驮英水库灌区工程施工地质工作探讨

2021-01-06李新利

广西水利水电 2020年6期

李新利

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 概况

驮英水库及灌区工程是国务院确定的172项重大节水供水重大水利工程之一，规划灌溉面积84.12万亩，灌区工程干渠和支渠总长748.21 km，是广西左江旱片治理的重要组成部分。工程涉及崇左市江州区、扶绥县和宁明县的21个乡镇。规划拟以新建驮英水库为主要水源，通过修建输水总干渠和宁明干渠、东干渠、西干渠、客兰引水渠，连贯该灌区内现有的水源工程，形成一个水量充足、调配能力强和覆盖面广的灌溉区域，以实现该区域农业的旱涝保收和作物单产的提高乃至社会经济的发展。

灌区工程共布置总干渠1条、干渠4条，总长度243.95 km；新建支渠26 条，总长度239.66 km；新建灌溉补水渠道15 条，总长度40.34 km；续建配套支渠24条，总长224.26 km。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

灌区北部为西大明山麓，峰顶海拔500～600 m；南部是十万大山北坡，峰顶海拔400～600 m，西部为大青山，山顶海拔1256 m。灌区地形趋势是：西部高，东部低，南北高，中部低。本区地貌明显受岩性与构造控制，同时，由于测区自中三迭系末即隆起为陆地，各种外力作用对地貌的形成有很大影响。根据地貌的成因分为岩溶地貌及非岩溶地貌，岩溶地貌分为残峰坡地、丘陵溶蚀谷地、峰林谷地地貌；非岩溶地貌分为低山丘陵地貌、红层丘陵盆地地貌。地形地貌图见图1。

2.2 地层岩性

灌区地层发育较全，除寒武系及志留系外，泥盆系至第四系均有分布，其中石炭系、三迭系分布最广，二迭系、侏罗系次之。自泥盆系下统上部至三迭系下统主要为碳酸盐岩相，其余地层以碎屑岩相为主。此外，泥盆系中统至三迭系尚有火山岩夹层（见表1）。

2.3 地质构造

灌区地质构造复杂，初步划分为：纬向构造、北东向构造。

（1）纬向构造。由崇左复式向斜、十万大山复式向斜、宁明—上思构造盆地和近东西向的压扭断裂及其配套的北北西、北北东向和扭性断裂组成。

（2）北东向构造。主要褶皱有东罗向斜、扶南山背斜、雷卡向斜；主要断裂有江州断裂、渠多断裂、岜盆断裂、岜羊断裂、雷卡断裂、岜仪断层、岜仪南断层等。

2.4 不良物理地质现象及主要工程地质问题

灌区内特殊性岩土主要为第三系岩土及残坡积红粘土，不良地质现象主要为岩土膨胀、岩溶塌陷、危岩等。

图1 地形地貌图

2.4.1 第三系邕宁群（E2-Ny）砂泥岩工程地质特征

总干渠明江—那佳（桩号Z23+910～Z28+595）和宁明干渠渠首约220 m为第三系邕宁群（E2-Ny）砂泥岩，第三系邕宁群泥岩地层具有膨胀性，并易风化剥蚀形成红层丘陵，具有和一般性粘土不同的工程地质特征，主要表现在如下几方面：

（1）土的力学强度比较高，压缩性比较低。

（2）根据物探测试成果及现场工程地质测绘，该土层厚度变化较大，干渠沿线岩土层厚度为2～8 m。土层的厚度和下伏基岩岩性有密切关系。

（3）膨胀岩土。第三系邕宁群（E2-Ny）泥岩风化后具有胀缩性，对渠道开挖边坡及渠道基础稳定有一定的影响，边坡开挖不能按常规的坡比放坡；根据试验成果，干渠沿线第三系土层自由膨胀率45%～51%，膨胀潜势为弱，发育深度一般为2～5 m。

