陳振全

(河南省水利勘測(cè)有限公司，河南 鄭州 450003)

南水北調(diào)中線(xiàn)工程新鄭南段始于長(zhǎng)葛和新鄭兩市交界，終點(diǎn)為新鄭市王老莊南雙洎河渡槽進(jìn)口150 m處，全長(zhǎng)16.18 km。新鄭南段處于嵩箕山脈向黃淮沖積平原過(guò)渡區(qū)，地貌單元主要有松散土覆蓋崗地和河谷平原等，沿線(xiàn)地質(zhì)條件復(fù)雜。

1 前期工程地質(zhì)勘察概述

新鄭南段工程屬于南水北調(diào)中線(xiàn)工程沙河南～黃河南渠段，2005年8月完成可行性研究階段地質(zhì)勘察，2010年7月完成初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察。

前期各階段勘察按照相關(guān)規(guī)程、規(guī)范、技術(shù)規(guī)定等要求進(jìn)行，前期勘察共完成地質(zhì)測(cè)繪約25 km2，勘探進(jìn)尺6 951.85 m/245孔，室內(nèi)土工試驗(yàn)4 503組，室內(nèi)巖石試驗(yàn)257組，各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)117組，滿(mǎn)足初步設(shè)計(jì)階段勘察深度要求。

通過(guò)前期勘察工作，查明了渠道及建筑物場(chǎng)地的水文、工程地質(zhì)條件，提出了場(chǎng)區(qū)存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題和該渠段各巖土體物理力學(xué)性參數(shù)建議值。

2 施工地質(zhì)勘察概述

施工地質(zhì)工作是工程建設(shè)的重要組成部分，對(duì)消除地質(zhì)隱患、優(yōu)化設(shè)計(jì)、選擇合理的施工方法、保障工程正常運(yùn)行等方面均具有重要意義。施工期間，一方面通過(guò)施工地質(zhì)編錄對(duì)前期勘察資料進(jìn)行印證，另一方面通過(guò)施工地質(zhì)勘察進(jìn)一步查明新發(fā)現(xiàn)的施工地質(zhì)問(wèn)題和不良地質(zhì)條件，消除地質(zhì)隱患，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。施工地質(zhì)主要根據(jù)《水利水電工程施工地質(zhì)勘察規(guī)程》(SL313-2004) 的要求進(jìn)行，應(yīng)自工程開(kāi)工起至工程竣工驗(yàn)收止，貫穿于工程施工的全過(guò)程。

施工地質(zhì)工作方法主要包括：地質(zhì)巡視、施工地質(zhì)編錄、地質(zhì)觀(guān)測(cè)、取樣試驗(yàn)、專(zhuān)項(xiàng)勘察、地質(zhì)預(yù)報(bào)、參加與地質(zhì)有關(guān)的驗(yàn)收、解釋和解決施工地質(zhì)方面的問(wèn)題等。

新鄭南段于2011年2月10日開(kāi)工建設(shè)，主體工程于2013年11月21日完工，施工高峰期投入施工地質(zhì)技術(shù)人員15人，共進(jìn)行地質(zhì)巡視184次，建基面地質(zhì)編錄379次，參加重要隱蔽工程驗(yàn)收725次，參加相關(guān)地質(zhì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)專(zhuān)題研討會(huì)35次，編發(fā)施工地質(zhì)通知單7項(xiàng)，完成專(zhuān)項(xiàng)施工地質(zhì)勘察6項(xiàng)。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖驗(yàn)證和施工地質(zhì)勘察成果，新鄭南段前期勘察精度滿(mǎn)足規(guī)范和工程需要，各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)建議值合適，主要水文、工程地質(zhì)問(wèn)題及地層結(jié)構(gòu)和地層巖性與前期勘察資料基本一致。

3 初步設(shè)計(jì)審查意見(jiàn)落實(shí)情況

2010年7月《南水北調(diào)中線(xiàn)一期工程總干渠沙河南至黃河南渠段新鄭南段初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)專(zhuān)題報(bào)告》通過(guò)了水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院的審查。審查意見(jiàn)提出與工程地質(zhì)有關(guān)的主要審查意見(jiàn)為：“下階段應(yīng)根據(jù)不同料場(chǎng)的具體情況和實(shí)際需要，對(duì)料場(chǎng)進(jìn)行必要的復(fù)核工作；進(jìn)一步研究膨脹土添加水泥改性后的膨脹性(膨脹率和膨脹力)，進(jìn)一步評(píng)價(jià)其對(duì)渠道邊坡襯砌的影響?！?/p>

