南水北调中线工程新郑南段地质勘察及主要问题处理

陈振全

(河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003)

南水北调中线工程新郑南段始于长葛和新郑两市交界，终点为新郑市王老庄南双洎河渡槽进口150 m处，全长16.18 km。新郑南段处于嵩箕山脉向黄淮冲积平原过渡区，地貌单元主要有松散土覆盖岗地和河谷平原等，沿线地质条件复杂。

1 前期工程地质勘察概述

新郑南段工程属于南水北调中线工程沙河南～黄河南渠段，2005年8月完成可行性研究阶段地质勘察，2010年7月完成初步设计阶段工程地质勘察。

前期各阶段勘察按照相关规程、规范、技术规定等要求进行，前期勘察共完成地质测绘约25 km2，勘探进尺6 951.85 m/245孔，室内土工试验4 503组，室内岩石试验257组，各类现场试验117组，满足初步设计阶段勘察深度要求。

通过前期勘察工作，查明了渠道及建筑物场地的水文、工程地质条件，提出了场区存在的主要工程地质问题和该渠段各岩土体物理力学性参数建议值。

2 施工地质勘察概述

施工地质工作是工程建设的重要组成部分，对消除地质隐患、优化设计、选择合理的施工方法、保障工程正常运行等方面均具有重要意义。施工期间，一方面通过施工地质编录对前期勘察资料进行印证，另一方面通过施工地质勘察进一步查明新发现的施工地质问题和不良地质条件，消除地质隐患，优化设计方案。施工地质主要根据《水利水电工程施工地质勘察规程》(SL313-2004) 的要求进行，应自工程开工起至工程竣工验收止，贯穿于工程施工的全过程。

施工地质工作方法主要包括：地质巡视、施工地质编录、地质观测、取样试验、专项勘察、地质预报、参加与地质有关的验收、解释和解决施工地质方面的问题等。

新郑南段于2011年2月10日开工建设，主体工程于2013年11月21日完工，施工高峰期投入施工地质技术人员15人，共进行地质巡视184次，建基面地质编录379次，参加重要隐蔽工程验收725次，参加相关地质专业技术专题研讨会35次，编发施工地质通知单7项，完成专项施工地质勘察6项。

根据施工现场开挖验证和施工地质勘察成果，新郑南段前期勘察精度满足规范和工程需要，各项物理力学参数建议值合适，主要水文、工程地质问题及地层结构和地层岩性与前期勘察资料基本一致。

3 初步设计审查意见落实情况

2010年7月《南水北调中线一期工程总干渠沙河南至黄河南渠段新郑南段初步设计阶段工程地质专题报告》通过了水利部水利水电规划设计总院的审查。审查意见提出与工程地质有关的主要审查意见为：“下阶段应根据不同料场的具体情况和实际需要，对料场进行必要的复核工作；进一步研究膨胀土添加水泥改性后的膨胀性(膨胀率和膨胀力)，进一步评价其对渠道边坡衬砌的影响。”

落实情况：施工期间，施工地质工作对官刘庄附近双洎河南土料场和敬楼土料场进行了复核，由于双洎河南土料场位于暴庄韩王陵墓葬区内，严禁作为取土场，因此施工期新选了敬楼西南土料场。设计未采用膨胀土添加水泥改性后用做渠堤填筑的设计方案，因此未做相应的研究及评价。

4 主要施工地质问题勘察与处理

新郑南段施工期间共新发现5项主要施工地质问题，均进行了专项施工地质勘察，设计根据施工地质建议进行了相应处理。

4.1 桩号SH(3)115+348.7～SH(3)115+577渠段膨胀土处理建议

第1标段桩号SH(3)115+348.7～SH(3)115+577渠段，左、右岸渠坡上部岩性为第四系上更新统黄土状中粉质壤土(alplQ3)，中下部和渠底板地层岩性为第四系中更新统(dlplQ2)的重粉质壤土或粉质粘土，原设计方案为不换填方案。

施工阶段渠道开挖揭露后发现，该段渠道左、右岸一级边坡中下部位第四系中更新统的粉质粘土(dlplQ2)呈棕红色，施工期取样10组进行了室内膨胀性复核，试验表明：该粉质粘土(dlplQ2)粘粒含量≥30%，液限多数>50%，自由膨胀率多数>40%。自由膨胀率范围值为25.00%～62.00%，其中自由膨胀率小于40%的占5组，自由膨胀率在40%≤δef<65%之间的占5组，具弱膨胀潜势。为了保证渠道边坡稳定性，建议对桩号SH(3)115+348.7～SH(3)115+577渠段左右岸渠坡和桩号SH(3)115+500～SH(3)115+560段渠道底板均采取粘性土换填处理。施工期设计根据地质建议对该渠段渠坡和渠底板膨胀土利用渠道内开挖可利用土料进行了换填处理。

