斗门南池引水沣河倒虹主要工程地质问题

张向伟

(陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院，陕西 西安 712000)

1 工程概况

陕西省斗门水库工程位于西安市西郊沣河右岸原昆明池遗址，距西安市中心约20 km，斗门水库工程是引汉济渭输配水工程的调蓄水库，是一座以供水、改善生态环境为主，兼顾防洪等综合利用平原水库。

水库按南北池布置。南、北池之间设双向挡水坝，南池为引汉济渭注入式水库，为城市供水水源，设计向沣东沣西新城；北池为沣河分洪注入式水库，为生态供水水源，兼顾沣河防洪，蓄泄沣河洪水和城市雨洪，向西安市生态水系(库、河、湖、池、渠)补给生态用水。斗门南池引水管道设计为向斗门水库南池引水管道工程，自引汉济渭南干线取水，由引水管线引至南池调蓄，其设计引水流量6.0 m3/s，管道为DN1800球墨铸铁管，引水管道及应急管道全长25.6 km。在桩号桩号YSD3+542.7～YSD3+960.5 m通过倒虹穿越沣河，本段为引水管道重要的工期节点。

2 沣河倒虹概况

2.1 区域概况

工程区位于渭河盆地与秦岭山地的交界附近的渭河断陷盆地。渭河断陷盆地根据成因类型可分为山前洪积平原(扇)和渭河及其支流冲积平原，各支流冲积平原近南北向横贯上述地貌单元，把上述东西向连续的地貌单元切割成块状，发育有不完整的低矮阶地，一般不超过二级。沣河倒虹则位于渭河冲积平原中的沣河河漫滩及沣河Ⅰ级阶地。

2.2 地质概况

2.2.1 沣河倒虹工程地质条件

沣河段倒虹地貌单元为沣河Ⅰ级阶地及河漫滩。根据勘察资料，倒虹左岸为沣河Ⅰ级阶地，阶地覆盖第四系全新统冲积堆积(Q41al)③-1层壤土，呈三层分布，厚度2.0～14.3 m，夹两层③-2层粗砂厚度分别为8.0 m、5.0 m左右；沣河Ⅰ级阶地以东则为沣河河床及河漫滩，地层为河流相堆积，比较复杂，主要地层为第四系全新统冲洪积堆积(Q42al+pl)②-2层粗砂及②-3层(Q42al+pl)粉质黏土，厚度不等，局部呈透镜状；另外，阶地及漫滩上部堆积了厚度1.0～4.2 m第四系全新统人工堆积(Q4s)①层素填土。沣河倒虹地层简况如图1。

图1 沣河倒虹地层简况

因穿越沣河，地下水埋深较浅，沣河河床河水深度约2.2～3.3 m，沣河两岸Ⅰ级阶地及漫滩地下水埋深约2.4～8.2 m。

2.2.2 沣河倒虹主要工程地质问题

(1)地基土湿陷性

按照国标GB50025-2018《湿陷性黄土地区建筑规范》有关规定计算，总湿陷量按管道基础底面算起。沣河Ⅰ级阶地场地湿陷类型为非自重湿陷，③-1层壤土湿陷等级为Ⅰ级(轻微)，湿陷下陷深度5.5 m。沣河右岸漫滩上部②-1层砂壤土湿陷类型为非自重湿陷，湿陷等级为Ⅰ级(轻微)，湿陷下限深度1.6～3.3 m(至下部砂层顶板)，管基从下部②-1层粗砂中通过，所以无湿陷问题。

(2)砂土震动液化

工程区地震基本烈度为Ⅷ度。因为饱和砂土埋深≥20 m ，所以根据《建筑抗震设计规范》判断其地震液化。《建筑抗震设计规范》规定，饱和砂土地震液化分为初判及复判。当饱和砂土的地质年代为第四系晚更新世(Q3)及其以前时，Ⅷ时可判为不液化；砂土的黏粒含量(粒径小于0.005 mm的颗粒)含量百分率Ⅷ、度分别不小于13，可判为不液化。沣河漫滩②-2及沣河Ⅰ级阶地③-2层粗砂，地质年代均为第四系晚更新世(Q3)以后，黏粒含量小于13%，初判为液化地层。复判采用《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)规定，深度20 m内标准贯入锤击数临界值公式。经计算，各钻孔临界锤击数及液化指数计算汇总如表1。