落實(shí)情況：施工期間，施工地質(zhì)工作對(duì)官劉莊附近雙洎河南土料場(chǎng)和敬樓土料場(chǎng)進(jìn)行了復(fù)核，由于雙洎河南土料場(chǎng)位于暴莊韓王陵墓葬區(qū)內(nèi)，嚴(yán)禁作為取土場(chǎng)，因此施工期新選了敬樓西南土料場(chǎng)。設(shè)計(jì)未采用膨脹土添加水泥改性后用做渠堤填筑的設(shè)計(jì)方案，因此未做相應(yīng)的研究及評(píng)價(jià)。

4 主要施工地質(zhì)問(wèn)題勘察與處理

新鄭南段施工期間共新發(fā)現(xiàn)5項(xiàng)主要施工地質(zhì)問(wèn)題，均進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)施工地質(zhì)勘察，設(shè)計(jì)根據(jù)施工地質(zhì)建議進(jìn)行了相應(yīng)處理。

4.1 樁號(hào)SH(3)115+348.7～SH(3)115+577渠段膨脹土處理建議

第1標(biāo)段樁號(hào)SH(3)115+348.7～SH(3)115+577渠段，左、右岸渠坡上部巖性為第四系上更新統(tǒng)黃土狀中粉質(zhì)壤土(alplQ3)，中下部和渠底板地層巖性為第四系中更新統(tǒng)(dlplQ2)的重粉質(zhì)壤土或粉質(zhì)粘土，原設(shè)計(jì)方案為不換填方案。

施工階段渠道開(kāi)挖揭露后發(fā)現(xiàn)，該段渠道左、右岸一級(jí)邊坡中下部位第四系中更新統(tǒng)的粉質(zhì)粘土(dlplQ2)呈棕紅色，施工期取樣10組進(jìn)行了室內(nèi)膨脹性復(fù)核，試驗(yàn)表明：該粉質(zhì)粘土(dlplQ2)粘粒含量≥30%，液限多數(shù)>50%，自由膨脹率多數(shù)>40%。自由膨脹率范圍值為25.00%～62.00%，其中自由膨脹率小于40%的占5組，自由膨脹率在40%≤δef<65%之間的占5組，具弱膨脹潛勢(shì)。為了保證渠道邊坡穩(wěn)定性，建議對(duì)樁號(hào)SH(3)115+348.7～SH(3)115+577渠段左右岸渠坡和樁號(hào)SH(3)115+500～SH(3)115+560段渠道底板均采取粘性土換填處理。施工期設(shè)計(jì)根據(jù)地質(zhì)建議對(duì)該渠段渠坡和渠底板膨脹土利用渠道內(nèi)開(kāi)挖可利用土料進(jìn)行了換填處理。

4.2 樁號(hào)SH(3)125+976～SH(3)126+800渠段軟土地基施工地質(zhì)勘察

第2標(biāo)段樁號(hào)SH(3)125+976～SH(3)126+330渠段，原設(shè)計(jì)根據(jù)該區(qū)域內(nèi)的黃土狀輕、中粉質(zhì)壤土(alplQ3)濕陷性特征，采用土擠密樁的方法進(jìn)行地基處理，處理深度地面以下7.50 m。施工期發(fā)現(xiàn)河槽內(nèi)部分區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重縮孔現(xiàn)象，經(jīng)采用洛陽(yáng)鏟進(jìn)行初步勘察，發(fā)現(xiàn)5 m以下地層中夾有灰色軟土和有機(jī)質(zhì)土。根據(jù)參建各方處理意見(jiàn)，對(duì)該渠段河槽進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)施工地質(zhì)勘察。

根據(jù)施工地質(zhì)勘察結(jié)果：河槽內(nèi)下部存在中粉質(zhì)壤土(軟土)(alplQ4)，其靜力觸探錐尖阻力僅0.70 MPa，不排水剪抗剪強(qiáng)度為30 kPa(φu=0)，為高壓縮性軟土地基，且局部夾有機(jī)質(zhì)土，保水性強(qiáng)，地基承載力特征值fak僅有90 kPa。

由于渠段總干渠與該河槽穿插相交，河槽段渠道填方高度局部可達(dá)16 m。河槽下部新發(fā)現(xiàn)的第四系全新統(tǒng)中粉質(zhì)壤土(alplQ4)屬高壓縮性軟土地基，河槽兩岸土體則為黃土狀土(alplQ3)，具中等壓縮性。因此河槽下部軟土和兩岸地基土力學(xué)性質(zhì)存在很大差異，易引起渠基不均勻沉降。為加強(qiáng)該軟弱下臥土層的排水固結(jié)，同時(shí)提高該段渠道持力層地基承載力，建議采用擠密碎石樁對(duì)該軟弱土層進(jìn)行地基處理。

