南水北調中線劉灣泵站工程地質問題評價

趙 杰

（河南省水利勘測有限公司 鄭州 450008）

1 概述

南水北調中線配套工程21號口門劉灣泵站位于河南省鄭州市汪垌村東北約300m，工程場區屬黃河沖積平原區，地形平坦、開闊，交通便利。

2 地質概況

2.1 地形地貌

勘察區屬黃河沖積平原區，地形平坦、開闊，場區地面高程128.4～129.2m。

工程區勘探深度范圍內為第四系全新統（Q）4沖洪積層、第四系上更新統（Q）3沖洪積層、中更新統（Q）2坡洪積層及上第三系中新統洛陽組粘土巖（N1L）。現由老至新分述如下：

2.1.1 上第三系中新統洛陽組（N1L）

第⑤層粘土巖：棕紅色雜棕黃色，成巖差，見鐵錳質斑點及薄膜，干時開裂，巖性不均，含大量鈣質結核，鈣質結核含量約20%～30%。該層僅部分鉆孔揭示，揭露最大厚度8.5m（未揭穿），層頂高程82.96～86.5m。

2.1.2 中更新統（dlplQ2）

坡洪積成因，巖性為中粉質壤土、重粉質壤土。

第④層重粉質壤土：棕紅～棕黃色，可塑～硬塑狀，土質較均勻，含較多黑色鐵錳質浸染，偶見鈣質結核，巖性不均，上部多為中粉質壤土。層面略有起伏，層厚25.0～30.1m，層頂高程92.6～94.5m。

2.1.3 上更新統（alplQ3）

沖洪積成因，巖性主要為粉細砂局部夾有黃土狀輕粉質壤土薄層。

第③層粉細砂：淺黃～黃色，濕，中密狀，成份主要為石英、長石，次為暗色礦物，砂粒不均，砂質不純，局部夾黃土狀輕粉質壤土薄層。層面略有起伏，層厚3.5～7.0m，層頂高程115.4～118.0m。

2.1.4 全新統（alplQ4）

沖洪積成因，巖性主要為粉細砂及輕壤土。

第②層粉細砂：淺黃～黃色，濕，中密狀，成份主要為石英、長石，次為暗色礦物，砂粒不均，砂質不純。層面略有起伏，層厚0～5.7m，層頂高程115.4～23.5m。分布不連續，3號孔缺失。

第①層輕壤土：灰黃色，可塑狀，見有針狀孔隙發育，見有銹黃色鐵質浸染，土質不均，局部夾砂壤土薄層。該層分布于地表，可見植物根系，層厚2.8～6.5m。LWB2及LWB3孔之間上部有0.5～3.2m人工堆積雜填土。

2.2 地質構造及地震動參數

工程區屬華北準地臺（I）黃河海坳陷（I2）區，新構造分區屬豫皖隆起—拗陷區，區域主體構造線方向為北西向或近東西向。場區地震動峰值加速度為0.10g，相當于地震基本烈度Ⅶ度區。

2.3 水文地質條件及評價

場區地下水類型為第四系松散層孔隙潛水，勘探期間測得水位高程107.5～108.4m，年變幅4～5m，預測高水位112～113m。場區地下水補給來源為大氣降水入滲和側向地下徑流補給，消耗于蒸發、人工開采及地下側向徑流排泄。由于受總干渠施工降排水的影響，地下水位變化較大。

在勘察區附近取水樣一組作水質簡分析，地下水無色、無味、透明。場區地下水水化學類型為“HCO3-Ca-Mg”型，礦化度0.2465g/L，屬淡水；總硬度14.76德國度，屬微硬水；pH值7.3，屬中性水；侵蝕性CO2含量為0mg/L。依據《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）附錄L判定：場區地下水對混凝土不具腐蝕性，對混凝土中鋼筋及鋼結構具弱腐蝕性。

2.4 土壤腐蝕性評價

根據管線土壤腐蝕性成果，場區上部土體對混凝土結構及鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具中等腐蝕性。

