引江濟(jì)淮工程膨脹巖特點(diǎn)淺析

耿宏斌

(安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院 勘測分院,安徽 蚌埠 233000)

引江濟(jì)淮工程膨脹巖特點(diǎn)淺析

耿宏斌

(安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院 勘測分院,安徽 蚌埠 233000)

引江濟(jì)淮工程淮河以南段的輸水線路沿線分布有較多的膨脹性軟巖,其對引水渠道邊坡的穩(wěn)定性有一定影響。對膨脹巖的分布特點(diǎn)、工程地質(zhì)特征和處理建議進(jìn)行簡要評述,根據(jù)其在渠道中的切深、泥巖占比及泥層自身膨脹性等因素，采取與膨脹土一并處理或設(shè)置非預(yù)應(yīng)力錨桿等有針對性地處理措施,保證工程安全。

引江濟(jì)淮工程;膨脹巖;成分;處理措施

引江濟(jì)淮工程(江淮運(yùn)河),又稱江淮溝通,為反映其全面、巨大的綜合利用作用,自20世紀(jì)80年代后期改稱為引江濟(jì)淮并沿用至今。它溝通長江、淮河二大水系,潤澤安徽,惠及河南,造福淮河,是解決淮河中游地區(qū)水資源短缺和支撐淮河流域及中原經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展不可替代的重大水資源配置工程,是加快巢湖水環(huán)境綜合治理和改善淮河生態(tài)環(huán)境及遏制淮北中深層地下水超采不可或缺的重要生態(tài)保護(hù)措施,是構(gòu)建跨區(qū)域現(xiàn)代綜合運(yùn)輸體系和優(yōu)化中西部地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局及促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展不可多得的黃金水運(yùn)通道,是一項(xiàng)具有保障供水、農(nóng)業(yè)灌溉補(bǔ)水、發(fā)展航運(yùn)和改善環(huán)境等綜合效益的大型跨流域調(diào)水工程。

根據(jù)引江濟(jì)淮工程規(guī)劃方案,本工程擬從長江取水,經(jīng)鳳凰頸引江樞紐和樅陽引江樞紐2個(gè)口門,并分別經(jīng)西河、兆河和菜子湖、孔城河、白石天河雙線入巢湖或經(jīng)巢湖南岸繞湖入派河,利用派河上溯翻越江淮分水嶺入瓦埠湖和淮河,再經(jīng)淮北主要支流繼續(xù)北送至淮北地區(qū)。

引江濟(jì)淮工程由引江濟(jì)巢、江淮溝通、江水北送三大部分組成。引江濟(jì)巢段又包括西兆河、派河口泵站引渠和菜子湖三條線路。

輸水線路沿線揭露的下第三系(E)、白堊系(K)和侏羅系(J)的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖等,多具有不同程度的遇水膨脹特性。分布總長度約59 km,主要位于菜子湖線路、江淮溝通段的菜巢分水嶺、江淮分水嶺及派河口泵站引渠的切崗段。

膨脹性軟巖的存在,對引江濟(jì)淮工程引水渠道邊坡的穩(wěn)定性有一定影響。本文將對其分布特點(diǎn)、工程地質(zhì)特征和處理建議作一簡要評述。

1 膨脹巖分布范圍

在引江濟(jì)淮工程淮河以南段的幾條線路中,均有膨脹巖分布。菜子湖線路分布有21.3 km的膨脹性軟巖,主要集中在菜巢分水嶺的南側(cè),其中約5 km左右的侏羅系粉砂巖(J)膨脹性較弱,其它均為白堊系(K)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖粉砂巖等,遇水具一定膨脹性。菜巢分水嶺北側(cè)僅有零星分布,且揭露厚度很薄,對工程影響小。在分水嶺頂部為片麻巖(AnZ),無膨脹性[1]。

派河口泵站引渠分布有12.7 km的膨脹性軟巖,主要分布于切崗段,巖性主要為白堊系(K)、侏羅系(J)的粉砂質(zhì)泥巖和泥巖粉砂巖等。

江淮溝通段分布有約25 km的膨脹性軟巖,主要分布于江淮分水嶺,其巖性主要為白堊系(K)粉砂巖、細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖。

