南水北調中線工程新鄭南段地質勘察及主要問題處理

陳振全

(河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003)

南水北調中線工程新鄭南段始于長葛和新鄭兩市交界，終點為新鄭市王老莊南雙洎河渡槽進口150 m處，全長16.18 km。新鄭南段處于嵩箕山脈向黃淮沖積平原過渡區，地貌單元主要有松散土覆蓋崗地和河谷平原等，沿線地質條件復雜。

1 前期工程地質勘察概述

新鄭南段工程屬于南水北調中線工程沙河南～黃河南渠段，2005年8月完成可行性研究階段地質勘察，2010年7月完成初步設計階段工程地質勘察。

前期各階段勘察按照相關規程、規范、技術規定等要求進行，前期勘察共完成地質測繪約25 km2，勘探進尺6 951.85 m/245孔，室內土工試驗4 503組，室內巖石試驗257組，各類現場試驗117組，滿足初步設計階段勘察深度要求。

通過前期勘察工作，查明了渠道及建筑物場地的水文、工程地質條件，提出了場區存在的主要工程地質問題和該渠段各巖土體物理力學性參數建議值。

2 施工地質勘察概述

施工地質工作是工程建設的重要組成部分，對消除地質隱患、優化設計、選擇合理的施工方法、保障工程正常運行等方面均具有重要意義。施工期間，一方面通過施工地質編錄對前期勘察資料進行印證，另一方面通過施工地質勘察進一步查明新發現的施工地質問題和不良地質條件，消除地質隱患，優化設計方案。施工地質主要根據《水利水電工程施工地質勘察規程》(SL313-2004) 的要求進行，應自工程開工起至工程竣工驗收止，貫穿于工程施工的全過程。

施工地質工作方法主要包括：地質巡視、施工地質編錄、地質觀測、取樣試驗、專項勘察、地質預報、參加與地質有關的驗收、解釋和解決施工地質方面的問題等。

新鄭南段于2011年2月10日開工建設，主體工程于2013年11月21日完工，施工高峰期投入施工地質技術人員15人，共進行地質巡視184次，建基面地質編錄379次，參加重要隱蔽工程驗收725次，參加相關地質專業技術專題研討會35次，編發施工地質通知單7項，完成專項施工地質勘察6項。

根據施工現場開挖驗證和施工地質勘察成果，新鄭南段前期勘察精度滿足規范和工程需要，各項物理力學參數建議值合適，主要水文、工程地質問題及地層結構和地層巖性與前期勘察資料基本一致。

3 初步設計審查意見落實情況

2010年7月《南水北調中線一期工程總干渠沙河南至黃河南渠段新鄭南段初步設計階段工程地質專題報告》通過了水利部水利水電規劃設計總院的審查。審查意見提出與工程地質有關的主要審查意見為：“下階段應根據不同料場的具體情況和實際需要，對料場進行必要的復核工作；進一步研究膨脹土添加水泥改性后的膨脹性(膨脹率和膨脹力)，進一步評價其對渠道邊坡襯砌的影響。”

落實情況：施工期間，施工地質工作對官劉莊附近雙洎河南土料場和敬樓土料場進行了復核，由于雙洎河南土料場位于暴莊韓王陵墓葬區內，嚴禁作為取土場，因此施工期新選了敬樓西南土料場。設計未采用膨脹土添加水泥改性后用做渠堤填筑的設計方案，因此未做相應的研究及評價。

4 主要施工地質問題勘察與處理

新鄭南段施工期間共新發現5項主要施工地質問題，均進行了專項施工地質勘察，設計根據施工地質建議進行了相應處理。

4.1 樁號SH(3)115+348.7～SH(3)115+577渠段膨脹土處理建議

第1標段樁號SH(3)115+348.7～SH(3)115+577渠段，左、右岸渠坡上部巖性為第四系上更新統黃土狀中粉質壤土(alplQ3)，中下部和渠底板地層巖性為第四系中更新統(dlplQ2)的重粉質壤土或粉質粘土，原設計方案為不換填方案。

施工階段渠道開挖揭露后發現，該段渠道左、右岸一級邊坡中下部位第四系中更新統的粉質粘土(dlplQ2)呈棕紅色，施工期取樣10組進行了室內膨脹性復核，試驗表明：該粉質粘土(dlplQ2)粘粒含量≥30%，液限多數>50%，自由膨脹率多數>40%。自由膨脹率范圍值為25.00%～62.00%，其中自由膨脹率小于40%的占5組，自由膨脹率在40%≤δef<65%之間的占5組，具弱膨脹潛勢。為了保證渠道邊坡穩定性，建議對樁號SH(3)115+348.7～SH(3)115+577渠段左右岸渠坡和樁號SH(3)115+500～SH(3)115+560段渠道底板均采取粘性土換填處理。施工期設計根據地質建議對該渠段渠坡和渠底板膨脹土利用渠道內開挖可利用土料進行了換填處理。

