陜北黃土地區引調水線路第四系工程地質問題及對策

余勝利

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 712000）

黃土地區由于其特有的性質和獨特的地貌形態，在黃土地區興建水利工程會碰到與其他地區有很大區別的水文地質及工程地質問題，本文以陜甘寧鹽環定揚黃定邊供水提升改建工程為實例，圍繞在陜北黃土地區引調水線路的工程地質問題展開討論，對黃土地區的管道、隧洞、黃土邊坡穩定性以及庫區的滲漏、濕陷變形等主要工程地質問題及處理措施進行分析探討。

1 工程概況

陜甘寧鹽環定揚黃定邊供水提升改建工程分陜西、甘肅、寧夏三省區公用工程和各省區專用工程。其中定邊供水工程是鹽環定揚黃工程陜西省專用部分，面積約2364 km2，項目配套工程主要有輸水管線、調蓄水池，水廠以及泵站等，主要以解決定邊、靖邊高氟區人畜飲水及部分工業企業用水，發展生態的一項以防氟為主的三等扶貧工程。本工程為鹽環定定邊供水提升改建工程，在一期、二期工程基礎上對已成工程進行提升改建。

2 地質概況

2.1 地形地貌

該工程位于陜北黃土高原與毛烏素沙漠之間的過渡地帶，白于山以北，毛烏素沙漠以南，總體地勢輪廓為西高東低，南高北低。南部長期受水力沖刷、風力搬運作用的影響，形成了典型的堆積侵蝕黃土斜坡地貌，北部以及中部主要為風洪積平原地貌，區域內還零星分布有風積丘陵梁崗地形。主要地貌包括黃土堆積侵蝕斜坡、風洪積平原、風積堆積丘陵梁崗及洪積扇。

2.2 地層巖性

工程區內主要分布第四系（Q），在區內廣泛分布，巖相變化大。出露地層主要為第四系黃土、黃土狀土、古土壤及砂壤土層。其中黃土及黃土狀土土質均一，主要分布在分布于區域南部黃土堆積侵蝕斜坡下部及黃土梁，該層厚度一般6.0 m～15.0 m，最大厚度24.4 m；砂壤土層主要分布在黃土斜坡前緣及其以北廣大風洪積堆積平原地區，厚度小于15 m。

2.3 水文地質

本區為干旱的大陸性氣候，降雨量少，蒸發量大，地下水主要受大氣降水補給，地下水埋深按地貌單元差異較大，蓄水后主要持水層為黃土層孔隙及裂隙。

3 第四系主要工程地質問題及處理措施

工程區范圍內地表出露的地層主要以第四系為主，該地區第四系成因及巖性主要為沖積、風積以及洪積的黃土、黃土狀土、壤土和砂壤土，局部夾有薄層粉細砂層。

3.1 庫區滲漏

根據以往多個黃土地區工程項目實踐證明，黃土的滲漏量相當可觀，供水管線或者水庫初次通水還未達到目的地就全部滲完的情況時有發生。本次項目新建陡溝調蓄水池設計庫容1300 萬m3，調蓄水池設計正常蓄水位高程1510 m，位于黃土高原北部，主要地貌類型為堆積侵蝕黃土斜坡、風洪積平原以及沖洪積扇，地層主要為白堊系第四系松散堆積物，兩岸黃土塬面較寬，五大的構造斷裂，上部主要巖性為黃土及黃土狀土，下部基巖巖性為泥巖、砂巖互層，其中黃土及黃土狀壤土屬弱透水～微透水性，基巖巖性為泥巖、砂巖互層，強風化厚度2 m～3 m，屬中等～弱透水性，下部弱風化～微風化巖體q＜3 Lu，可視為相對不透水層。其主要滲漏為前期對庫底土的飽和需水量。通過對各巖土層進行室內巖性分析，上覆黃土、黃土狀土砂壤土層滲透系數K=2.0×10-5cm/s～9.45×10-5cm/s，屬微透水性，孔隙率n=43%～51%，飽和度Sr=17.4%～52.5%。通過對地形地貌、地層結構及地層滲透性綜合分析，水庫蓄水初期存在暫時性滲漏，但水庫永久性滲漏輕微，對水庫運行影響不大，同時兩岸沖溝距庫區較遠，正常蓄水位遠高于地下水位，且無單薄山梁，不存在鄰谷滲漏問題。

