南水北调中线渠道工程地质及固坡措施

2020-01-01王雪雯

水科学与工程技术 2019年6期

袁浩，王雪雯

（1.河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250；2.三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌 443002）

1 地质概况

本渠道位于河北省中部，属温带半湿润地带，东亚季风气候区，四季分明。多年平均气温12.6～13.3 ℃，月平均最低气温-7.5～-9.0 ℃，极端最低气温-18.5～-25.3 ℃；沿线多年平均水面蒸发量1512～1928mm。年降水的70%～80%以上集中于7～9月，4～6月是地下水位较低时期，但3～6月农业用水量最大。本区在不同年份、不同区域内，地下水位的变化存在较大差异。

渠段处于倾斜平原及丘陵两种地貌形态，其间夹河流地貌。倾斜平原主要分布在元氏县渠段；丘陵主要分布在高邑县、赞皇县及元氏县局部渠段。

渠段地质地表被第四系地层覆盖，占渠线总长的97.59%；基岩出露段长度0.98km，占渠线总长的2.41%。

根据地质测绘和钻孔揭露，渠段发育的地层主要有：①古生界寒武系张夏组、崮山组；②奥陶系亮甲山组、马家沟组； ③新生界上第三系彰武组黏土岩、黏土；④新生界第四系松散地层。

渠段位于华北地震区，临近河北平原地震带，近期地震活动频繁，基本烈度6°。

渠段无主要活动断裂，距渠段较近的活动断裂主要为望都—新乐断裂，该断裂大体沿京广铁路分布，长170km，正断层，断裂两端及中间多处被北西向断层水平错移。

2 渠道地质问题及固坡措施

2.1 黄土状土湿陷性问题

本渠段分布的湿陷性黄土状土为非自重湿陷性黄土，具湿陷性土的试验起始压力30～200kPa，大部为60kPa以上。渠段内黄土状土大部不具湿陷性，仅局部具轻微湿陷性。具轻微湿陷性的黄土状土对建筑物局部有影响，如采用桩基的建筑物，黄土状土桩基侧摩阻力按零考虑，建筑物的地基和具轻微湿陷性的渠道工程建议采取夯实处理，特别是填方渠段，以减弱湿陷性对渠道边坡及渠道衬砌的影响。

2.2 渠道边坡稳定性问题

渠道边坡稳定性是影响渠道成渠条件的重要因素，渠道边坡稳定性差或较差的渠段有10段，总长24.608km。

2.3 渠道渗漏与地下水问题

2.3.1 渠道渗漏

依据GB50287—99《水利水电工程地质勘察规范》，本渠段发育的地层其透水性及渗漏程度一般划分为：

（1）砾（卵）石层渗透系数k为R×10-2cm/s，具强透水性，易产生强渗漏；中、粗砂渗透性差别较大，全新统和上更新统中、粗砂渗透系数k大部为R×10-4cm/s，具中等透水性。

（2）中更新统和下更新统中、粗砂黏粒含量高，渗透系数k为R×10-5cm/s，具弱透性；

（3）全新统和上更新统粉细砂具弱透水性，渗透系数k为R×10-5～R×10-4cm/s，易产生弱～中等渗漏。

（4）黄土状壤土、壤土、泥砾渗透系数k为R×10-5～R×10-6cm/s，具极微～弱透水性，易产生微渗漏。

根据渠坡、渠底不同透水性岩土层的分布及地下水位与渠底和渠道水位的关系，分析认为形成中等以上渗漏的渠道共6段，总长9.792km。其中土岩体结构类型渠道1段，长1.73km；土体结构类型渠道2段，长2.326km；填土结构类型渠道3段，长5.736km，如表1。

表1 中等以上渗漏渠段

2.3.2 地下水问题

地下水对渠道和建筑物主要表现在施工排水和对边坡稳定的影响；腐蚀性及较高的地下水位对渠道的运行和使用的影响。

地下水位较高时易产生地下水对渠道的回渗和静水压力对渠道衬砌的破坏。

2.4 河滩地成渠问题

河滩多分布砂性土、卵石层，当汛期地表水及地下水位抬高时，对渠坡易造成渗透破坏。建议加强对河滩地渠道防渗及排水措施，以保证河滩地渠道边坡的稳定。

2.5 冻土对渠道的影响

渠段气候存在差异，一般封冻期在11月下旬～12月上旬，解冻期在2月下旬～3月上旬，多年平均季节性冻土深0.46～0.68m，冻土深度由南向北显著增加，建议考虑冻土对渠道工程的影响。

2.6 岩质边坡固坡问题

岩质边坡的岩体为全、强风化岩。经钻探和现场踏勘，石渠段乱掘严重，坑槽较多，冲沟发育，出露的岩性上部为坡残积的含壤土碎石，一般厚度0.5～1m，最厚达7m，下部为薄层泥质灰岩，局部夹有中厚层鲕状灰岩，薄层泥质灰岩风化严重，中厚层鲕状灰岩抗风化能力较强，形成风化不均一现象，强风化最深达10m，沿山脊呈规律分布。中厚层鲕状灰岩多发育裂隙，宽度0.5～2m不等，裂隙内充填有含碎石黏土。岩层产状走向NE5°～20°，倾向SE，倾角21°～35°，应注意左边坡的稳定。建议及时采取固坡措施。