宋義東

(河南省水利勘測有限公司,河南鄭州 450008)

石門河倒虹吸主要工程地質(zhì)問題分析與評價

宋義東

(河南省水利勘測有限公司,河南鄭州 450008)

石門河倒虹吸是南水北調(diào)中線工程總干渠穿越石門河的交叉建筑物。從地質(zhì)條件、巖性分布特征等方面,對該工程存在的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行分析與評價。

邊坡穩(wěn)定;基坑排水;不均勻沉陷;倒虹吸;南水北調(diào)中線工程

0 引言

石門河倒虹吸位于河南省輝縣市趙固鄉(xiāng)大砂窩村西北的石門河上,是南水北調(diào)中線工程總干渠穿越石門河的交叉建筑物,建筑物型式為渠道倒虹吸。石門河倒虹吸上游集水面積207 km2,百年一遇洪峰流量3 260 m3/s,相應(yīng)洪水位100.86 m,三百年一遇洪峰流量4 110 m3/s,相應(yīng)洪水位101.08 m;上游有石門水庫(中型)。石門河倒虹建筑物總長度為1 174 m,其中倒虹吸管段長度1 015 m,設(shè)計流量260 m3/s,加大流量310 m3/s,設(shè)計水位101.318 m,加大水位101.872 m。

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

倒虹吸場區(qū)位于太行山南麓山前沖洪積扇裙的中上部,地勢由西北向東南傾斜,地表坡降6‰,地面高程98～101 m。總干渠跨越石門河處,河谷寬度約1 200 m,石門河為一條寬淺型游蕩河流,由幾條主河槽和心灘組成,河底高程97.5～99.0 m,心灘高程99.5～100.5 m;右岸為河漫灘,地形較為平緩、開闊,高程99.7～101.0 m。

由于當(dāng)?shù)卮迕裢诳硬缮?河床內(nèi)2～4 m深的采砂坑和3～5 m高的廢棄粗顆粒卵石堆星羅棋布,河谷形態(tài)已面目全非;同時,由于石門河長年無水(除特豐水年),大片地段地表出露巖性為松散卵石,幾近戈壁灘,受上級部門的委托,當(dāng)?shù)卣畬υ摰囟芜M(jìn)行復(fù)耕土地改造。沿河修了兩道堤防,堤內(nèi)寬約300 m,上部填厚約0.5 m的重粉質(zhì)壤土,改造為可耕地。

1.2 地層巖性

倒虹吸場區(qū)內(nèi)主要為第四系上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)地層。

(1)上更新統(tǒng)(alp lQ3) 地層巖性主要為卵石,卵石含量18%～45%,礫石含量25%～55%,中粗砂及泥質(zhì)充填,砂為灰黃色。頂部含泥量大,部分地段分布有重砂壤土、中壤土透鏡體,厚0.7～1.5 m。該層自上而下卵石粒徑逐漸變小,砂粒含量逐漸增多。本層厚度>17.9 m,未揭穿。

(2)全新統(tǒng)下段(alplQ14) 巖性以卵石為主,部分為礫石。

卵石:淺紫灰、灰色,成份主要為石英巖、石英砂巖、灰?guī)r,少量為片麻巖。粒徑一般3～7 cm,分選差,多為次圓—渾圓狀,卵石含量一般50%～75%,礫石含量15%～31%,中粗砂及泥質(zhì)充填。部分孔段卵石含量略低,如NDH25-4、NDH25-8、NDH25-10孔的卵石含量25%～35%,為礫石。局部夾有0.2～0.6 m厚的中壤土、重砂壤土和中粗砂透鏡體。本層頂部普遍分布有礫砂、中粗砂、礫質(zhì)砂壤土、重砂壤土和中壤土等透鏡體,厚度0.4～8.2 m;其中土層為灰黃色,土質(zhì)不均,較松軟,含有直徑1～4 cm的礫卵石,含量約20%;砂層為灰黃色,成份以石英為主,松散,分選差,礫卵石含量20%～25%。該層分布廣泛,層厚3.5～11.6 m。

