南水北调中线河北磁县段工程地质特征

□何运龙

磁县位于河北省最南端，南水北调中线总干渠在磁县内全长40.056km。布置大型河渠交叉工程滏阳河渡槽、牤牛河南支渡槽，左岸排水、渠渠交叉工程、分水口门、路渠交叉建筑物。渠道所经过的地段工程地质条件复杂，涉及砂土液化、黄土湿陷性、膨胀岩土等重大工程地质问题。

1.地质条件

1.1 地形地貌

磁县段总干渠位于京广铁路与太行山东麓边缘之间的狭长地带上，西部是太行山东麓丘陵、陇岗，东部为太行山前倾斜平原区，倾斜平原与岗地交错分布。地貌总体特征西高东低，地面高程83～106m。垄岗表面被水流切割形成V字型冲沟。河流主要有漳河、滏阳河、牤牛河，河流及沟谷流向均自西向东，河谷两岸分布一、二级阶地，河床、河漫滩较为开阔。

1.2 地层岩性

此段发育的地层下部主要为上第三系中新统湖积物，上部为第四系地层，两者呈不整合接触。上第三系黏土岩以棕红色、灰白灰绿色为主，具胀缩性，层位连续稳定，夹砂土、卵石及砂砾岩，广泛分布。第四系中更新统红色泥砾广泛分布，为黏土及风化砂粒充填包裹卵砾石。第四系上更新统上中段为黄土状壤土具大孔隙、垂直节理，部分具湿陷性。全新统主要分布于河流沟谷表层。

1.3 地质构造

渠段附近的断裂多为隐伏断裂，边界控制性断裂走向以NNE和NWW向为主。主要断裂有邯郸邢台断裂、紫山西断裂、紫山东断裂、磁县断裂。磁县1830年曾发生7.5级地震，距总干渠不足10km，磁县断裂为发震断裂。地震动峰值加速度为0.15g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。

1.4 水文地质条件

此区域气候特点为冬春干旱，夏季多雨。漳河、滏阳河、牤牛河受到上游水库控制，多为季节性河流，仅在汛期或输水渠排水才见有明流。地下水主要是孔隙水，赋存于卵石、砂土层中。卵石、砂土具较强透水性，富水量较大。

2.工程地质问题

2.1 饱和土震动液化

漳河以北河漫滩渠道地基为第四系全新统中砂，地下水位埋深5.2m，具轻微～中等液化。双庙沟以南渠道地基为轻粉质壤土，地下水埋深10m，具有轻微～中等液化。当作为地基的饱和砂土或少黏性土受到震动时，饱和砂土中的孔隙水压力骤然升高，孔隙水压力来不及消散，砂层会完全丧失抗剪强度和承载能力，对渠堤和建筑物安全产生较严重影响，渠堤出现裂缝，形成溃口，建筑物整体发生沉陷，倾斜。消除液化的措施主要有全部消除或部分消除两大类方法。全部消除液化应处理至液化层底面，部分消除应使液化指数减少。液化层埋深不大，宜采取全部消除液化措施。采用加密法，如振冲、振动加密、挤密碎石桩、夯扩桩，桩体可就地取材，采用泥砾料或漳河内砂卵石，即经济又合理。

2.2 湿陷性黄土

具湿陷性黄土状壤土主要分布在滏阳河左岸以北至北侧陇岗前缘部位。土质疏松，大孔隙及虫孔发育，具垂直节理，钙质结核局部富集，湿陷性特征较明显。受湿陷性黄土影响主要是渠堤，湿陷性黄土浸水后，产生湿陷变形，特别是堤基发生不均匀变形，堤基沉陷，地基承载力降低，堤身从而会产生不同程度的裂缝，破坏渠道衬砌，导致漏水。处理措施宜采用部分消除湿陷性的措施，如换土垫层、碎石桩或强夯等。

2.3 膨胀岩土

牤牛河以南膨胀岩土埋深较大，强度等级以中弱为主，分布不连续。牤牛河以北出露于地表或埋深不大，强度等级以中强为主，地层连续稳定。膨胀岩土具有吸水膨胀失水收缩的特性，据自由膨胀率划分为强、中、弱3个等级。膨胀土岩中富含以蒙脱石为主的亲水矿物，裂隙发育，强、中、弱膨胀土交错分布，地下水赋存于砂砾岩透镜体中，工程地质条件较为复杂。含水量的反复变化导致膨胀土岩反复胀缩，使得土岩体结构发生破坏，力学强度随之降低。地下水及地表水是影响膨胀土危害性的主要条件，当渠道开挖后，地下水会从透镜体中释放，如果透镜体在渠道附近未被揭露，水则会从膨胀土微裂隙中渗出。在地下水及地表水的共同作用下，渠道边坡及渠底表面膨胀土吸水膨胀，造成表面土体的反复破坏，当破坏达到一定深度，就会发生浅层或深层滑动，影响渠坡稳定。膨胀土岩产生的膨胀力对渠道衬砌也会引起破坏。因此，膨胀土主要对渠道边坡及衬砌产生不利的影响。处理的措施应重点防止膨胀土岩含水量反复变化与加强排水措施上。具体措施为换土，设置排水层等。

3.结语

磁县段内发育的地层主要为上第三系黏土岩、砂砾岩，第四系中更新统泥砾，第四系上更新统黄土状土以及第四系全新统砂土。黏土岩、泥砾层承载力较高，可作为倒虹吸、渡槽、分水闸、公路桥等建筑物较好的持力层。部分黄土状壤土具湿陷性，需要对其进行处理。饱和砂土易产生液化，对渠堤及建筑物的稳定有不利影响。膨胀性土岩分布较广，是磁县段内非常突出的工程地质问题，也是工程需要解决的重点问题。