禹門口一級水源泵站站址地質問題分析及防治措施

高 峰

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

禹門口泵站更新改造工程（一級站擴建部分）位于山西省河津市龍門村附近黃河干流上的原禹門口一級站北側，緊臨站址，距離河津市區約15 km。一級水源泵站為該工程的一部分。

一級水源泵站站址位于黃河東岸，站址處巖坡陡峻，山勢險要，該處黃河河流流向為S15°E，河水寬約150～200 m。地表高程為380～435 m。水源泵站站址與原一級泵站相鄰，其北側為龍虎公路，南側與黃河相依，地形呈東高西低之勢。

1 地質概況

站址區涉及的地層為古生界奧陶系與新生界第四系。

1）古生界奧陶系

下統亮甲山組巖性為厚層狀淺白、灰白色含燧石白云質灰巖，巖性致密、堅硬，細粒狀結構，塊狀構造，局部夾有燧石層與燧石結核，并含有方解石脈，小溶洞、溶孔發育，孔徑0.8～4.0 cm，其中有方解石半充填，巖石局部破碎。層厚大于40 m。主要分布于泵站的基礎部位。

中統下馬家溝組下部巖性為綠灰，黃灰色泥灰巖及角礫狀泥灰巖，薄層狀，巖性較軟，含方解石脈，節理裂隙發育，為易風化的溶洞發育層。底部為賈旺頁巖，巖層易風化破碎，地形上呈緩坡，層厚約15 m。

2）新生界第四系

全新統洪沖積層巖性為灰白、淺紅色中細粒砂層，其結構松散，主要由長石、石英及云母組成，分選性與磨圓度均較好。層厚1.5～8.0 m，位于黃河河床。

全新統坡積層巖性主要為淺黃色低液限粉土，局部夾有灰巖碎塊，碎塊徑5～40 cm,約占30%。層厚5～8 m，位于黃河岸坡上。

3）人工堆積層巖性主要為塊石與卵石混合土及砼，塊石與卵石巖性主要為灰巖與白云巖。

站址地基的小溝內發育有F3正斷層，斷層產物為斷層角礫，主要成份為白云質灰巖小碎石，泥鈣質微膠結，斷裂帶寬1.3～4.5 m，偶見擦痕，斷面不詳，斷距約6 m，斷層產狀為N65°W/SW∠72～74°。站址臨黃河河岸邊一側還發育有F4斷層，其性質不明，產狀為 N46°W/NE∠71°，斷層帶寬度為 2～3 m。

站址區巖層產狀為N15°E/NW∠15°～23°，發育有兩組節理裂隙，產狀分別為：①N15°E/SE∠75°；②N60～88°E/NW∠73°～82°。第②組節理相對較為發育，裂隙寬度一般為1～2 cm，最寬約10 cm，方解石、泥質充填或半充填，部分無充填。

2 地質問題分析及措施

場地基巖面高程為385.8～410.0 m，西南側與黃河相依，高程較低，強風化帶厚度為3～5 m。站址廠房設計開挖高程為365.8 m，地基持力層為亮甲山組厚層堅硬的含燧石白云質灰巖。巖體中發育的兩組節理裂隙呈網格狀分布，將巖體切割成塊體狀，第①組節理裂隙走向與河谷走向近于平行，沿該組節理面岸邊基巖較易發生坍塌。站址西南部發育有F3與F4斷層，該兩斷層的走向與黃河河岸近于平行，對站址的穩定性影響較小；由于F4斷層從站址的基礎下通過，需要對斷層破碎帶根據基坑開挖的情況采取加固處理措施。

站址基礎開挖邊坡高度多為14.2～35.5 m，最大為60 m，地基的地層巖性為亮甲山組厚層堅硬的含燧石白云質灰巖，巖層產狀為N15°E/NW∠15°～23°。基坑開挖后將產生臨空面，站址東、南側巖體傾向基坑，形成順向邊坡，因而基坑東、南側巖體存在高邊坡穩定性問題。由于亮甲山組白云質灰巖巖體質量較好，巖體間基本無軟弱夾層存在，故產生順層滑動的可能性不大；而基坑東側在高程396 m以上存在下馬家溝組泥灰巖，巖石質軟，巖體質量較差，風化強烈，基坑開挖后在有水體浸入的情況下，會有沿著與亮甲山組接觸面產生滑動的可能性。故建議全部清除邊坡以上的覆蓋層，并對巖質高邊坡增設馬道，對邊坡進行支護處理，并做好地面的排水處理，對基坑東部下馬家溝組泥灰巖建議采用土釘墻等方法進行錨固。建議基坑臨時開挖邊坡：覆蓋層為1∶0.75～1∶1.0，弱風化基巖為 1 ∶0.5～1 ∶0.75，新鮮基巖為 1 ∶0.3～1 ∶0.5。

