石门河倒虹吸主要工程地质问题分析与评价

宋义东

(河南省水利勘测有限公司,河南郑州 450008)

石门河倒虹吸主要工程地质问题分析与评价

宋义东

(河南省水利勘测有限公司,河南郑州 450008)

石门河倒虹吸是南水北调中线工程总干渠穿越石门河的交叉建筑物。从地质条件、岩性分布特征等方面,对该工程存在的主要工程地质问题进行分析与评价。

边坡稳定;基坑排水;不均匀沉陷;倒虹吸;南水北调中线工程

0 引言

石门河倒虹吸位于河南省辉县市赵固乡大砂窝村西北的石门河上,是南水北调中线工程总干渠穿越石门河的交叉建筑物,建筑物型式为渠道倒虹吸。石门河倒虹吸上游集水面积207 km2,百年一遇洪峰流量3 260 m3/s,相应洪水位100.86 m,三百年一遇洪峰流量4 110 m3/s,相应洪水位101.08 m;上游有石门水库(中型)。石门河倒虹建筑物总长度为1 174 m,其中倒虹吸管段长度1 015 m,设计流量260 m3/s,加大流量310 m3/s,设计水位101.318 m,加大水位101.872 m。

1 地质概况

1.1 地形地貌

倒虹吸场区位于太行山南麓山前冲洪积扇裙的中上部,地势由西北向东南倾斜,地表坡降6‰,地面高程98～101 m。总干渠跨越石门河处,河谷宽度约1 200 m,石门河为一条宽浅型游荡河流,由几条主河槽和心滩组成,河底高程97.5～99.0 m,心滩高程99.5～100.5 m;右岸为河漫滩,地形较为平缓、开阔,高程99.7～101.0 m。

由于当地村民挖坑采砂,河床内2～4 m深的采砂坑和3～5 m高的废弃粗颗粒卵石堆星罗棋布,河谷形态已面目全非;同时,由于石门河长年无水(除特丰水年),大片地段地表出露岩性为松散卵石,几近戈壁滩,受上级部门的委托,当地政府对该地段进行复耕土地改造。沿河修了两道堤防,堤内宽约300 m,上部填厚约0.5 m的重粉质壤土,改造为可耕地。

1.2 地层岩性

倒虹吸场区内主要为第四系上更新统和全新统地层。

(1)上更新统(alp lQ3) 地层岩性主要为卵石,卵石含量18%～45%,砾石含量25%～55%,中粗砂及泥质充填,砂为灰黄色。顶部含泥量大,部分地段分布有重砂壤土、中壤土透镜体,厚0.7～1.5 m。该层自上而下卵石粒径逐渐变小,砂粒含量逐渐增多。本层厚度>17.9 m,未揭穿。

(2)全新统下段(alplQ14) 岩性以卵石为主,部分为砾石。

卵石:浅紫灰、灰色,成份主要为石英岩、石英砂岩、灰岩,少量为片麻岩。粒径一般3～7 cm,分选差,多为次圆—浑圆状,卵石含量一般50%～75%,砾石含量15%～31%,中粗砂及泥质充填。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%,为砾石。局部夹有0.2～0.6 m厚的中壤土、重砂壤土和中粗砂透镜体。本层顶部普遍分布有砾砂、中粗砂、砾质砂壤土、重砂壤土和中壤土等透镜体,厚度0.4～8.2 m;其中土层为灰黄色,土质不均,较松软,含有直径1～4 cm的砾卵石,含量约20%;砂层为灰黄色,成份以石英为主,松散,分选差,砾卵石含量20%～25%。该层分布广泛,层厚3.5～11.6 m。

卵石:浅红色、深灰色,成份主要为石英岩、石英砂岩、灰岩,少量为片麻岩,粒径一般4～10 cm,最大可达40 cm左右,分选差,多为浑圆状—次圆状,卵石含量59%～77%,砾石含量16%～22%。中粗砂及泥质充填。局部地段卵石含量较少,为砾石。层内夹厚0.2～0.6的中粗砂及中壤土透镜体。现阶段由于当地村民采砂,该层卵石已基本筛砂被采,原级配已遭破坏,剩余粗颗粒堆积物与采砂坑相间分布,相对高差约3～5 m。该层分布比较广泛,层厚3.4～9.7 m。

(4)人工堆积(rQ) 岩性为卵石,主要为人工采砂废弃的粗颗粒。成份以石英岩、石英砂岩、灰岩为主。粒径4～10 cm,最大可达50 cm左右。卵石含量70%～80%。一般在地表呈椭圆形石堆,高3～5 m,面积大小不等。其中在河的左岸,大部分已被推平,上铺0.5 m厚的重粉质壤土。