第三系邕宁群地层风化土独有的工程地质特征，引起的主要工程地质问题有产生裂隙和胀缩、边坡稳定问题。对明渠开挖边坡和基础的稳定有一定的影响。

2.4.2 红粘土工程地质特征

红粘土主要分布于东干渠、西干渠、客兰东干渠，为碳酸盐岩地区碳酸盐岩风化形成的残坡积土。

（1）红粘土特征。①物理力学性质基本特点：天然含水率、饱和度、塑性界限及天然孔隙比都很高，确具有较高的力学强度和较低的压缩性；②土层厚度变化较大：根据物探测试和钻孔揭露，各干渠沿线红粘土层厚度一般为10～15 m，局部厚度达30 m。土层的厚度和下伏基岩岩性有密切关系，一般来说，石灰岩、白云质灰岩易于岩溶化，岩石表面起伏剧烈，上覆红粘土层厚度变化很大；泥灰岩、泥质灰岩的岩溶化比较弱，岩体表面比较平整，上覆红粘土层厚度变化比较小；③上硬下软的现象：地层从地表向下由硬变软，土的强度逐渐降低，压缩性增大。根据勘探钻孔揭露情况，干渠沿线地下水埋深较大，地下水多低于基岩面，上硬下软现象不明显。在罗白渡槽基岩接触面附近存在相对较软的下卧层；④胀缩性岩线红黏土自由膨胀率为3%～90%，具有膨胀性土约占46.4%。根据膨胀潜势统计：弱膨胀性约占87.9%；中等膨胀性约占11.1%；强膨胀性，约占1%。根据有关膨胀土相关规范，干渠沿线红粘土主要为碳酸盐岩风化形成的残坡积土，红粘土和次生红粘土具有膨胀土的一些特征，但在渠道沿线各红粘土和次生红粘土分布区域内，土层内未发现有光滑面和擦痕的裂隙发育，在二级阶地、山前或盆地边缘丘陵地带，地形坡度一般为10°～20°，可见因水流冲刷形成的自然陡坎，高度一般大于1.5 m；乡村公路的边坡比一般为1∶1，高度为1.5～3 m，仅见局部滑塌，大部分保存完好；另外，工程地质分区内也未发现因土层胀缩引起地基变形导致房屋破坏的现象。因此，渠道沿线

红粘土和次生红粘土虽然具有膨胀土的一些特征，但在土层含水量变化不大的情况下其所表现的胀缩性很弱。

系统阶/组岩层代号厚度/m第四系全新统更新统Qedl Qapl Qal Qp 3～30 4～7 10～17 7～29黄褐色砂土、砂砾石。上部粉质粘土、粘土、砂质土，下部砂砾石。亚粘土、砂砾层与洞穴堆积物。第三系白垩系下统上统邕宁群大坡组新隆组中统那荡组侏罗系百姓组下统汪门组170～634 6～741 511 98～1278 534～650 294 524 167 330 342 697～1045中统百蓬组370～1581三叠系二叠系石炭系泥盆系下统北泗组罗楼群下组马脚岭组E2-Ny2 E2-Ny1 K1d K1x J3 J2ntc J2ntb J2nta J1b2 J1b1 J1w ΠT2b T2b ΠT1b T1b T1lla T1 m 820 179 778 βT1 T1长兴组合山组P2c上统下统上统中统茅口阶栖霞阶P2 h P2 P1 m P1qC3 C2 h下统黄龙组大埔组大塘阶岩关阶C2d C1d C1y上统D3b D3l 硅质岩中统下统东岗岭组纳标组塘丁组郁江组那高岭组莲花山组D3 a D2d D2n D1t D1y D1n D1l 359 26～76 48～116 0～160 187～620 196～282 304～617 84～318 40～174 29～283 0～183 269～-1050 90～410 48～150 173～410 40～147 59～64 136主要岩性及特征棕红色、黄褐色红粘土及含碎石红粘土为主，局部为一般性粘土或碎石土。紫红色泥岩、粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩。灰白色中厚层细砂岩夹泥质粉砂岩、泥岩，底部砂砾石。灰白、紫红色细砂岩夹泥质粉砂岩。紫红色中厚层状细砂岩、泥质细砂岩夹泥岩、砾岩。浅黄灰白厚层含长石石英砂岩夹泥岩，下部砂岩含砾岩。浅黄色中厚层花斑状细砂岩夹泥质细砂岩、粉砂岩及泥岩。紫红色薄层泥岩、粉砂质泥岩夹泥质细砂岩、粉砂岩。灰绿色中厚层长石石英砂岩、细砂岩及泥岩。灰黄、紫红色薄层泥岩、细砂岩、粉砂岩，底部泥岩与含钙质结核粉砂岩互层。紫红色厚～中厚状泥岩、粉砂岩夹泥岩。上部：紫红色薄～中厚层泥岩、钙质泥岩夹粉砂岩、细砂岩。下部：灰白、紫红中厚层细砂岩、异粒砂岩夹含钙泥岩、泥质粉砂岩及煤纤。酸性火山岩。灰绿色薄层页岩、粉砂质泥岩、粉砂岩夹细砂岩。酸性火山岩（熔岩、凝灰熔岩、凝灰岩）。灰岩、白云岩、白云质灰岩夹页岩、泥灰岩、硅质岩。砂岩、泥岩。灰岩、泥灰岩、页岩夹砂岩。玄武岩。薄层灰岩、白云岩夹页岩。灰岩、硅质岩。铁质砂岩、泥岩、铁铝岩夹页岩、硅质岩、菱铁矿及煤层。铁铝岩、硅质灰岩、硅质岩。中厚层～厚层状灰岩。中厚层～厚层状灰岩、含硅质结核灰岩厚层状灰岩夹白云质灰岩、白云岩厚层状灰岩白云岩、白云质灰岩灰岩、白云质灰岩、白云岩灰岩、硅质岩灰岩白云岩灰岩夹白云岩白云岩、白云质灰岩白云岩、钙质白云岩砂岩、页岩页岩细砂岩、粉砂岩