站址東面與南面高陡邊坡存在有巖體質量較差的泥灰巖，容易發生掉塊與滑塌等情況，建議在施工過程中采取掛鉛絲網等針對性處理措施。

站址地基巖體質量較好，為了減少基坑的開挖深度，降低基坑的邊坡高度，并能避讓F4斷層帶，建議設計適當提高建基面。

站址區碳酸巖巖體喀斯特發育，在巖體裂隙與斷層帶的相互切割影響下，巖體滲透性較為強烈，在水位的升高的情況下，黃河河水對基礎產生的揚壓力將會增大，基坑開挖后會產生沿裂隙與溶隙進入的涌水。此外，基坑靠黃河一側距F4斷層很近，局部僅0.5 m，開挖過程中如不慎打通斷層帶則會有通過斷層帶產生的涌水。斷層帶中產生的涌水量一般較大。

1）溶隙涌水量計算

將基坑假設為大口井，采用井壁、井底同時進水非完整井計算公式：

式中：Q為基坑的涌水量（m3/d）；K1為坑壁含水層的平均滲透系數（m/d）；K2為坑底含水層的平均滲透系數（m/d）；r為假想半徑（m）；R為影響半徑（m）,取 5 m；R′為R 與 r之和；s為水位降深（m）,取15.2 m(黃河水位按381 m考慮)；h0為靜止水位至坑底深度（m）,取15.2 m(黃河水位按381 m考慮)。

假想半徑r按下式計算：

式中：η為與L/B相關的系數,取1.18；B為基坑的寬度（m），可取26.2 m；L為基坑的長度（m），可取28.2 m。

經計算，假想半徑r為16.05 m。

基巖滲透系數根據一級站站址鉆孔抽水試驗資料，溶隙滲透系數值為1.046～16.47 m/d，計算時取平均值K1=K2=4.1m/d，基坑溶隙涌水量估算參數取值及結果見表1。

表1 站址基坑溶隙涌水量計算成果表

2)斷層涌水量計算

F4斷層位于基坑黃河一側,斷層帶物質組成與F3斷層相近，其滲透系數參考F3斷層現場抽水試驗結果，取K=642 m/d，F4斷層帶寬度約2 m，可將該斷層視為一滲渠，采用公式（3）、公式（4）進行單位長度基坑涌水量估算。

式中：q 為基坑單位長度涌水量，（m3/d）；k 為滲透系數（m/d）；l為斷層帶至黃河圍堰距離（m）；H1為黃河一側基坑底以上含水層厚度（m）；H2為山體一側基坑底以上含水層厚度（m）；h0為基坑內水深即動水位水深（m）；S1為黃河一側的水位差，其值為S1=H1-h0（m）；S2為山體一側的水位差，其值為S2=H2-h0（m）；R′為影響半徑R與斷層帶寬之半C的和（m）；S為降深（m）；R為山體一側影響半徑（m）；qr1為黃河河流方面相應引用流量，根據α1、β1由圖1查得，其中：α1=l/（l+C）=0.83，β1=l/T=0.5；T為基坑底至基巖的距離（m），根據地質剖面圖，取10 m；C為斷層寬之半（m），取1.0 m。

圖1 qr值曲線圖

qr2為山體方面相應引用流量，根據α2、β2值求得，其中α2=R/（R+C）=1，β2=R/T=385.1；因β2＞3，qr2=qr′/[（β2-3）qr′+1]，qr′可根據圖 2 由 qr′=f(α0)查得，值為 0.22。其中 α0=T/[T+（C/3）]。

圖2 qr′值曲線圖

涌水量估算參數取值及結果見表3。

表3 站址基坑斷層單位長度涌水量估算成果表

經估算，基坑溶隙涌水量為15020 m3/d；斷層單位長度涌水量為21220 m3/d。

3 結語

廠房基礎持力層為奧陶系厚層堅硬含燧石白云質灰巖。站址西南部發育F3與F4斷層，兩斷層的走向與河岸近于平行，對站址的穩定性影響較小；由于F4斷層從站址基礎下通過，故需對斷層破碎帶采取加固處理措施；由于斷層帶涌水量很大，建議施工前對F4斷層采用灌漿等方法進行封堵，同時建議做好排水和防止突水的處理。