淺談南水北調(diào)管道工程的地質(zhì)問(wèn)題及建議

李哲 等

摘要： 本文分析了管道工程場(chǎng)區(qū)的地形地貌、時(shí)代成因、區(qū)域構(gòu)造、水文地質(zhì)條件，并著重介紹了管道工程所涉及的主要工程地質(zhì)問(wèn)題及提出合理化建議。

Abstract： This paper analyzes the topography and geomorphology， time cause， regional structure， hydrogeological conditions of field area of pipeline engineering， and emphatically introduces the main engineering geological problems that the pipeline engineering involves and puts forward reasonable suggestions.

關(guān)鍵詞： 管道；沉降變形；腐蝕性；邊坡穩(wěn)定性；液化；濕陷；沖刷

Key words： pipe；settlement deformation；corrosivity；slope stability；liquefied；saturated yielding；scour

中圖分類號(hào)：TU81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）03-0049-02

0 引言

隨著國(guó)家加快水利改革發(fā)展，推進(jìn)水利現(xiàn)代化建設(shè)政策的出臺(tái)，水利工程良性運(yùn)行機(jī)制基本形成，水利投入穩(wěn)定增長(zhǎng)，機(jī)制進(jìn)一步完善，隨之而來(lái)的大型水利工程也越來(lái)越多，就此我結(jié)合南水北調(diào)配套工程邢清干渠淺談下大型水利管道工程的地質(zhì)問(wèn)題及建議。

邢清干渠是南水北調(diào)中線河北省配套工程的重要組成部分，起點(diǎn)為中線總干渠的贊善分水口，終點(diǎn)到清河水廠和南宮群英水庫(kù)，受水區(qū)為邢臺(tái)市的11個(gè)縣市13個(gè)供水目標(biāo)（分別是：沙河市3個(gè)，南和縣、任縣、平鄉(xiāng)縣、巨鹿縣、南宮市、新河縣、廣宗縣、威縣、清河縣、臨西縣）。干渠穿越較大河道、渠道19條次，穿鐵路3條次，穿越高速公路、國(guó)道、省道等18條次，需建調(diào)壓池1座、分水口門9座。干渠工程及設(shè)計(jì)擬布置的各類建筑物場(chǎng)地進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，其目的是通過(guò)地質(zhì)測(cè)繪、物探、鉆探、原位測(cè)試、取樣試驗(yàn)，查明干渠沿線及建筑物場(chǎng)地的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，提出土層物理力學(xué)指標(biāo)，對(duì)主要工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出處理意見(jiàn)。

1 地質(zhì)概況

邢清干渠輸水管線自西向東穿越不同地貌單元。京廣鐵路以西為山前丘陵及向平原過(guò)渡區(qū)，管線位于沙河高漫灘地貌區(qū)，地形起伏變化大。京廣鐵路以東為平原地貌，地勢(shì)比較平坦，大致以南和縣三召村為界，以西為洪積沖積傾斜平原、以東為沖積平原。總體地勢(shì)自西向東及東北方向傾斜。

管線通過(guò)地區(qū)第四紀(jì)地層沉積厚度400～500m，其中全新世地層厚20～50m。在勘探深度范圍內(nèi)揭露的地層均為第四系松散堆積物，主要地層時(shí)代有：下更新統(tǒng)冰水積及湖積（fgl+lQ1）、中更新統(tǒng)冰磧（glQ2）、上更新統(tǒng)沖積及河湖積（al+lQ3）、上更新統(tǒng)沖洪積（al+plQ3）、全新統(tǒng)沖積及河湖積（al+lQ4）、全新統(tǒng)沖洪積（al+plQ4）、全新統(tǒng)沖積（alQ4）等。

區(qū)段位于Ⅰ級(jí)構(gòu)造單元的中朝準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ2），Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元的山西斷隆（Ⅱ■■）和華北斷坳（Ⅱ■■），Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元的太行拱斷束（Ⅲ■■）、和臨清臺(tái)陷（Ⅲ■■），橫向穿越Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元的武安凹斷束（Ⅳ■■）、南和斷凸（Ⅳ■■）、巨鹿斷凸