（2）主要工程地质问题。红粘土引起的主要工程地质问题有地基不均匀沉降、承载力变化大、产生裂隙和胀缩、边坡稳定等问题。对渠道基础和开挖边坡的稳定有一定的影响。

2.4.3 岩溶

东干渠、西干渠、客兰东干渠碳酸盐类岩石分布广泛，灰岩、燧石灰岩及白云岩等碳酸盐岩呈大面积连续分布，属于岩溶发育弱～强烈岩组，东干渠岩溶强发育岩组约占沿线的44.6%，西干渠岩溶强发育岩组约占沿线的32.8%，客兰干渠岩溶强发育岩组约占沿线的85.2%。

根据钻孔揭露情况，东干渠钻孔遇洞率为27.6%，钻孔线溶率为10.23%，为岩溶强发育区；西干渠钻孔遇洞率为44.3%，钻孔线溶率为10.3%，为岩溶强发育区，揭露溶洞钻孔主要分布在罗白渡槽一带，该段岩溶较发育；客兰东干渠覆盖厚度较大，揭露基岩钻孔较少，无法统计遇洞率和线溶率，沿线山体可见岩溶发育。

2.4.4 崩塌（危岩）

东干渠渠旧隧洞进出口、西干渠罗白隧洞进出口、客兰东干渠局部傍山段山坡上存在松动块体，尤其是灰岩石山的陡崖，易发生崩塌，掩埋或冲毁明渠，危及渠道安全。

3 施工地质主要工作[1]

水利水电工程施工地质工作对消除地质隐患，优化设计，选择合理的施工方法，指导工程安全运行和充分发挥工程的目标效益，具有重要意义。根据有关规程规范的规定，施工地质工作主要要求如下：

（1）编录、测绘施工揭露的地质现象，检验、修正前期工程地质勘察资料和评价结论。

（2）进行取样和试验，复核岩（土）体的物理力学参数。

（3）及时提出对不良工程地质问题的处理意见和建议。

（4）进行地质观测及预报，在施工前或施工过程中，及时预报工程在某部位存在的不良工程地质问题，确保施工安全、顺利进行，特别是在暗河发育部位施工时。

（5）参加地基、工程边坡、隧洞及其它隐蔽工程的地质评价和验收。

（6）提出运行期间的水文地质、工程地质观测建议。

（7）料场情况发生变化或需新辟料场时，应查明或复查天然建筑材料的质量、储量及开采条件。

（8）提出专门性勘察工作的建议。

（9）在施工地质过程中，建立“施工地质日志”，及时记录有关施工地质事项，包括各建筑物实际开工日期、停工日期、复工日期、竣工日期、地质变异情况和工程重大事项、工程处理意见、实施结果、处理效果等。

（10）编制施工地质报告。

4 施工地质工作的关键

本工程干渠长度243.95 km，支渠和续建配套支渠长度504.26 km。工程线路长、跨越的地貌和地质单元多，主要建筑有明渠、隧洞、渡槽、倒虹吸、暗涵等。施工阶段地质根据建筑物类别、地质条件、工程地质问题等因素应做好以下关键工作。

（1）明渠。本工程明渠的比重比较大，主要有开挖明渠、半挖半填渠、填方明渠。开挖明渠应关注开挖边坡的稳定性问题，尤其关注高边坡、存在不利构造组合的边坡、红黏土边坡、膨胀岩土边坡，开挖过程中应勤巡视、早预测，发现问题及时处理，并提供下一步开挖方案。

（2）隧洞。本工程的隧洞主要为砂泥岩隧洞，围岩类别以Ⅴ～Ⅳ类为主；西干渠、东干渠、客兰东干渠存在灰岩隧洞。砂泥岩隧洞岩层多为缓倾角，构造对洞身稳定性影响比较大，在地质巡视和预报是应关注陡倾角节理裂隙发育情况，并及时调整支护方案，确保围岩稳定；灰岩隧洞围岩类别一般相对较好，但存在不可预见的岩溶情况，尤其竹琴2#隧洞位于天坑周边，岩溶发育强，施工地质工作应做好超前地质预报。

（3）渡槽。渡槽基础地基稳定是施工地质工作的关键工作。对于砂泥岩地区，应根据前期勘察成果，检查检测建基面是否满足基础稳定性要求；对于灰岩地区，应结合前期勘察成果，采用钎探或超前地质钻复核地基地质情况，确保基础的稳定性。

（4）倒虹吸。倒虹吸施工地质工作应重点关注镇墩工程地质条件，应根据前期勘察成果，检查检测建基面是否满足基础稳定性要求。

（5）暗涵。暗涵施工地质工作应重点关注承载力问题，应根据前期勘察成果，检查检测建基面是否满足基础稳定性要求。