南水北调中线刘湾泵站工程地质问题评价

赵 杰

（河南省水利勘测有限公司 郑州 450008）

1 概述

南水北调中线配套工程21号口门刘湾泵站位于河南省郑州市汪垌村东北约300m，工程场区属黄河冲积平原区，地形平坦、开阔，交通便利。

2 地质概况

2.1 地形地貌

勘察区属黄河冲积平原区，地形平坦、开阔，场区地面高程128.4～129.2m。

工程区勘探深度范围内为第四系全新统（Q）4冲洪积层、第四系上更新统（Q）3冲洪积层、中更新统（Q）2坡洪积层及上第三系中新统洛阳组粘土岩（N1L）。现由老至新分述如下：

2.1.1 上第三系中新统洛阳组（N1L）

第⑤层粘土岩：棕红色杂棕黄色，成岩差，见铁锰质斑点及薄膜，干时开裂，岩性不均，含大量钙质结核，钙质结核含量约20%～30%。该层仅部分钻孔揭示，揭露最大厚度8.5m（未揭穿），层顶高程82.96～86.5m。

2.1.2 中更新统（dlplQ2）

坡洪积成因，岩性为中粉质壤土、重粉质壤土。

第④层重粉质壤土：棕红～棕黄色，可塑～硬塑状，土质较均匀，含较多黑色铁锰质浸染，偶见钙质结核，岩性不均，上部多为中粉质壤土。层面略有起伏，层厚25.0～30.1m，层顶高程92.6～94.5m。

2.1.3 上更新统（alplQ3）

冲洪积成因，岩性主要为粉细砂局部夹有黄土状轻粉质壤土薄层。

第③层粉细砂：浅黄～黄色，湿，中密状，成份主要为石英、长石，次为暗色矿物，砂粒不均，砂质不纯，局部夹黄土状轻粉质壤土薄层。层面略有起伏，层厚3.5～7.0m，层顶高程115.4～118.0m。

2.1.4 全新统（alplQ4）

冲洪积成因，岩性主要为粉细砂及轻壤土。

第②层粉细砂：浅黄～黄色，湿，中密状，成份主要为石英、长石，次为暗色矿物，砂粒不均，砂质不纯。层面略有起伏，层厚0～5.7m，层顶高程115.4～23.5m。分布不连续，3号孔缺失。

第①层轻壤土：灰黄色，可塑状，见有针状孔隙发育，见有锈黄色铁质浸染，土质不均，局部夹砂壤土薄层。该层分布于地表，可见植物根系，层厚2.8～6.5m。LWB2及LWB3孔之间上部有0.5～3.2m人工堆积杂填土。

2.2 地质构造及地震动参数

工程区属华北准地台（I）黄河海坳陷（I2）区，新构造分区属豫皖隆起—拗陷区，区域主体构造线方向为北西向或近东西向。场区地震动峰值加速度为0.10g，相当于地震基本烈度Ⅶ度区。

2.3 水文地质条件及评价

场区地下水类型为第四系松散层孔隙潜水，勘探期间测得水位高程107.5～108.4m，年变幅4～5m，预测高水位112～113m。场区地下水补给来源为大气降水入渗和侧向地下径流补给，消耗于蒸发、人工开采及地下侧向径流排泄。由于受总干渠施工降排水的影响，地下水位变化较大。

在勘察区附近取水样一组作水质简分析，地下水无色、无味、透明。场区地下水水化学类型为“HCO3-Ca-Mg”型，矿化度0.2465g/L，属淡水；总硬度14.76德国度，属微硬水；pH值7.3，属中性水；侵蚀性CO2含量为0mg/L。依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录L判定：场区地下水对混凝土不具腐蚀性，对混凝土中钢筋及钢结构具弱腐蚀性。

2.4 土壤腐蚀性评价

根据管线土壤腐蚀性成果，场区上部土体对混凝土结构及钢筋具微腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性。