（Ⅳ■■）、廣宗斷凸（Ⅳ■■）、南宮斷凹（Ⅳ■■）。渠段沿線附近的斷裂多為隱伏斷裂，邊界控制性斷裂以走向NNE和NWW向?yàn)橹?。主要斷裂為邢臺(tái)-邯鄲大斷裂、紫山東斷裂、紫山西斷裂、曲陌斷裂、無(wú)級(jí)-衡水?dāng)嗔?、新河斷裂及滄東斷裂。

邢臺(tái)-邯鄲大斷裂：走向NNE，傾向SE，傾角70°，長(zhǎng)150km，為正斷層。與干渠高角度交叉在107國(guó)道東側(cè)，最新活動(dòng)時(shí)代在第四紀(jì)晚期，歷史上無(wú)發(fā)生5級(jí)以上地震的記載，但仍有發(fā)生中強(qiáng)地震的可能。紫山西斷裂：走向NNE，傾向NW，傾角75°，長(zhǎng)度70km，為正斷層。在干渠引水口贊善分水閘場(chǎng)區(qū)以西5km處南北向通過(guò)，最新活動(dòng)時(shí)代在第四紀(jì)的早-中期。紫山東斷裂：走向NNE，傾向SE，傾角72°，長(zhǎng)度72km，為正斷層。與干渠高角度交叉在沙河市西側(cè)，最新活動(dòng)時(shí)代在中更新世。曲陌斷裂：走向NW290°，傾向NE，傾角70°～80°，為正斷層。與干渠相交于沙河市東北，最新活動(dòng)時(shí)代在中更新世早期。無(wú)級(jí)-衡水?dāng)嗔眩嚎傮w走向北西50°，傾向NE，傾角39°～55°，為正斷層，長(zhǎng)度大于150km。在本渠尾以東25km南北向通過(guò)，新生代以來(lái)活動(dòng)。新河斷裂：總體走向北東，傾向NW，為正斷層，長(zhǎng)度70km。在管線西北約40km平行通過(guò)，新生代以來(lái)活動(dòng)。滄東斷裂：總體走向北東30°，傾向SE高角度正斷層，長(zhǎng)度大于500km。在管線東南約45km平行通過(guò)，主要活動(dòng)時(shí)代為中、新生代。

工程區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，一年四季分明。春季蒸發(fā)量大，降雨稀少；夏季炎熱，降雨量集中；秋季晴朗氣爽，降雨稀少；冬季寒冷少雨雪，多北風(fēng)。干渠沿線多年平均氣溫12.7～13.6℃。月平均最高氣溫31.3～32.6℃，出現(xiàn)在6月；月平均最低氣溫-6.3～-9.3℃，出現(xiàn)在1月。極端最低氣溫-23.5℃，極端最高氣溫42.7℃。無(wú)霜期約200天，封凍期在11月～第二年3月。最大風(fēng)速15～19m/s，多為北風(fēng)或西北風(fēng)，多年平均降雨量480～570mm，多年平均蒸發(fā)量1680～2159mm。降水量在年內(nèi)、年際中變化較大，年內(nèi)70%～80%降水量集中于7～9月份。

2 管線主要工程地質(zhì)問(wèn)題及建議

2.1 沉降變形 管道沿線地層類型較多，巖性變化較大，壓縮性差異較大，應(yīng)重視變形及不均勻變形對(duì)工程的影響，并考慮相應(yīng)的地基處理措施。

2.2 水、土的腐蝕性 通過(guò)對(duì)地表水、地下水進(jìn)行水質(zhì)分析，判定水對(duì)混凝土、混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性。京廣鐵路上游選礦廠日益增多，受其棄水入滲的影響，下游地下水硫酸鹽含量有逐漸增高趨勢(shì)，應(yīng)引起重視，對(duì)穿河道、渠道位置管道采取相應(yīng)防護(hù)處理措施。通過(guò)易溶鹽試驗(yàn)結(jié)果判定土對(duì)混凝土、混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性。根據(jù)物探測(cè)電阻率的方法判定管線土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性。建議沿線對(duì)中與強(qiáng)腐蝕地段的管道進(jìn)行相應(yīng)防護(hù)處理。