4.2 桩号SH(3)125+976～SH(3)126+800渠段软土地基施工地质勘察

第2标段桩号SH(3)125+976～SH(3)126+330渠段，原设计根据该区域内的黄土状轻、中粉质壤土(alplQ3)湿陷性特征，采用土挤密桩的方法进行地基处理，处理深度地面以下7.50 m。施工期发现河槽内部分区域出现严重缩孔现象，经采用洛阳铲进行初步勘察，发现5 m以下地层中夹有灰色软土和有机质土。根据参建各方处理意见，对该渠段河槽进行了专项施工地质勘察。

根据施工地质勘察结果：河槽内下部存在中粉质壤土(软土)(alplQ4)，其静力触探锥尖阻力仅0.70 MPa，不排水剪抗剪强度为30 kPa(φu=0)，为高压缩性软土地基，且局部夹有机质土，保水性强，地基承载力特征值fak仅有90 kPa。

由于渠段总干渠与该河槽穿插相交，河槽段渠道填方高度局部可达16 m。河槽下部新发现的第四系全新统中粉质壤土(alplQ4)属高压缩性软土地基，河槽两岸土体则为黄土状土(alplQ3)，具中等压缩性。因此河槽下部软土和两岸地基土力学性质存在很大差异，易引起渠基不均匀沉降。为加强该软弱下卧土层的排水固结，同时提高该段渠道持力层地基承载力，建议采用挤密碎石桩对该软弱土层进行地基处理。

施工期设计根据施工地质建议，河槽两岸黄土状土(alplQ3)仍采用土挤密桩进行黄土湿陷性地基处理，对河槽内的中粉质壤土(alplQ4)改为振动沉管挤密碎石桩进行了地基处理。

4.3 土料场变更勘察

根据设计土方平衡调配计算，在充分利用本设计单元内的渠道挖方土料外，本设计单元桩号SH(3)126+000～SH(3)131+531段仍缺少填筑土料约273万m3。招标阶段根据新郑市旅游和文物局于2010年10月21日提供的证明，前期选定的双洎河南土料场位于暴庄韩王陵墓葬区，禁止作为取土场使用。根据地方政府建议施工阶段重新勘察选定了敬楼西南土料场。

敬楼西南土料场黄土状中粉质壤土(alplQ3)试验成果除天然含水率稍偏低外，其它指标均符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》(SL251-2000)关于均质坝土料的质量要求。根据拟征地范围和取土深度计算，料场可利用土料总储量为362.99万m3，满足新郑南段施工填筑所需土料的需要。

根据敬楼土料场土料质量情况，本渠段施工期使用的填筑土料除来自本渠段内的可利用的挖方土料外，其他渠堤填筑土料均取自敬楼西南土料场。

4.4 双洎河支流渡槽3号墩承台建基面黑色软土处理建议

根据施工期开挖揭露情况，双洎河支流渡槽3号墩承台基面中间大部分岩性为黄土状中粉质壤土(alQ4)，与前期地质勘察资料基本一致。但在承台两侧开挖后发现局部存在黑色软土(alQ4)，承台北侧该软土分布长度约40.90 m，南侧分布长度约13.50 m，经现场勘察，厚度约0.50 m。该软土(alQ4)呈软塑状，欠固结，土质软弱，承载力低，不宜作为建筑物天然地基，由于分布厚度较薄，设计根据施工地质建议进行挖除换填碎石土(低压缩性土)处理。

4.5 排水倒虹管身段第8节建基面软土处理建议

根据施工期开挖揭露情况，新郑南段十里铺沟排水倒虹管身段第8节建基面上部的中粉质壤土(Qs)为早期人工堆积，褐黄色，偶见砖瓦碎片，土质松软，欠固结，厚度一般为0.35 m；下部为黄土状轻粉质壤土(alplQ3)，褐黄色，可塑状，承载力较高。

根据施工地质勘察资料：第8节建基面上部的中粉质壤土(Qs)土质松软，欠固结，不宜作为建筑物天然地基，由于分布厚度较薄，设计根据施工地质建议进行挖除换填碎石土(低压缩性土)处理。

5 施工地质勘察经验与建议

①新郑南段桩号SH(3)125+976～SH(3)126+800渠段河槽和两岸地基土力学性质存在很大差异，渠道填筑后，附加荷载增加，易引起渠道不均匀沉降，施工期进行了碎石桩地基处理，后期运行期间建议加强该段渠道沉降稳定性监测。②根据当地建筑工程采用砂石料实际情况，本工程人工砂石料均采用业主建议料场，施工单位自行外购的市场经济模式，摆脱工程对单一料源的依赖，既有效保证了料源供应，又减轻了业主对工程料源的管理难度。③线性的水利工程，建议重视对沿线挖方土料调查，合理利用挖方土料，挖填平衡方案要根据现场实际施工方案，从时间和空间两个方面进行土方平衡调配。