3 建筑物工程地质条件及评价

3.1 地层结构

工程区地质结构为土岩双层结构，其中上部覆盖层多为粘砂多层结构，按岩性可分为5个土体单元，现由上至下分述如下：

层轻壤土（alplQ4）：层厚2.8～6.5m，该层分布于地表。

层粉细砂（alplQ4）：层厚 0～5.7m，层顶高程 115.4～23.5m，局部缺失。

第③层粉细砂（alplQ3）：层厚3.5～7.0m，层顶高程115.4～118.0m，分布较稳定。

第④层重粉质壤土（dlplQ2）：层面略有起伏，分布稳定，厚度大，层厚25.0～30.1m，层顶高程92.6～94.5m。

第⑤层粘土岩（N1L）：揭露最大厚度8.5m（未揭穿），层顶高程82.96～86.5m。

3.2 土体物理力学性质

根据现场原位测试和室内试验成果，综合分析整理，各土体单元物理力学性指标评价如下：

①轻壤土（alplQ14）：天然干密度ρd范围值1.48～1.62g/cm3，平均值1.57g/cm3；液性指数IL范围值-0.47～0.14，平均值 -0.10；压缩系数 a1-2范围值 0.16～0.48MPa-1，平均值0.302MPa-1；修正后标贯击数N范围值4～19击，平均值12.5击。该层属中等压缩性中硬～硬土层。

②粉细砂（alplQ14）：修正后标贯击数N范围值16～26击，平均值20击。该层呈中密～密实状。

③粉细砂（alplQ3）：修正后标贯击数N范围值10～27击，平均值20击。该层呈中密～密实状。

④中粉质壤土（dlplQ2）：天然干密度ρd范围值1.53～1.67g/cm3，平均值1.60g/cm3；液性指数IL范围值 0.25～0.86，平均值0.51；压缩系数a1-2范围值0.107～0.218MPa-1，平均值0.159MPa-1；压缩指数CC范围值0.1603～0.4113，平均0.2351；回弹指数 CS范围值 0.0090～0.0162，平均0.0119；修正后标贯击数N范围值9～17击，平均值14击。该层属中等压缩性硬土层。

⑤粘土岩（N1L）：修正后标贯击数N范围值21～28击，平均值24击，属软岩。

各层土的物理力学指标建议值见表1、表2。

表1 各层土的物理性指标建议值表

表2 各层土的力学性指标建议值表

4 主要工程地质问题

4.1 边坡稳定问题

根据建筑物布置，边坡开挖深度16～18m。地层结构属粘砂双层结构，边坡岩性主要为轻壤土、中粉质壤土和粉细砂，存在边坡稳定问题。结合影响场区边坡稳定的各种不利因素，进行工程地质类比，确定边坡高宽比为1∶1.75～1∶2.50。采用复式边坡，中间设置平台。必要时采取支护措施，施工时禁止在周围施加堆载，并加强监测，确保施工安全。

4.2 施工排水问题

工程区地下水为第四系孔隙潜水，该层主要赋存于第四系松散层中，勘察期间地下水位高程107.5～108.4m，建筑物建基面高程113.932m，由于受总干渠施工开挖降排水的影响，地下水比前期有所下降，存在基坑施工降排水问题，建议施工前应先复测地下水位，待地下水位降至开挖边坡坡角以下方可施工。

5 工程地质条件及评价

设计泵站基础主要位于第③层粉细砂层中或第④层中粉质壤土中，边坡开挖深度16～18m。边坡地层结构为粘砂多层结构。场区地下水位位于建筑物建基面附近，存在边坡稳定问题，建议施工开挖边坡高宽比为1∶1.75～1∶2.50。采用复式边坡，中间设置平台。施工时禁止在周围施加堆载，并加强监测，确保施工安全。

第③层粉细砂呈中密状，承载力标准值fk＝180kPa，第④层中粉质壤土，承载力标准值fk＝170kPa，可作为基础持力层，由于基础埋置较深，为补偿式基础，经深宽修正后承载力估算可以满足基底压力要求。建议设计部门根据建筑物上部荷载的具体情况进行地基稳定性和变形验算，如不满足设计要求，可进行必要的地基加固处理措施。

场区地下水水位高程107.5～108.4m，位于建筑物建基面附近，存在基坑施工排水问题；由于受总干渠施工降排水的影响，勘察期间地下水水位比前期有所降低，建议施工期间复测地下水位。

6 结语

泵站基础主要位于第③层粉细砂层或第④层中粉质壤土中，经深宽修正后承载力估算可满足基底压力要求，建议设计部门进行地基稳定性和变形验算，如不满足设计要求，可进行必要的地基加固处理措施；建议采用复式边坡，边坡高宽比为1∶1.75～1∶2.50，必要时采取支护措施；勘探期间地下水位在建筑物建基面附近，应采取降排水措施