引江濟(jì)淮工程膨脹性軟巖總長約59 km。其與崩解巖的分布范圍基本重合。

2 膨脹巖工程地質(zhì)特征

2.1 軟巖礦物成分

菜子湖線路和江淮溝通段軟巖礦物成分見表1。

表1 各輸水線路軟巖礦物成分特性一覽表

由表1可知,軟巖的主要礦物成分為黏土礦物、石英、長石和方解石。粉砂巖以石英、長石為主,泥巖則以黏土礦物為主。

黏土礦物是軟巖存在膨脹性的根本原因,黏土礦物含量的多少,也直接影響軟巖宏觀膨脹性的強(qiáng)弱[2]。通過軟巖的室內(nèi)自由膨脹率試驗(yàn)可以看出,粉砂巖的自由膨脹率較小,而泥巖的自由膨脹率較大,故一般可不考慮粉砂巖的膨脹性影響。

2.2 泥巖膨脹性分布特征

在菜子湖線路分布的21.3 km膨脹性軟巖中,考慮其自身膨脹性、在邊坡中的切深和泥巖占比等因素,對工程影響較大的是樁號C60+000～65+300約5.3 km的渠段。

采取菜子湖線路樁號C60+000～65+300段泥巖樣品做自由膨脹率試驗(yàn),自由膨脹率沿里程變化的散點(diǎn)圖見圖1。

圖1 菜子湖線路泥巖自由膨脹率沿里程變化散點(diǎn)圖Fig.1 Variation scatter diagram of free swelling ratio of mudstone in Caizihu line along the miles

由上圖可知,菜子湖線路C60+000～62+000段,達(dá)到弱膨脹性的樣本有4組,占總樣本數(shù)的57%;而C62+000～65+300段,達(dá)到弱膨脹性的樣本僅有2組,占總樣本數(shù)的33%,說明該段軟巖膨脹性略弱于前段。

而在江淮溝通段分布的25 km膨脹性軟巖中,同樣考慮其自身膨脹性、在邊坡中的切深和泥巖占比等因素,對工程影響較大的是樁號J40+000～52+000約12 km的渠段。

采取江淮溝通樁號J40+000～52+000段泥巖樣品做自由膨脹率試驗(yàn),自由膨脹率沿里程變化散點(diǎn)圖見圖2。

圖2 江淮溝通段泥巖自由膨脹率沿里程變化散點(diǎn)圖Fig.2 Variation scatter diagram of free swelling ratio of mudstone in Jianghuai communication

由上圖可知,江淮溝通J41+500～43+500段有2組中膨脹性樣本,建議對本段進(jìn)行專門處理;J43+500～48+000段有5組弱膨脹性樣本;J48+000～52+000段雖也有3組弱膨脹性樣本,但泥巖占比少,對工程影響不大。

由以上兩散點(diǎn)圖可以看出,泥巖自由膨脹率沿里程變化有一定的分布規(guī)律,同時(shí)也存在較大的變異性。但與本段膨脹土的膨脹性分布規(guī)律不同的是,其與地形地貌的相關(guān)性不大。

同時(shí)也可以看出,江淮溝通段的膨脹性總體強(qiáng)于菜子湖線路,分布長度也較長。但江淮溝通段膨脹巖中無膨脹性的粉砂巖夾層較多。

派河口泵站引渠膨脹性軟巖的工程特性與江淮溝通段相近。

軟巖的自由膨脹率與粘土礦物含量相關(guān)。粘土礦物含量越高,自由膨脹率一般也越大。故泥巖膨脹性較大,而粉砂巖膨脹性較小。從本次所取的粉砂巖樣品中也可以看出,其自由膨脹率均<40%,故一般可不考慮粉砂巖的膨脹性影響。

軟巖的自由膨脹率和膨脹率、膨脹力之間沒有明顯的相關(guān)性。軟巖的膨脹率與膨脹土相近,一般1%～5%,但膨脹力遠(yuǎn)大于膨脹土。本區(qū)弱、中等和強(qiáng)膨脹土的膨脹力平均值分別約為20 kPa、40 kPa和>50 kPa,而膨脹巖的膨脹力平均約400 kPa,難以如膨脹土一樣采用覆蓋、壓重的方式進(jìn)行處理。