2.3 臨時(shí)邊坡穩(wěn)定性 管線由卵石為主組成的邊坡、由砂性土為主組成的邊坡、呈砂性土粘性土多層結(jié)構(gòu)的邊坡，且部分管線有地下水影響，穩(wěn)定性較差或差；管線穿越河道、渠道，基坑挖深較大，邊坡多呈砂性土與粘性土多層結(jié)構(gòu)，且部分建筑物受地下水影響，穩(wěn)定性較差或差。應(yīng)重視臨時(shí)邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題。建議放緩邊坡或采取支護(hù)措施。

2.4 飽和砂土震動(dòng)液化 管線位于沙河市、南和縣、平鄉(xiāng)縣、廣宗縣、南宮市區(qū)段地震基本烈度Ⅶ度區(qū)，分布有全新世飽和砂土及少粘性土，需進(jìn)行液化判定，根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄P土的液化判別條件，初判上述砂土及少粘性土層屬可液化層范圍。采用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)對(duì)15m深度范圍內(nèi)、現(xiàn)狀飽和砂土及少粘性土層進(jìn)行復(fù)判，對(duì)液化地段建議考慮飽和砂土及少粘性土液化對(duì)工程的影響，并采取相應(yīng)的處理措施。

2.5 地下水、地表水影響 沿線分布有地表水的地段，施工需進(jìn)行導(dǎo)流。地下水高于建基面地段，應(yīng)考慮基坑排水問(wèn)題。建議施工選擇在低水位期，以減小地表水、地下水對(duì)開(kāi)挖的影響。

2.6 濕陷性 依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）要求，場(chǎng)地應(yīng)先判定是否為非自重濕陷性場(chǎng)地，結(jié)合自重濕陷系數(shù)δzs，自重濕陷量的計(jì)算值△zs，應(yīng)自天然地面（當(dāng)挖、填方的厚度和面積較大時(shí)，應(yīng)自設(shè)計(jì)地面）算起，至其下非濕陷性黃土層的頂面止，其中自重濕陷系數(shù)δzs值小于0.015的土層不累計(jì)。當(dāng)自重濕陷量不大于70mm為非自重濕陷性場(chǎng)地。當(dāng)濕陷量≤300時(shí)，濕陷性等級(jí)為Ⅰ（輕微），濕陷量＞300時(shí)，濕陷性等級(jí)為Ⅱ（中等）。濕陷性黃土地基常選擇墊層法和擠密法處理濕陷性黃土地基。根據(jù)濕陷性實(shí)驗(yàn)判定濕陷性土層分布地段及分布厚度，同時(shí)確定管道挖深，若濕陷性土層位于管底上部地層，對(duì)管道工程影響較小。

2.7 河道沖刷 管線穿越多條河流，管道埋深應(yīng)考慮沖刷影響。確定穿越河、渠位置淺層土的平均粒徑、液性指數(shù)。

3 天然建筑材料

河北平原中東部缺少天然砂礫料。邢清干渠沿線總體砂礫料用量大，但因?yàn)榫€路長(zhǎng)，具體到某一縣市，砂礫料用量并不大，可在地方建筑材料市場(chǎng)解決。建議砂礫料在當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)采購(gòu)，但質(zhì)量應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求。對(duì)于符合技術(shù)要求可用于回填的工程開(kāi)挖土，應(yīng)進(jìn)行壓實(shí)（或振密）處理，相關(guān)指標(biāo)應(yīng)參照擊實(shí)試驗(yàn)成果指標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)對(duì)各種地質(zhì)問(wèn)題的闡述，得到了對(duì)類似情況的處理經(jīng)驗(yàn)，為類似工程的勘探設(shè)計(jì)提供了良好的借鑒。

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