4.2 樁號SH(3)125+976～SH(3)126+800渠段軟土地基施工地質勘察

第2標段樁號SH(3)125+976～SH(3)126+330渠段，原設計根據該區域內的黃土狀輕、中粉質壤土(alplQ3)濕陷性特征，采用土擠密樁的方法進行地基處理，處理深度地面以下7.50 m。施工期發現河槽內部分區域出現嚴重縮孔現象，經采用洛陽鏟進行初步勘察，發現5 m以下地層中夾有灰色軟土和有機質土。根據參建各方處理意見，對該渠段河槽進行了專項施工地質勘察。

根據施工地質勘察結果：河槽內下部存在中粉質壤土(軟土)(alplQ4)，其靜力觸探錐尖阻力僅0.70 MPa，不排水剪抗剪強度為30 kPa(φu=0)，為高壓縮性軟土地基，且局部夾有機質土，保水性強，地基承載力特征值fak僅有90 kPa。

由于渠段總干渠與該河槽穿插相交，河槽段渠道填方高度局部可達16 m。河槽下部新發現的第四系全新統中粉質壤土(alplQ4)屬高壓縮性軟土地基，河槽兩岸土體則為黃土狀土(alplQ3)，具中等壓縮性。因此河槽下部軟土和兩岸地基土力學性質存在很大差異，易引起渠基不均勻沉降。為加強該軟弱下臥土層的排水固結，同時提高該段渠道持力層地基承載力，建議采用擠密碎石樁對該軟弱土層進行地基處理。

施工期設計根據施工地質建議，河槽兩岸黃土狀土(alplQ3)仍采用土擠密樁進行黃土濕陷性地基處理，對河槽內的中粉質壤土(alplQ4)改為振動沉管擠密碎石樁進行了地基處理。

4.3 土料場變更勘察

根據設計土方平衡調配計算，在充分利用本設計單元內的渠道挖方土料外，本設計單元樁號SH(3)126+000～SH(3)131+531段仍缺少填筑土料約273萬m3。招標階段根據新鄭市旅游和文物局于2010年10月21日提供的證明，前期選定的雙洎河南土料場位于暴莊韓王陵墓葬區，禁止作為取土場使用。根據地方政府建議施工階段重新勘察選定了敬樓西南土料場。

敬樓西南土料場黃土狀中粉質壤土(alplQ3)試驗成果除天然含水率稍偏低外，其它指標均符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》(SL251-2000)關于均質壩土料的質量要求。根據擬征地范圍和取土深度計算，料場可利用土料總儲量為362.99萬m3，滿足新鄭南段施工填筑所需土料的需要。

根據敬樓土料場土料質量情況，本渠段施工期使用的填筑土料除來自本渠段內的可利用的挖方土料外，其他渠堤填筑土料均取自敬樓西南土料場。

4.4 雙洎河支流渡槽3號墩承臺建基面黑色軟土處理建議

根據施工期開挖揭露情況，雙洎河支流渡槽3號墩承臺基面中間大部分巖性為黃土狀中粉質壤土(alQ4)，與前期地質勘察資料基本一致。但在承臺兩側開挖后發現局部存在黑色軟土(alQ4)，承臺北側該軟土分布長度約40.90 m，南側分布長度約13.50 m，經現場勘察，厚度約0.50 m。該軟土(alQ4)呈軟塑狀，欠固結，土質軟弱，承載力低，不宜作為建筑物天然地基，由于分布厚度較薄，設計根據施工地質建議進行挖除換填碎石土(低壓縮性土)處理。

4.5 排水倒虹管身段第8節建基面軟土處理建議

根據施工期開挖揭露情況，新鄭南段十里鋪溝排水倒虹管身段第8節建基面上部的中粉質壤土(Qs)為早期人工堆積，褐黃色，偶見磚瓦碎片，土質松軟，欠固結，厚度一般為0.35 m；下部為黃土狀輕粉質壤土(alplQ3)，褐黃色，可塑狀，承載力較高。

根據施工地質勘察資料：第8節建基面上部的中粉質壤土(Qs)土質松軟，欠固結，不宜作為建筑物天然地基，由于分布厚度較薄，設計根據施工地質建議進行挖除換填碎石土(低壓縮性土)處理。

5 施工地質勘察經驗與建議

①新鄭南段樁號SH(3)125+976～SH(3)126+800渠段河槽和兩岸地基土力學性質存在很大差異，渠道填筑后，附加荷載增加，易引起渠道不均勻沉降，施工期進行了碎石樁地基處理，后期運行期間建議加強該段渠道沉降穩定性監測。②根據當地建筑工程采用砂石料實際情況，本工程人工砂石料均采用業主建議料場，施工單位自行外購的市場經濟模式，擺脫工程對單一料源的依賴，既有效保證了料源供應，又減輕了業主對工程料源的管理難度。③線性的水利工程，建議重視對沿線挖方土料調查，合理利用挖方土料，挖填平衡方案要根據現場實際施工方案，從時間和空間兩個方面進行土方平衡調配。