南水北调中线十八里河倒虹吸工程地质评价

李凤稳

（河南省水利勘测有限公司，河南郑州450003）

南水北调中线十八里河倒虹吸工程地质评价

李凤稳*

（河南省水利勘测有限公司，河南郑州450003）

十八里河为季节性河流，为贾鲁河的支流，十八里河倒虹吸工程为一综合建筑物，在右岸布有节制闸及退水闸。工程区属粘性均一结构，工程区多为挖方，最大挖深达19m，存在边坡稳定问题，地下水位高于倒虹吸底板，应做好排水工作。针对建筑物主要存在的工程地质问题进行了分析、评价。尤其对施工排水问题进行了分析、评价，对工程的设计、施工具有指导意义。

南水北调；倒虹吸；评价

1　工程地质条件

1.1地形地貌

十八里河为季节性河流，为贾鲁河的支流，十八里河倒虹吸工程为一综合建筑物，在右岸布有节制闸及退水闸。

工程场区处于倾斜平原，在测区范围内南西高，东北低，地面坡降约2‰，十八里河呈西南—东北向，河谷开阔，呈宽“U”形，宽约300m，深约10m，河床宽约50m，河底高程118.7m，坡降约1/2000，左岸地形较平坦，地面高程130m左右，右岸冲沟发育，由于侵蚀切割，地形起伏不平，岸坡多直立。

1.2地层岩性

工程区内主要为第四系中更新统（Q2）、上更新统（Q3）及全新统（Q4）地层。现从老到新分述如下。

1.2.1中更新统（Q2）

坡洪积成因，主要为粉质粘土组成。

粉质粉土（Qdlpl2）:棕红，稍湿，结构致密，硬塑状，土质较均一，含黑色铁锰质斑点。揭露厚度5.0m。

1.2.2上更新统（Q3）

黄土状轻粉质壤土（Q13alpl）：褐黄、棕黄色，稍湿，软塑—可塑状，见有黑色铁锰质薄膜，少量直径2～3mm的铁锰结核及2%左右的钙质结核，粒径2～4cm，土质不均，局部夹有厚约1～2m厚的棕红色重粉质壤土，厚约12～14m。

黄土状重砂壤土（Q23alpl）：湿时呈褐黄色，干时为黄色，具针状孔隙，垂直节理发育，见有虫孔、植物根孔白色网状钙质条纹，钙质结核呈零星分布，粒径0.5～ 5cm，土质不均，夹有较多的细砂透镜体及厚0.4～2.1m薄砂层。厚度一般5～13m。

1.2.3全新统（Q4）

冲积成因，全新统（Qal4）为轻粉质壤土：灰色，富含有机质，有臭味，湿—饱和状态，土质不均。夹有细砂透镜体。

1.3地质构造与地震

工程区域中朝准地台华北断拗构造单元，主体构造线方向为北西或近东西南，据南水北调中线工程区域新构造图的划分，区域新构造区属豫皖断块，主要构造线走向为北东向，受区域构造运动的制约，早第三纪以来，工程场区附近以沉降为主，区内广泛为第四系所覆盖，据区域资料，第四系、上第三系厚度达680m，未发现较大的断裂构造，地壳差异活动较弱。地震活动强度较小，频度低。

根据《南水北调中线工程震中分布及沿线地震烈度图》，工程区地震基本烈度为Ⅶ度。

1.4水文地质条件

1.4.1地下水类型

本区地下水为孔隙潜水，其补给来源于主要大气降水及上游地下径流，地下水埋深随地形起伏而不同，河床处为3.0m，两岸最大为14.2m，地下水位高程约为115.9～116.3m，主要含水层为黄土状砂壤土（Q23）、黄土状轻粉质壤土（Q13）及河槽轻粉质壤土（Q4），富水性较好，下部粉质粘土（Q2）为相对隔水底板。

