斗門南池引水灃河倒虹主要工程地質(zhì)問(wèn)題

張向偉

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院，陜西 西安 712000)

1 工程概況

陜西省斗門水庫(kù)工程位于西安市西郊灃河右岸原昆明池遺址，距西安市中心約20 km，斗門水庫(kù)工程是引漢濟(jì)渭輸配水工程的調(diào)蓄水庫(kù)，是一座以供水、改善生態(tài)環(huán)境為主，兼顧防洪等綜合利用平原水庫(kù)。

水庫(kù)按南北池布置。南、北池之間設(shè)雙向擋水壩，南池為引漢濟(jì)渭注入式水庫(kù)，為城市供水水源，設(shè)計(jì)向?yàn)枛|灃西新城；北池為灃河分洪注入式水庫(kù)，為生態(tài)供水水源，兼顧灃河防洪，蓄泄灃河洪水和城市雨洪，向西安市生態(tài)水系(庫(kù)、河、湖、池、渠)補(bǔ)給生態(tài)用水。斗門南池引水管道設(shè)計(jì)為向斗門水庫(kù)南池引水管道工程，自引漢濟(jì)渭南干線取水，由引水管線引至南池調(diào)蓄，其設(shè)計(jì)引水流量6.0 m3/s，管道為DN1800球墨鑄鐵管，引水管道及應(yīng)急管道全長(zhǎng)25.6 km。在樁號(hào)樁號(hào)YSD3+542.7～YSD3+960.5 m通過(guò)倒虹穿越灃河，本段為引水管道重要的工期節(jié)點(diǎn)。

2 灃河倒虹概況

2.1 區(qū)域概況

工程區(qū)位于渭河盆地與秦嶺山地的交界附近的渭河斷陷盆地。渭河斷陷盆地根據(jù)成因類型可分為山前洪積平原(扇)和渭河及其支流沖積平原，各支流沖積平原近南北向橫貫上述地貌單元，把上述東西向連續(xù)的地貌單元切割成塊狀，發(fā)育有不完整的低矮階地，一般不超過(guò)二級(jí)。灃河倒虹則位于渭河沖積平原中的灃河河漫灘及灃河Ⅰ級(jí)階地。

2.2 地質(zhì)概況

2.2.1 灃河倒虹工程地質(zhì)條件

灃河段倒虹地貌單元為灃河Ⅰ級(jí)階地及河漫灘。根據(jù)勘察資料，倒虹左岸為灃河Ⅰ級(jí)階地，階地覆蓋第四系全新統(tǒng)沖積堆積(Q41al)③-1層壤土，呈三層分布，厚度2.0～14.3 m，夾兩層③-2層粗砂厚度分別為8.0 m、5.0 m左右；灃河Ⅰ級(jí)階地以東則為灃河河床及河漫灘，地層為河流相堆積，比較復(fù)雜，主要地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積(Q42al+pl)②-2層粗砂及②-3層(Q42al+pl)粉質(zhì)黏土，厚度不等，局部呈透鏡狀；另外，階地及漫灘上部堆積了厚度1.0～4.2 m第四系全新統(tǒng)人工堆積(Q4s)①層素填土。灃河倒虹地層簡(jiǎn)況如圖1。

圖1 灃河倒虹地層簡(jiǎn)況

因穿越灃河，地下水埋深較淺，灃河河床河水深度約2.2～3.3 m，灃河兩岸Ⅰ級(jí)階地及漫灘地下水埋深約2.4～8.2 m。

2.2.2 灃河倒虹主要工程地質(zhì)問(wèn)題

(1)地基土濕陷性

按照國(guó)標(biāo)GB50025-2018《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》有關(guān)規(guī)定計(jì)算，總濕陷量按管道基礎(chǔ)底面算起。灃河Ⅰ級(jí)階地場(chǎng)地濕陷類型為非自重濕陷，③-1層壤土濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)(輕微)，濕陷下陷深度5.5 m。灃河右岸漫灘上部②-1層砂壤土濕陷類型為非自重濕陷，濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)(輕微)，濕陷下限深度1.6～3.3 m(至下部砂層頂板)，管基從下部②-1層粗砂中通過(guò)，所以無(wú)濕陷問(wèn)題。

(2)砂土震動(dòng)液化

工程區(qū)地震基本烈度為Ⅷ度。因?yàn)轱柡蜕巴谅裆睢?0 m ，所以根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》判斷其地震液化?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，飽和砂土地震液化分為初判及復(fù)判。當(dāng)飽和砂土的地質(zhì)年代為第四系晚更新世(Q3)及其以前時(shí)，Ⅷ時(shí)可判為不液化；砂土的黏粒含量(粒徑小于0.005 mm的顆粒)含量百分率Ⅷ、度分別不小于13，可判為不液化。灃河漫灘②-2及灃河Ⅰ級(jí)階地③-2層粗砂，地質(zhì)年代均為第四系晚更新世(Q3)以后，黏粒含量小于13%，初判為液化地層。復(fù)判采用《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)規(guī)定，深度20 m內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值公式。經(jīng)計(jì)算，各鉆孔臨界錘擊數(shù)及液化指數(shù)計(jì)算匯總?cè)绫?。