3 建筑物工程地質條件及評價

3.1 地層結構

工程區地質結構為土巖雙層結構，其中上部覆蓋層多為粘砂多層結構，按巖性可分為5個土體單元，現由上至下分述如下：

層輕壤土（alplQ4）：層厚2.8～6.5m，該層分布于地表。

層粉細砂（alplQ4）：層厚 0～5.7m，層頂高程 115.4～23.5m，局部缺失。

第③層粉細砂（alplQ3）：層厚3.5～7.0m，層頂高程115.4～118.0m，分布較穩定。

第④層重粉質壤土（dlplQ2）：層面略有起伏，分布穩定，厚度大，層厚25.0～30.1m，層頂高程92.6～94.5m。

第⑤層粘土巖（N1L）：揭露最大厚度8.5m（未揭穿），層頂高程82.96～86.5m。

3.2 土體物理力學性質

根據現場原位測試和室內試驗成果，綜合分析整理，各土體單元物理力學性指標評價如下：

①輕壤土（alplQ14）：天然干密度ρd范圍值1.48～1.62g/cm3，平均值1.57g/cm3；液性指數IL范圍值-0.47～0.14，平均值 -0.10；壓縮系數 a1-2范圍值 0.16～0.48MPa-1，平均值0.302MPa-1；修正后標貫擊數N范圍值4～19擊，平均值12.5擊。該層屬中等壓縮性中硬～硬土層。

②粉細砂（alplQ14）：修正后標貫擊數N范圍值16～26擊，平均值20擊。該層呈中密～密實狀。

③粉細砂（alplQ3）：修正后標貫擊數N范圍值10～27擊，平均值20擊。該層呈中密～密實狀。

④中粉質壤土（dlplQ2）：天然干密度ρd范圍值1.53～1.67g/cm3，平均值1.60g/cm3；液性指數IL范圍值 0.25～0.86，平均值0.51；壓縮系數a1-2范圍值0.107～0.218MPa-1，平均值0.159MPa-1；壓縮指數CC范圍值0.1603～0.4113，平均0.2351；回彈指數 CS范圍值 0.0090～0.0162，平均0.0119；修正后標貫擊數N范圍值9～17擊，平均值14擊。該層屬中等壓縮性硬土層。

⑤粘土巖（N1L）：修正后標貫擊數N范圍值21～28擊，平均值24擊，屬軟巖。

各層土的物理力學指標建議值見表1、表2。

表1 各層土的物理性指標建議值表

表2 各層土的力學性指標建議值表

4 主要工程地質問題

4.1 邊坡穩定問題

根據建筑物布置，邊坡開挖深度16～18m。地層結構屬粘砂雙層結構，邊坡巖性主要為輕壤土、中粉質壤土和粉細砂，存在邊坡穩定問題。結合影響場區邊坡穩定的各種不利因素，進行工程地質類比，確定邊坡高寬比為1∶1.75～1∶2.50。采用復式邊坡，中間設置平臺。必要時采取支護措施，施工時禁止在周圍施加堆載，并加強監測，確保施工安全。

4.2 施工排水問題

工程區地下水為第四系孔隙潛水，該層主要賦存于第四系松散層中，勘察期間地下水位高程107.5～108.4m，建筑物建基面高程113.932m，由于受總干渠施工開挖降排水的影響，地下水比前期有所下降，存在基坑施工降排水問題，建議施工前應先復測地下水位，待地下水位降至開挖邊坡坡角以下方可施工。

5 工程地質條件及評價

設計泵站基礎主要位于第③層粉細砂層中或第④層中粉質壤土中，邊坡開挖深度16～18m。邊坡地層結構為粘砂多層結構。場區地下水位位于建筑物建基面附近，存在邊坡穩定問題，建議施工開挖邊坡高寬比為1∶1.75～1∶2.50。采用復式邊坡，中間設置平臺。施工時禁止在周圍施加堆載，并加強監測，確保施工安全。

第③層粉細砂呈中密狀，承載力標準值fk＝180kPa，第④層中粉質壤土，承載力標準值fk＝170kPa，可作為基礎持力層，由于基礎埋置較深，為補償式基礎，經深寬修正后承載力估算可以滿足基底壓力要求。建議設計部門根據建筑物上部荷載的具體情況進行地基穩定性和變形驗算，如不滿足設計要求，可進行必要的地基加固處理措施。

場區地下水水位高程107.5～108.4m，位于建筑物建基面附近，存在基坑施工排水問題；由于受總干渠施工降排水的影響，勘察期間地下水水位比前期有所降低，建議施工期間復測地下水位。

6 結語

泵站基礎主要位于第③層粉細砂層或第④層中粉質壤土中，經深寬修正后承載力估算可滿足基底壓力要求，建議設計部門進行地基穩定性和變形驗算，如不滿足設計要求，可進行必要的地基加固處理措施；建議采用復式邊坡，邊坡高寬比為1∶1.75～1∶2.50，必要時采取支護措施；勘探期間地下水位在建筑物建基面附近，應采取降排水措施