施工期設(shè)計(jì)根據(jù)施工地質(zhì)建議，河槽兩岸黃土狀土(alplQ3)仍采用土擠密樁進(jìn)行黃土濕陷性地基處理，對(duì)河槽內(nèi)的中粉質(zhì)壤土(alplQ4)改為振動(dòng)沉管擠密碎石樁進(jìn)行了地基處理。

4.3 土料場(chǎng)變更勘察

根據(jù)設(shè)計(jì)土方平衡調(diào)配計(jì)算，在充分利用本設(shè)計(jì)單元內(nèi)的渠道挖方土料外，本設(shè)計(jì)單元樁號(hào)SH(3)126+000～SH(3)131+531段仍缺少填筑土料約273萬(wàn)m3。招標(biāo)階段根據(jù)新鄭市旅游和文物局于2010年10月21日提供的證明，前期選定的雙洎河南土料場(chǎng)位于暴莊韓王陵墓葬區(qū)，禁止作為取土場(chǎng)使用。根據(jù)地方政府建議施工階段重新勘察選定了敬樓西南土料場(chǎng)。

敬樓西南土料場(chǎng)黃土狀中粉質(zhì)壤土(alplQ3)試驗(yàn)成果除天然含水率稍偏低外，其它指標(biāo)均符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》(SL251-2000)關(guān)于均質(zhì)壩土料的質(zhì)量要求。根據(jù)擬征地范圍和取土深度計(jì)算，料場(chǎng)可利用土料總儲(chǔ)量為362.99萬(wàn)m3，滿(mǎn)足新鄭南段施工填筑所需土料的需要。

根據(jù)敬樓土料場(chǎng)土料質(zhì)量情況，本渠段施工期使用的填筑土料除來(lái)自本渠段內(nèi)的可利用的挖方土料外，其他渠堤填筑土料均取自敬樓西南土料場(chǎng)。

4.4 雙洎河支流渡槽3號(hào)墩承臺(tái)建基面黑色軟土處理建議

根據(jù)施工期開(kāi)挖揭露情況，雙洎河支流渡槽3號(hào)墩承臺(tái)基面中間大部分巖性為黃土狀中粉質(zhì)壤土(alQ4)，與前期地質(zhì)勘察資料基本一致。但在承臺(tái)兩側(cè)開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)局部存在黑色軟土(alQ4)，承臺(tái)北側(cè)該軟土分布長(zhǎng)度約40.90 m，南側(cè)分布長(zhǎng)度約13.50 m，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，厚度約0.50 m。該軟土(alQ4)呈軟塑狀，欠固結(jié)，土質(zhì)軟弱，承載力低，不宜作為建筑物天然地基，由于分布厚度較薄，設(shè)計(jì)根據(jù)施工地質(zhì)建議進(jìn)行挖除換填碎石土(低壓縮性土)處理。

4.5 排水倒虹管身段第8節(jié)建基面軟土處理建議

根據(jù)施工期開(kāi)挖揭露情況，新鄭南段十里鋪溝排水倒虹管身段第8節(jié)建基面上部的中粉質(zhì)壤土(Qs)為早期人工堆積，褐黃色，偶見(jiàn)磚瓦碎片，土質(zhì)松軟，欠固結(jié)，厚度一般為0.35 m；下部為黃土狀輕粉質(zhì)壤土(alplQ3)，褐黃色，可塑狀，承載力較高。

根據(jù)施工地質(zhì)勘察資料：第8節(jié)建基面上部的中粉質(zhì)壤土(Qs)土質(zhì)松軟，欠固結(jié)，不宜作為建筑物天然地基，由于分布厚度較薄，設(shè)計(jì)根據(jù)施工地質(zhì)建議進(jìn)行挖除換填碎石土(低壓縮性土)處理。

5 施工地質(zhì)勘察經(jīng)驗(yàn)與建議

①新鄭南段樁號(hào)SH(3)125+976～SH(3)126+800渠段河槽和兩岸地基土力學(xué)性質(zhì)存在很大差異，渠道填筑后，附加荷載增加，易引起渠道不均勻沉降，施工期進(jìn)行了碎石樁地基處理，后期運(yùn)行期間建議加強(qiáng)該段渠道沉降穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。②根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖこ滩捎蒙笆蠈?shí)際情況，本工程人工砂石料均采用業(yè)主建議料場(chǎng)，施工單位自行外購(gòu)的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)模式，擺脫工程對(duì)單一料源的依賴(lài)，既有效保證了料源供應(yīng)，又減輕了業(yè)主對(duì)工程料源的管理難度。③線(xiàn)性的水利工程，建議重視對(duì)沿線(xiàn)挖方土料調(diào)查，合理利用挖方土料，挖填平衡方案要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工方案，從時(shí)間和空間兩個(gè)方面進(jìn)行土方平衡調(diào)配。