表1 砂土液化判別計(jì)算匯總表

從表1分析可知，灃河Ⅰ級(jí)階地③-2層粗砂為非液化地層。灃河河床及漫灘DZK2鉆孔②-2層粗砂為液化地層，液化深度12.8 m，液化指數(shù)20.61，液化等級(jí)嚴(yán)重；DZK4鉆孔②-2層粗砂為液化地層，液化深度18.6 m，液化指數(shù)18.28，液化等級(jí)嚴(yán)重；DZK5鉆孔②-2層粗砂為液化地層，液化深度16.3 m，液化指數(shù)19.96，液化等級(jí)嚴(yán)重；DZK2、DZK4、DZK5鉆孔均為灃河漫灘，除DZK3外其余鉆孔均存在液化問(wèn)題。分析認(rèn)為鉆孔DZK3位于灃河右岸，其地下水埋深大于其余三個(gè)鉆孔，受其影響地震液化程度較輕。因此，建議灃河漫灘②-2層粗砂均應(yīng)進(jìn)行地震液化處理。根據(jù)本工程地層特征，強(qiáng)夯法處理飽和砂土效果不好，砂石樁處理難度大，建議設(shè)計(jì)采用振沖碎石樁處理。

(3)震陷

當(dāng)建筑物地基主要受力層范圍內(nèi)存在軟弱黏性土層，在地震烈度Ⅷ度，其地基承載力不小于90 kpa時(shí)，可不考慮震陷問(wèn)題。工程區(qū)地震烈度為Ⅷ度，倒虹主要黏性土地層②-1層砂壤土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=120 kpa，②-3層粉質(zhì)粘土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=130 kpa，③-1層壤土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=130 kpa，上述要黏性土地層承載力值均大于120 kpa，所以本工程無(wú)慮震陷問(wèn)題。

(4)沖刷

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)顆分資料及顆分曲線，灃河漫灘②-2粗砂有效粒徑d10=0.056 mm，d30=0.220 mm ，平均粒徑d50=0.325 mm，限制粒徑d60=0.514 mm。倒虹段灃河大致呈南北流向，由于氣候條件及距秦嶺山區(qū)較近，屬于暴漲暴落型河流，秋夏季河水較大，春冬季河水較小。經(jīng)野外調(diào)查，灃河一般沖刷深度1.5～2.0 m，最大達(dá)3.0 m，建議灃河倒虹埋深位于最大沖刷深度以下，并對(duì)倒虹上、下游進(jìn)行砌護(hù)處理。參照《水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》，建議②-1層砂壤土允許不沖刷流速為0.5～0.7 m/s，②-2層粗砂允許不沖刷流速為0.4～0.6 m/s，②-3層粉質(zhì)粘土允許不沖刷流速為0.6～0.9 m/s。

(5)滲透破壞

灃河河床及漫灘地下水位埋深淺，倒虹施工時(shí)開(kāi)挖深度較大。依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》②-2層粗砂Cu=9.18，允許水力坡降J允許=0.17，相應(yīng)的細(xì)粒含量P=28%，破壞類型為過(guò)渡型。施工中應(yīng)做好降水及排水工作，降低動(dòng)水壓力(降低水力坡降)防止?jié)B透破壞。

3 工程處理措施

灃河河床及漫灘②-2層粗砂為液化地層，液化下限深度18.6 m，液化等級(jí)嚴(yán)重；灃河Ⅰ級(jí)階地③-2層粗砂為非液化地層。根據(jù)本工程地層特征，強(qiáng)夯法處理飽和砂土效果不好，砂石樁處理難度大，建議采用振沖碎石樁。灃河Ⅰ級(jí)階地振沖碎石樁樁基置于③-1層壤土中，深度應(yīng)>5.5 m(濕陷下陷以下)，河床及漫灘振沖碎石樁基置于第二層粗砂下部②-3粉質(zhì)粘土中(上部粗砂存在液化問(wèn)題)。

4 結(jié)語(yǔ)

灃河倒虹段地貌單元為灃河河漫灘及灃河Ⅰ級(jí)階地，地震烈度Ⅷ度。地基巖性變化較大，存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題有：地基土濕陷性、砂土震動(dòng)液化、黏土震陷、沖刷、滲透破壞等一系列工程地質(zhì)問(wèn)題。在工程地質(zhì)勘察中，應(yīng)針對(duì)主要工程地質(zhì)問(wèn)題，采用不同的勘察方法，為設(shè)計(jì)提供適宜的地基處理方案。目前灃河倒虹工程施工已經(jīng)完成，工程地質(zhì)勘察成果也得到了驗(yàn)證。