表1 砂土液化判别计算汇总表

从表1分析可知，沣河Ⅰ级阶地③-2层粗砂为非液化地层。沣河河床及漫滩DZK2钻孔②-2层粗砂为液化地层，液化深度12.8 m，液化指数20.61，液化等级严重；DZK4钻孔②-2层粗砂为液化地层，液化深度18.6 m，液化指数18.28，液化等级严重；DZK5钻孔②-2层粗砂为液化地层，液化深度16.3 m，液化指数19.96，液化等级严重；DZK2、DZK4、DZK5钻孔均为沣河漫滩，除DZK3外其余钻孔均存在液化问题。分析认为钻孔DZK3位于沣河右岸，其地下水埋深大于其余三个钻孔，受其影响地震液化程度较轻。因此，建议沣河漫滩②-2层粗砂均应进行地震液化处理。根据本工程地层特征，强夯法处理饱和砂土效果不好，砂石桩处理难度大，建议设计采用振冲碎石桩处理。

(3)震陷

当建筑物地基主要受力层范围内存在软弱黏性土层，在地震烈度Ⅷ度，其地基承载力不小于90 kpa时，可不考虑震陷问题。工程区地震烈度为Ⅷ度，倒虹主要黏性土地层②-1层砂壤土承载力标准值fk=120 kpa，②-3层粉质粘土承载力标准值fk=130 kpa，③-1层壤土承载力标准值fk=130 kpa，上述要黏性土地层承载力值均大于120 kpa，所以本工程无虑震陷问题。

(4)冲刷

根据室内试验颗分资料及颗分曲线，沣河漫滩②-2粗砂有效粒径d10=0.056 mm，d30=0.220 mm ，平均粒径d50=0.325 mm，限制粒径d60=0.514 mm。倒虹段沣河大致呈南北流向，由于气候条件及距秦岭山区较近，属于暴涨暴落型河流，秋夏季河水较大，春冬季河水较小。经野外调查，沣河一般冲刷深度1.5～2.0 m，最大达3.0 m，建议沣河倒虹埋深位于最大冲刷深度以下，并对倒虹上、下游进行砌护处理。参照《水利水电工程地质手册》，建议②-1层砂壤土允许不冲刷流速为0.5～0.7 m/s，②-2层粗砂允许不冲刷流速为0.4～0.6 m/s，②-3层粉质粘土允许不冲刷流速为0.6～0.9 m/s。

(5)渗透破坏

沣河河床及漫滩地下水位埋深浅，倒虹施工时开挖深度较大。依据《水利水电工程地质勘察规范》②-2层粗砂Cu=9.18，允许水力坡降J允许=0.17，相应的细粒含量P=28%，破坏类型为过渡型。施工中应做好降水及排水工作，降低动水压力(降低水力坡降)防止渗透破坏。

3 工程处理措施

沣河河床及漫滩②-2层粗砂为液化地层，液化下限深度18.6 m，液化等级严重；沣河Ⅰ级阶地③-2层粗砂为非液化地层。根据本工程地层特征，强夯法处理饱和砂土效果不好，砂石桩处理难度大，建议采用振冲碎石桩。沣河Ⅰ级阶地振冲碎石桩桩基置于③-1层壤土中，深度应>5.5 m(湿陷下陷以下)，河床及漫滩振冲碎石桩基置于第二层粗砂下部②-3粉质粘土中(上部粗砂存在液化问题)。

4 结语

沣河倒虹段地貌单元为沣河河漫滩及沣河Ⅰ级阶地，地震烈度Ⅷ度。地基岩性变化较大，存在的主要工程地质问题有：地基土湿陷性、砂土震动液化、黏土震陷、冲刷、渗透破坏等一系列工程地质问题。在工程地质勘察中，应针对主要工程地质问题，采用不同的勘察方法，为设计提供适宜的地基处理方案。目前沣河倒虹工程施工已经完成，工程地质勘察成果也得到了验证。