堆積(Q4s)①層素填土。灃河倒虹地層簡況如圖1。

圖1 灃河倒虹地層簡況

因穿越灃河，地下水埋深較淺，灃河河床河水深度約2.2～3.3 m，灃河兩岸Ⅰ級階地及漫灘地下水埋深約2.4～8.2 m。

2.2.2 灃河倒虹主要工程地質問題

(1)地基土濕陷性

按照國標GB50025-2018《濕陷性黃土地區建筑規范》有關規定計算，總濕陷量按管道基礎底面算起。灃河Ⅰ級階地場地濕陷類型為非自重濕陷，③-1層壤土濕陷等級為Ⅰ級(輕微)，濕陷下陷深度5.5 m。灃河右岸漫灘上部②-1層砂壤土濕陷類型為非自重濕陷，濕陷等級為Ⅰ級(輕微)，濕陷下限深度1.6～3.3 m(至下部砂層頂板)，管基從下部②-1層粗砂中通過，所以無濕陷問題。

(2)砂土震動液化

工程區地震基本烈度為Ⅷ度。因為飽和砂土埋深≥20 m ，所以根據《建筑抗震設計規范》判斷其地震液化。《建筑抗震設計規范》規定，飽和砂土地震液化分為初判及復判。當飽和砂土的地質年代為第四系晚更新世(Q3)及其以前時，Ⅷ時可判為不液化；砂土的黏粒含量(粒徑小于0.005 mm的顆粒)含量百分率Ⅷ、度分別不小于13，可判為不液化。灃河漫灘②-2及灃河Ⅰ級階地③-2層粗砂，地質年代均為第四系晚更新世(Q3)以后，黏粒含量小于13%，初判為液化地層。復判采用《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)規定，深度20 m內標準貫入錘擊數臨界值公式。經計算，各鉆孔臨界錘擊數及液化指數計算匯總如表1。

表1 砂土液化判別計算匯總表

從表1分析可知，灃河Ⅰ級階地③-2層粗砂為非液化地層。灃河河床及漫灘DZK2鉆孔②-2層粗砂為液化地層，液化深度12.8 m，液化指數20.61，液化等級嚴重；DZK4鉆孔②-2層粗砂為液化地層，液化深度18.6 m，液化指數18.28，液化等級嚴重；DZK5鉆孔②-2層粗砂為液化地層，液化深度16.3 m，液化指數19.96，液化等級嚴重；DZK2、DZK4、DZK5鉆孔均為灃河漫灘，除DZK3外其余鉆孔均存在液化問題。分析認為鉆孔DZK3位于灃河右岸，其地下水埋深大于其余三個鉆孔，受其影響地震液化程度較輕。因此，建議灃河漫灘②-2層粗砂均應進行地震液化處理。根據本工程地層特征，強夯法處理飽和砂土效果不好，砂石樁處理難度大，建議設計采用振沖碎石樁處理。

(3)震陷

當建筑物地基主要受力層范圍內存在軟弱黏性土層，在地震烈度Ⅷ度，其地基承載力不小于90 kpa時，可不考慮震陷問題。工程區地震烈度為Ⅷ度，倒虹主要黏性土地層②-1層砂壤土承載力標準值fk=120 kpa，②-3層粉質粘土承載力標準值fk=130 kpa，③-1層壤土承載力標準值fk=130 kpa，上述要黏性土地層承載力值均大于120 kpa，所以本工程無慮震陷問題。

(4)沖刷

根據室內試驗顆分資料及顆分曲線，灃河漫灘②-2粗砂有效粒徑d10=0.056 mm，d30=0.220 mm ，平均粒徑d50=0.325 mm，限制粒徑d60=0.514 mm。倒虹段灃河大致呈南北流向，由于氣候條件及距秦嶺山區較近，屬于暴漲暴落型河流，秋夏季河水較大，春冬季河水較小。經野外調查，灃河一般沖刷深度1.5～2.0 m，最大達3.0 m，建議灃河倒虹埋深位于最大沖刷深度以下，并對倒虹上、下游進行砌護處理。參照《水利水電工程地質手冊》，建議②-1層砂壤土允許不沖刷流速為0.5～0.7 m/s，②-2層粗砂允許不沖刷流速為0.4～0.6 m/s，②-3層粉質粘土允許不沖刷流速為0.6～0.9 m/s。

(5)滲透破壞

灃河河床及漫灘地下水位埋深淺，倒虹施工時開挖深度較大。依據《水利水電工程地質勘察規范》②-2層粗砂Cu=9.18，允許水力坡降J允許=0.17，相應的細粒含量P=28%，破壞類型為過渡型。施工中應做好降水及排水工作，降低動水壓力(降低水力坡降)防止滲透破壞。

3 工程處理措施

灃河河床及漫灘②-2層粗砂為液化地層，液化下限深度18.6 m，液化等級嚴重；灃河Ⅰ級階地③-2層粗砂為非液化地層。根據本工程地層特征，強夯法處理飽和砂土效果不好，砂石樁處理難度大，建議采用振沖碎石樁。灃河Ⅰ級階地振沖碎石樁樁基置于③-1層壤土中，深度應>5.5 m(濕陷下陷以下)，河床及漫灘振沖碎石樁基置于第二層粗砂下部②-3粉質粘土中(上部粗砂存在液化問題)。

4 結語

灃河倒虹段地貌單元為灃河河漫灘及灃河Ⅰ級階地，地震烈度Ⅷ度。地基巖性變化較大，存在的主要工程地質問題有：地基土濕陷性、砂土震動液化、黏土震陷、沖刷、滲透破壞等一系列工程地質問題。在工程地質勘察中，應針對主要工程地質問題，采用不同的勘察方法，為設計提供適宜的地基處理方案。目前灃河倒虹工程施工已經完成，工程地質勘察成果也得到了驗證。