陜北水資源匱乏，當庫底滲漏量大時，應對庫底進行防滲處理，處理方法是先蓄水一兩次，等水干后填塞構造裂縫和濕陷裂縫，再整理庫底進行原土翻壓或者塑料薄膜防滲處理。

3.2 黃土濕陷性

黃土濕陷性是黃土特有的工程地質特性，在天然狀態下黃土強度較高，一旦遇水，強度急劇下降，嚴重威脅和影響工程建筑的正常運行。根據勘探資料，項目區域內分布于黃土斜坡處的黃土失陷系數為0.003～0.008，無濕陷性，濕陷起始壓力＞200kPa；分布于山前丘陵處的砂壤土濕陷系數0.001～0.016，濕陷性無～輕微，表層1m 左右有少量樣品濕陷系數達0.061，濕陷起始壓力＞200kPa，濕陷性中等，建議進行管基開挖時予以清除；分布于風洪積平原處的濕陷性砂壤土濕陷系數0.015～0.070，濕陷輕微～強烈，濕陷起始壓力44 kPa～96 kPa，濕陷下限9 m；分布于洪積平原及洪積扇處的濕陷性壤土濕陷系數0.015～0.060，濕陷輕微～中等，濕陷起始壓力42 kPa～128 kPa，濕陷下限8m；分布于黃土斜坡處的濕陷性壤土濕陷系數0.015～0.077，濕陷輕微～強烈，濕陷起始壓力30 kPa～87 kPa，濕陷下限＞15 m。對于具有濕陷性的場地采用灰土墊層的解決辦法，處理厚度根據失陷等級0.5 m～1.5 m 不等。

3.3 邊坡穩定性

管線沿線會經過沖溝，干燥狀態下黃土類土具有較高的強度，邊坡穩定條件較好，但當其浸水后，強度會急劇降低，從而導致邊坡的失穩，溝道沖刷及溯源侵蝕可能對管基有影響，建議對管線近溝段做好防沖刷措施。

調蓄水池庫區岸坡主要由黃土、黃土狀壤土組成，未見基巖岸坡出露，兩岸斜坡坡面傾角50°～65°，水庫地質調查過程崩塌堆積體及落水洞發育。庫區主要為黃土斜坡，由于沖溝發育，水庫蓄水后易形成三面環水，庫水位的升降必然導致庫岸斜坡黃土層物理力學性質的改變，使得庫岸黃土斜坡發生再造，是構成水庫塌岸的主要物質來源，水庫蓄水后正常蓄水位以下邊坡坡度較陡，蓄水后塌岸問題嚴重。后期施工需對庫區岸坡進行工程處理措施。

3.4 地基土膨脹性

管線基礎第三系粘土及粘土巖分布廣泛，屬于典型膨脹土，建議在基礎底部墊0.3 m 以上的砂礫石層，嚴密封閉管道滲漏。類比前期資料，含粘土石膏自由膨脹率及膨脹力均較小，故可不考慮膨脹性。由于石膏遇水易溶解，開挖過程中應清除表層強風化，使用抗硫酸鹽水泥，以防腐蝕，同時應做好防水封閉措施，以防溶解、流失而降低基礎強度。

3.5 黃土類土壓縮性

本次勘察對工程區不同地貌單元土體進行探坑取樣，由實驗數據可知，砂壤土（Q41eol+pl）壓縮系數a1-2=0.51 MPa-1為高壓縮性土，壤土（Q4pl）壓縮系數a1-2=0.36 MPa-1～0.70 MPa-1為中高壓縮性土，黃土（Q3eol）壓縮系數a1-2=0.48 MPa-1～0.92 MPa-1為中高壓縮性土，壤土（Q3al+pl）壓縮系數a1-2=0.33 MPa-1為中壓縮性土。其中黃土壓縮性總體較高，根據一些研究表明，強夯壓實黃土的干密度普遍降低，同時其壓縮模量和強度顯著提高，所以建議對其進行夯實處理。

4 結論

黃土地區由于其特殊性，存在不少特有的工程地質問題，針對在黃土地區引調水線路的第四系工程地質問題也應當做到對具體問題進行具體的分析，同時要考慮到該地區的地質環境條件因素，并結合當地已有的工程經驗來完善引調水線路工程的有效性。