卵石:淺紅色、深灰色,成份主要為石英巖、石英砂巖、灰?guī)r,少量為片麻巖,粒徑一般4～10 cm,最大可達(dá)40 cm左右,分選差,多為渾圓狀—次圓狀,卵石含量59%～77%,礫石含量16%～22%。中粗砂及泥質(zhì)充填。局部地段卵石含量較少,為礫石。層內(nèi)夾厚0.2～0.6的中粗砂及中壤土透鏡體?，F(xiàn)階段由于當(dāng)?shù)卮迕癫缮?該層卵石已基本篩砂被采,原級配已遭破壞,剩余粗顆粒堆積物與采砂坑相間分布,相對高差約3～5 m。該層分布比較廣泛,層厚3.4～9.7 m。

(4)人工堆積(rQ) 巖性為卵石,主要為人工采砂廢棄的粗顆粒。成份以石英巖、石英砂巖、灰?guī)r為主。粒徑4～10 cm,最大可達(dá)50 cm左右。卵石含量70%～80%。一般在地表呈橢圓形石堆,高3～5 m,面積大小不等。其中在河的左岸,大部分已被推平,上鋪0.5 m厚的重粉質(zhì)壤土。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

石門河渠道倒虹吸工程場區(qū)位于華北準(zhǔn)地臺山西臺背斜東南部,新構(gòu)造分區(qū)為華北斷陷隆起區(qū)太行山隆起的東南部邊緣。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育,空間展布以北東向、北西向、近東西向?yàn)橹?見表1),其中以北東向斷裂最為發(fā)育。場區(qū)西有九里山斷裂和峪河斷裂,東有百泉斷和臥羊?yàn)硵嗔选＝鼒鰠^(qū)斷層在晚第三紀(jì)時期均有活動,其表現(xiàn)式為差異性升降運(yùn)動和地震。

表1 近場區(qū)主要斷裂性質(zhì)表Table 1 Property list ofmain fracture in near field region

根據(jù)《南水北調(diào)中線工程沿線設(shè)計地震動參數(shù)區(qū)劃報告》,工程區(qū)地震動峰值加速度值為0.15g,相當(dāng)于地震基本烈度7度區(qū)。

1.4 水文地質(zhì)條件

場區(qū)位于北溫帶,屬半濕潤、半干旱的大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,夏季炎熱多雨,冬季寒冷干燥。多年平均氣溫14.3℃,多年平均降水量780 mm,且降雨多集中在6～9月份。

場區(qū)地下水為第四系松散巖類孔隙潛水,含水層巖性主要為卵石,其空間分布穩(wěn)定,厚度大。地下水埋深0.60～6.00 m,水位高程93.81～96.70 m。區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水、河水及上游地下逕流補(bǔ)給;排泄方式主要為蒸發(fā)及側(cè)向逕流排泄。

2 主要工程地質(zhì)問題分析與評價

根據(jù)建筑物型式、位置和工程地質(zhì)條件,建筑物場區(qū)存在的主要工程地質(zhì)問題有基坑臨時邊坡穩(wěn)定問題、基坑排水問題、不均勻沉陷問題、閘基滲透變形問題、泥(水)石流問題等。

2.1 基坑臨時邊坡穩(wěn)定問題

倒虹吸進(jìn)、出口段邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)為礫、卵石均一結(jié)構(gòu),其下部分布有重砂壤土、中壤土及中粗砂等軟弱夾層,施工臨時邊坡高度7～10 m,水下部分約3.0 m左右,穩(wěn)定條件較差。根據(jù)試驗(yàn),卵石水上休止角36°～38°,相應(yīng)坡比1∶1.38～1∶1.28,綜合考慮邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu),該段卵石臨時邊坡坡比采用1∶1.5為宜。

倒虹吸管身段地質(zhì)結(jié)構(gòu)為礫、卵石均一結(jié)構(gòu),邊坡中下部夾薄層重砂壤土、礫質(zhì)砂壤土及中粗砂、礫砂透鏡體,施工臨時邊坡高度18 m左右,水下部分約14.0 m左右,邊坡穩(wěn)定性差。根據(jù)卵石休止角和坡高,并考慮其結(jié)構(gòu)特征,采用多級邊坡開挖,并做好防護(hù)措施。