3 處理建議

根據(jù)引江濟(jì)淮工程膨脹性軟巖分布特點(diǎn)和工程特性,膨脹性處理原則建議如下:

(1) 對于菜子湖線路的侏羅系(J)粉砂巖,考慮其強(qiáng)度較高,粘土礦物含量少,一般可不考慮其膨脹性(但局部粉砂質(zhì)泥巖和泥巖夾層強(qiáng)度較低,具一定膨脹性)。

(2) 對于渠道開挖后巖層內(nèi)切深較小,主要為全—強(qiáng)風(fēng)化帶巖,且泥巖占比較小的渠段,建議按膨脹土進(jìn)行處理。

(3) 對于泥巖占比<10%的渠段,泥巖膨脹性對整體的影響已較小,可僅對局部泥巖富集段進(jìn)行處理。

(4) 對于泥巖占比>10%的渠段,可根據(jù)泥巖所占比例和其膨脹等級,綜合考慮處理措施。

根據(jù)上述處理原則,大部分膨脹巖分布渠段可與上覆膨脹土一并處理。建議可對菜子湖線路樁號C60+000～65+300段5.3 km和江淮溝通段樁號J41+500～48+000段6.5 km渠段膨脹性軟巖進(jìn)行專門處理。

可對以上兩段渠道開挖出露的邊坡或渠底表面噴射C20混凝土,以保護(hù)軟巖。噴護(hù)同時(shí)插入排水導(dǎo)管。臨時(shí)噴護(hù)完成后,在二級平臺(tái)以下邊坡坡面順?biāo)飨蛎扛? m設(shè)置一道格構(gòu)梁,垂直水流向每級坡設(shè)置5道格構(gòu)梁,格構(gòu)梁交點(diǎn)處設(shè)置非預(yù)應(yīng)力錨桿,以抵抗軟巖膨脹產(chǎn)生邊坡破壞。格構(gòu)框格內(nèi)坡面斜向植入錨筋,設(shè)一層土工膜后,鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)片,現(xiàn)澆砼面板[3]。

4 結(jié)語

軟巖的膨脹性與其崩解性有一定相關(guān)性,但又不完全相同。某一渠段軟巖膨脹性的強(qiáng)弱同時(shí)與渠段中泥巖的占比以及泥巖自身膨脹性強(qiáng)弱兩個(gè)因素有關(guān)。充分了解膨脹巖的這一特性,有助于對引江濟(jì)淮工程不同輸水渠段采取更有針對性地處理措施。

[1] 耿宏斌,馬舜,梁家虎,等.引江濟(jì)淮工程可行性研究階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].蚌埠:安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院勘測分院,2015.

[2] 常士驃,張?zhí)K民,項(xiàng)勃,等.工程地質(zhì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[3] 闞延炬,吳文龍,劉慧萍,等.引江濟(jì)淮工程可行性研究報(bào)告[R].合肥:安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院,2015.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

Research on Characteristics of Swelling Rock for the Diversion of Waterfrom Yangtze River to Huaihe River Project

GENG Hongbin

(SurveyBranch,AnhuiSurveyandDesignInstituteofWaterConservancyandHydropower,Bengbu,Anhui233000)

In the south section of Huaihe river for the diversion of water from Yangtze river to Huaihe river project,there locates lots of swelling rocks along the water conveyance line,which could influence the stability of the slope of the diversion channel. This paper discussed the distribution,engineering geological features and treatment of swelling rocks. In order to ensure the project safety,the measures of treatment are proposed.

the diversion of water from Yangtze river to Huaihe river project; swelling rock; component; treatment

2016-04-22;改回日期:2016-05-06

耿宏斌(1976-),男,高級工程師,水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè),從事水利水電工程地質(zhì)勘察工作。E-mail:genghb111@163.com

TU443

A

1671-1211(2016)03-0471-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.052

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.006.html 數(shù)字出版日期:2016-05-05 15:31