南水北調中線渠道工程地質及固坡措施

袁 浩，王雪雯

（1.河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250；2.三峽大學 水利與環境學院，湖北 宜昌 443002）

1 地質概況

本渠道位于河北省中部，屬溫帶半濕潤地帶，東亞季風氣候區，四季分明。 多年平均氣溫12.6～13.3 ℃，月平均最低氣溫-7.5～-9.0 ℃，極端最低氣溫-18.5～-25.3 ℃； 沿線多年平均水面蒸發量1512～1928mm。年降水的70%～80%以上集中于7～9月，4～6月是地下水位較低時期，但3～6月農業用水量最大。本區在不同年份、不同區域內，地下水位的變化存在較大差異。

渠段處于傾斜平原及丘陵兩種地貌形態，其間夾河流地貌。傾斜平原主要分布在元氏縣渠段；丘陵主要分布在高邑縣、贊皇縣及元氏縣局部渠段。

渠段地質地表被第四系地層覆蓋，占渠線總長的97.59%； 基巖出露段長度0.98km，占渠線總長的2.41%。

根據地質測繪和鉆孔揭露，渠段發育的地層主要有：①古生界寒武系張夏組、崮山組；②奧陶系亮甲山組、 馬家溝組； ③新生界上第三系彰武組黏土巖、黏土；④新生界第四系松散地層。

渠段位于華北地震區，臨近河北平原地震帶，近期地震活動頻繁，基本烈度6°。

渠段無主要活動斷裂，距渠段較近的活動斷裂主要為望都—新樂斷裂，該斷裂大體沿京廣鐵路分布，長170km，正斷層，斷裂兩端及中間多處被北西向斷層水平錯移。

2 渠道地質問題及固坡措施

2.1 黃土狀土濕陷性問題

本渠段分布的濕陷性黃土狀土為非自重濕陷性黃土，具濕陷性土的試驗起始壓力30～200kPa，大部為60kPa以上。渠段內黃土狀土大部不具濕陷性，僅局部具輕微濕陷性。具輕微濕陷性的黃土狀土對建筑物局部有影響，如采用樁基的建筑物，黃土狀土樁基側摩阻力按零考慮，建筑物的地基和具輕微濕陷性的渠道工程建議采取夯實處理，特別是填方渠段，以減弱濕陷性對渠道邊坡及渠道襯砌的影響。

2.2 渠道邊坡穩定性問題

渠道邊坡穩定性是影響渠道成渠條件的重要因素，渠道邊坡穩定性差或較差的渠段有10段，總長24.608km。

2.3 渠道滲漏與地下水問題

2.3.1 渠道滲漏

依據GB50287—99《水利水電工程地質勘察規范》，本渠段發育的地層其透水性及滲漏程度一般劃分為：

（1）礫（卵）石層滲透系數k為R×10-2cm/s，具強透水性，易產生強滲漏；中、粗砂滲透性差別較大，全新統和上更新統中、粗砂滲透系數k大部為R×10-4cm/s，具中等透水性。

（2）中更新統和下更新統中、粗砂黏粒含量高，滲透系數k為R×10-5cm/s，具弱透性；

（3）全新統和上更新統粉細砂具弱透水性，滲透系數k為R×10-5～R×10-4cm/s，易產生弱～中等滲漏。

（4）黃土狀壤土、壤土、泥礫滲透系數k為R×10-5～R×10-6cm/s，具極微～弱透水性，易產生微滲漏。

根據渠坡、 渠底不同透水性巖土層的分布及地下水位與渠底和渠道水位的關系，分析認為形成中等以上滲漏的渠道共6段，總長9.792km。 其中土巖體結構類型渠道1段，長1.73km； 土體結構類型渠道2段，長2.326km；填土結構類型渠道3段，長5.736km，如表1。

表1 中等以上滲漏渠段

2.3.2 地下水問題

地下水對渠道和建筑物主要表現在施工排水和對邊坡穩定的影響； 腐蝕性及較高的地下水位對渠道的運行和使用的影響。

地下水位較高時易產生地下水對渠道的回滲和靜水壓力對渠道襯砌的破壞。

2.4 河灘地成渠問題

河灘多分布砂性土、卵石層，當汛期地表水及地下水位抬高時，對渠坡易造成滲透破壞。建議加強對河灘地渠道防滲及排水措施，以保證河灘地渠道邊坡的穩定。

2.5 凍土對渠道的影響

渠段氣候存在差異，一般封凍期在11月下旬～12月上旬，解凍期在2月下旬～3月上旬，多年平均季節性凍土深0.46～0.68m，凍土深度由南向北顯著增加，建議考慮凍土對渠道工程的影響。

2.6 巖質邊坡固坡問題

巖質邊坡的巖體為全、強風化巖。經鉆探和現場踏勘，石渠段亂掘嚴重，坑槽較多，沖溝發育，出露的巖性上部為坡殘積的含壤土碎石，一般厚度0.5～1m，最厚達7m，下部為薄層泥質灰巖，局部夾有中厚層鮞狀灰巖，薄層泥質灰巖風化嚴重，中厚層鮞狀灰巖抗風化能力較強，形成風化不均一現象，強風化最深達10m，沿山脊呈規律分布。 中厚層鮞狀灰巖多發育裂隙，寬度0.5～2m不等，裂隙內充填有含碎石黏土。 巖層產狀走向NE5°～20°，傾向SE，傾角21°～35°，應注意左邊坡的穩定。 建議及時采取固坡措施。

2.7 施工排水對周圍環境地下水的影響

地下水位高于設計渠底的渠段總長3.205km，占渠段總長的8.37%。沿線居民飲用水多取至于深層地下水 （埋深多在150～300m）。 施工期采取排水措施時，對居民飲用水不會有太大影響，但是渠道兩側環境地下水改變，會影響到沿線居民灌溉用水。

3 結語

南水北調中線渠道工程，由于地質條件復雜，其渠道存在的主要工程地質問題有：黃土狀土濕陷性、渠道邊坡穩定、渠道滲漏與地下水、河灘地成渠、渠道Q1黏土膨脹、凍土、對巖質邊坡的處理、高地下水渠段施工排水、 高地下水渠段施工排水對周圍環境地下水的影響等問題。 針對存在的問題，提出了相應的處理措施。