2.2 基坑排水問題

倒虹吸管身段建基面高程82.2 m,地下水位高程93.81～96.70 m,地下水位高出建基面11～14 m。建基面以上卵礫石層屬強(qiáng)透水層,滲透系數(shù)k=9.0×10-2～1.6×10-1cm/s,且河水與地下水相互連通,存在基坑排水問題,施工時應(yīng)采取有效的排水、截滲措施。

2.3 不均勻沉陷問題

倒虹吸進(jìn)、出口漸變段基礎(chǔ)底面高程約90.27～92.518 m,在基底以下及其附近分布有重砂壤土、中壤土及中粗砂薄層或透鏡體,管身斜坡段和水平管身段建基面高程82.2～91.718 m,其基底分別為土層或卵石層,且卵石層局部夾薄層中壤土透鏡體,巖性不均一,土體壓縮性差異較大,存在不均勻沉陷問題。

2.4 飽和砂土的地震液化問題

2.5 泥(水)石流問題

工程區(qū)距山前較近,區(qū)內(nèi)降水多集中在6～9月份,石門河屬暴雨山洪型河流,工程區(qū)以上匯水面積207 km2,百年一遇洪峰流量3 260 m3/s,三百年一遇洪峰流量4 110 m3/s,其洪水挾帶和搬運(yùn)能力很強(qiáng),出山口堆積了大量卵礫石松散堆積物,容易形成水石流下泄,場區(qū)直接受其威脅。因此泥(水)石流對倒虹吸工程的影響應(yīng)予以重視。

3 結(jié)語

程設(shè)計與施工的重要因素。通過鉆探、原位測試、室內(nèi)外試驗(yàn)等方法,結(jié)合建筑物型式、位置和工程地質(zhì)條件,場區(qū)存在基坑臨時邊坡穩(wěn)定問題、基坑問題排水、不均勻沉陷問題等工程地質(zhì)問題,對于這些地質(zhì)問題可以采取分級邊坡開挖、排水截滲、地基夯實(shí)或換填等有效措施加以解決;對泥(水)石流的防治應(yīng)采取工程、生物、預(yù)警、行政等措施進(jìn)行抑制、疏導(dǎo)、局部避讓等綜合措施,達(dá)到控制泥石流的發(fā)生和發(fā)展,以便減輕或消除泥石流對工程的危害。

石門河倒虹吸是南水北調(diào)中線工程總干渠與河流交叉的重要建筑物之一,場區(qū)工程地質(zhì)條件是影響工

[1] 水利部.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2009:129-132.

[2] 常士驃,張?zhí)K民,等.工程地質(zhì)手冊[S].第四版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007:1 016-1 023.

[3] 胡廣韜,楊文遠(yuǎn).工程地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,1984:153-220.

[4] 王奎華.巖土工程勘察[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005:23-25.

[5] 林宗元.簡明巖土工程勘察設(shè)計手冊(上冊)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003:707-715.

(責(zé)任編輯:胡立智)

Analysis and Evaluation on the Major Engineering Geological Problem of the Inverted Siphon at Shimen River

SONG Yidong
(Henan Water&Power Consulting Engineering Co.,L td.,Zhengzhou,Henan450008)

The inverted siphon at Shimen River is a intersected buildingwhich the main channel of theMiddle Route of South-to-NorthWater Transfer Project crossed the Shimen river.In this paper,the major engineering geological problems of this projectwere analyzed and evaluated from aspects of geological condition,lithological distribution characteristic.

slope stability;the drainage of foundation ditch;differential settlement;inverted siphon;theMiddle Route of South-to-NorthWater Transfer Project

TV672+.5;TV68

A

1671-1211(2010)05-0541-03

2010-07-20;改回日期:2010-09-06

宋義東(1975-),男,工程師,土木工程專業(yè),從事工程勘察方面的工作。E-mail:songyidong@126.com