1.4.2土体单元渗透性

经取原状样进行室内渗透试验以及现场在现场钻孔注水试验，各土体的渗透试验成果列于表1。

表1　土渗透试验成果统计表

由表1可知，各土层的渗透性均较小，属弱—微透水层。其中第③层黄土状重粉质壤土，钻孔注水试验渗透系数属中等透水。

2　主要工程地质问题

2.1边坡稳定问题

由于工程区两岸地面高程一般120～130m，渠底板高程为113.88～114.01m，河槽地面高程119.0m，倒虹吸水平段底板高程100.9m，因此，倒虹进口渐变段及闸室段挖深8～16m，倒虹管段需挖深约19.0m，均为高边坡，而边坡中第①层轻粉质壤土，贯入击数1～5击，属软—极软土，厚度达7.6m，且夹有细砂层，处于地下水位以下；第②层黄土状重砂壤土也夹有细砂透镜体，部分地段含地下水；第③、④层黄土状重粉质壤土及黄土状轻粉质壤土也处于地下水位以下，因此存在边坡稳定问题。

倒虹进口渐变段及闸室段挖深8～16m，岩性为由黄土状重砂壤土及黄土状重粉质壤土组成。建议值开挖边坡第①层采用1∶1.5；第②层采用1∶1.25；第③、④层采用1∶1.0。

2.2基坑涌水问题

两岸地下水位为116.0m，高出渠底2.0m，河床中地下水位为115.85m，高出基坑底板近15m，因此施工开挖时，存在基坑涌水问题。同时，由于边坡夹有细砂层，施工排水时有可能造成边坡失稳，设计时应予考虑，采取降排水措施，确保施工的安全。

3　建筑物工程地质评价

根据建筑物的布置，可分为进口渐变段与检修闸室段、倒虹吸管段、出口渐变与节制闸室段。

3.1进口渐变段与检修闸室段

位于十八里河右岸，长60m。地面高程121.5～ 130.0m，渠底高程114.01m，设计水位121.11m。地质结构为黄土状壤土及粉质粘土组成。建基面为第③层黄土状重粉质壤土，承载力标准值为180kPa，可以满足89kPa的最大基底应力要求。但最大开挖边坡高度16m，存在稳定问题，建议分级开挖，中设栈台。建议边坡高宽比采用（1∶1）～（1∶1.25）。由于地下水位为116.01m，存在排水问题。

3.2倒虹吸管段

长164.36m，由斜坡段和水平段组成。斜坡段地层岩性为黄土状壤土和粉质粘土组成，建基面分别为第③层黄土状重粉质壤土和④层黄土状轻粉质壤土上。承载力标准值均为180kPa，可满足173kPa的最大基底应力要求，但由于建基面处土体单元的差异，不同地段上部荷载也有所不同，因此应合理设置沉陷缝，以减少不均匀沉陷的危害。水平段地质结构为轻粉质壤土，黄土状壤土及粉质粘土组成，建基高程100.9m，基础置于第④层黄土状轻粉质壤土上，其承载力标准值为180kPa，能满足设计荷载要求，基坑处于地下水为以下，虽无强透水层，也应考虑基坑渗水的排除。边坡开挖可达19m，建议边坡高宽比采用（1∶1）～（1∶1.5）。

3.3出口渐变与节制闸室段

位于十八里河的左岸，长85m。地面高程121.0～ 125.0m，渠底高113.88m，设计水位为120.98m。渐变段大部分为挖方段。部分仍需填方，填方高度约2.0m。闸基置于第③层黄土状重粉质壤土上，其承载力标准值180kPa，可满足146kPa的最大应力要求。地下水水位116m左右，高于渠底约2m，应考虑基坑排水问题。开挖边坡高约11m，建议边坡高宽比采用（1∶1）～（1∶1.25）。

4　结语

十八里河倒虹工程区地形较平坦，工程区属粘性均一结构，地层岩性主要为第四系中更新统粉质粘土、上更新统黄状轻重粉质壤土及黄土状重砂壤土，作为基础持力层，均能满足建筑物荷载要求，工程地质条件较好。工程区多为挖方，最大挖深达19m，边坡组成轻粉质壤土及黄土状壤土。部分地段夹有细砂层，且多在地下水位之下，因此应考虑边坡稳定问题，建议边坡采用（1∶1）～（1∶1.5）；区内地下水位均高于基坑底2～ 15m，因此应作好基坑排水工作。同时注意土层中所夹细砂层的渗透破坏对边坡稳定的影响。

[1]GB5487－2008水利水电工程地质勘察规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[2]河南省辉县市长岭水库工程地质问题及评价[J].西部探矿工程，2010(6).

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A

1004-5716(2016)11-0013-03

2015-12-30

2016-01-07

李凤稳（1971-），男（汉族），河南泌阳人，高级工程师，现从事水利水电工程地质勘察、岩土工程和基础处理施工研究工作。