1.3 地质构造

石门河渠道倒虹吸工程场区位于华北准地台山西台背斜东南部,新构造分区为华北断陷隆起区太行山隆起的东南部边缘。区内断裂构造比较发育,空间展布以北东向、北西向、近东西向为主(见表1),其中以北东向断裂最为发育。场区西有九里山断裂和峪河断裂,东有百泉断和卧羊湾断裂。近场区断层在晚第三纪时期均有活动,其表现式为差异性升降运动和地震。

表1 近场区主要断裂性质表Table 1 Property list ofmain fracture in near field region

根据《南水北调中线工程沿线设计地震动参数区划报告》,工程区地震动峰值加速度值为0.15g,相当于地震基本烈度7度区。

1.4 水文地质条件

场区位于北温带,属半湿润、半干旱的大陆性季风气候,四季分明,夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥。多年平均气温14.3℃,多年平均降水量780 mm,且降雨多集中在6～9月份。

场区地下水为第四系松散岩类孔隙潜水,含水层岩性主要为卵石,其空间分布稳定,厚度大。地下水埋深0.60～6.00 m,水位高程93.81～96.70 m。区内地下水补给来源主要为大气降水、河水及上游地下迳流补给;排泄方式主要为蒸发及侧向迳流排泄。

2 主要工程地质问题分析与评价

根据建筑物型式、位置和工程地质条件,建筑物场区存在的主要工程地质问题有基坑临时边坡稳定问题、基坑排水问题、不均匀沉陷问题、闸基渗透变形问题、泥(水)石流问题等。

2.1 基坑临时边坡稳定问题

倒虹吸进、出口段边坡地质结构为砾、卵石均一结构,其下部分布有重砂壤土、中壤土及中粗砂等软弱夹层,施工临时边坡高度7～10 m,水下部分约3.0 m左右,稳定条件较差。根据试验,卵石水上休止角36°～38°,相应坡比1∶1.38～1∶1.28,综合考虑边坡地质结构,该段卵石临时边坡坡比采用1∶1.5为宜。

倒虹吸管身段地质结构为砾、卵石均一结构,边坡中下部夹薄层重砂壤土、砾质砂壤土及中粗砂、砾砂透镜体,施工临时边坡高度18 m左右,水下部分约14.0 m左右,边坡稳定性差。根据卵石休止角和坡高,并考虑其结构特征,采用多级边坡开挖,并做好防护措施。

2.2 基坑排水问题

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。建基面以上卵砾石层属强透水层,渗透系数k=9.0×10-2～1.6×10-1cm/s,且河水与地下水相互连通,存在基坑排水问题,施工时应采取有效的排水、截渗措施。

2.3 不均匀沉陷问题

倒虹吸进、出口渐变段基础底面高程约90.27～92.518 m,在基底以下及其附近分布有重砂壤土、中壤土及中粗砂薄层或透镜体,管身斜坡段和水平管身段建基面高程82.2～91.718 m,其基底分别为土层或卵石层,且卵石层局部夹薄层中壤土透镜体,岩性不均一,土体压缩性差异较大,存在不均匀沉陷问题。

2.4 饱和砂土的地震液化问题

2.5 泥(水)石流问题

工程区距山前较近,区内降水多集中在6～9月份,石门河属暴雨山洪型河流,工程区以上汇水面积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,其洪水挟带和搬运能力很强,出山口堆积了大量卵砾石松散堆积物,容易形成水石流下泄,场区直接受其威胁。因此泥(水)石流对倒虹吸工程的影响应予以重视。

3 结语

程设计与施工的重要因素。通过钻探、原位测试、室内外试验等方法,结合建筑物型式、位置和工程地质条件,场区存在基坑临时边坡稳定问题、基坑问题排水、不均匀沉陷问题等工程地质问题,对于这些地质问题可以采取分级边坡开挖、排水截渗、地基夯实或换填等有效措施加以解决;对泥(水)石流的防治应采取工程、生物、预警、行政等措施进行抑制、疏导、局部避让等综合措施,达到控制泥石流的发生和发展,以便减轻或消除泥石流对工程的危害。

石门河倒虹吸是南水北调中线工程总干渠与河流交叉的重要建筑物之一,场区工程地质条件是影响工

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(责任编辑: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

宋义东(1975-),男,工程师,土木工程专业,从事工程勘察方面的工作。E-mail:songyidong@126.com