南水北调张家沟倒虹吸说明

南水北调中线一期工程总干渠初步设计阶段张家沟排水倒虹吸工程地质勘察报告河南省水利勘测有限公司二零零八年十月批准：赵健仓核定：陈全礼审查：刘公兴校核：孙 刚编写：陈世刚项目负责人：孙 刚项目技术负责人：孙 刚 王立军项目主要参加人：孙 刚 王立军 陈世刚目录1 概况11.1 工程概况11.2 勘察工作概况22 工程水文地质条件及评价52.1 工程地质条件及评价52.2 水文地质条件及评价16结语19附图1 南水北调中线一期工程总干渠张家沟排水倒虹吸轴线工程地质剖面图(比例：横 1：500 纵 1：200)1 概况1.1 工程概况张家沟排水倒虹吸位于河南省平顶山市鲁山县辛集乡三街村西北，属南水北调中线一期工程总干渠河南渠段第 亚段左岸排水建筑物，建筑物与总干渠交叉点渠线设计桩号 SH(3)12+047.8，大地坐标为 X=3737237.915，Y=499323.093。该处有乡村路与郑州南阳、鲁山平顶山公路相通，交通不很便利（见图 1.1.1）1.县、乡、村；2.铁路；3.公路；4.河流、湖泊；5.南水北调中线工程总干渠；6.倒虹吸图 1.1.1 张家沟倒虹吸交通位置图张家沟位于鲁山坡东坡，为雨水冲刷形成的山前冲沟。勘探期间河水干涸，据调查仅在夏季多雨季节有短暂洪流。工程区地处丘前坡洪积扇与山坡坡趾交接部位，地势由西北向东南倾斜，起伏不平，地面高程 1 2 4 . 0 0126.56m ，天然沟底高程约 1 2 4 . 0 0 m 左右，沟宽6.015.0m，沟深 2.53.5m 左右。1.2 勘察工作概况在南水北调中线工程总干渠可研阶段和初步设计阶段，我勘测有限公司先后沿改线前总干渠渠线作过不同比例尺的工程地质测绘及勘察工作，并提交了相应的勘察成果，为本次勘察提供了地质资料。根据新的（调水规模 95 亿 m3）渠道设计及建筑物布置要求，综合前2期勘察成果，对张家沟倒虹吸进行勘察工作，以满足初步设计阶段设计要求。本次勘察要求：查明建筑物场区的地形地貌、地层岩性特征及水文地质条件；查明各土体单元的物理力学性质，提出各土体单元的设计参数；了解勘察区的区域地质构造稳定性，提出地震动峰值加速度值及相应的地震基本烈度值；查明建筑物场区存在的主要工程地质问题，对建筑物地基的工程、水文地质条件作出评价和建议。勘察工作于 2005 年 3 月 25 日开始，2005 年 4 月 1 日结束外业工作。完成了钻探、现场原位测试，室内土工试验，完成主要工作量见表 1.2.1。3表 1.2.1完成主要工作量表类别工作项目单位工作量备 注钻探m/孔75.0/3勘探竖井m/眼1.0/1坑探m3原位标准贯入次/孔5/2测试重型动力触探m24.7孔内原状土样个20试样方块土样块采集岩样块11常规组10室土工其他组内物理性组11试岩石验膨胀组8水质分析组242 工程水文地质条件及评价2.1 工程地质条件及评价（1）地层岩性工程场区勘探深度范围内主要为第四系上更新统坡、洪积层，上第三系中新统洛阳组及太古界太华群。由于场区跨两个地貌单元，且上部地层多为坡洪积，地层变化大，地基均匀性较差。按岩性及其工程地质特征，共划分以下 10 层,由老至新分述如下：太古界太华群（Arth）岩性主要为片麻岩。片麻岩：灰黑色、灰黄色，鳞片变晶结构，片麻状构造，主要成分为石英、长石、云母。本次勘探所取岩芯呈强风化状态，岩芯呈碎块状或者薄饼状，少量呈泥状。仅 1#孔揭露，揭露厚度 6.2m。上第三系中新统洛阳组（N）1L岩性为砾岩、砂砾岩、粘土岩，砾岩与粘土岩呈互层状分布。砂砾岩：紫红色，胶结差，岩芯呈散粒状，卵（碎）石成分以石英砂岩、石英岩为主，粒径 46cm，最大可达 10cm，次棱角状。灰绿色泥砂质充填。揭露最大厚度 4.55m。粘土岩：杂色，以灰绿色、棕红色、棕黄色为主，成岩差。岩芯呈硬塑土状，干时易裂，裂隙面呈蜡状光泽，黑色铁锰质薄膜发育。局部含小砾石，砂质成分含量约 510。层厚 1.458.0m。层底高程 99.85108.76m。砾岩：紫红色，胶结差，岩芯呈散粒状，成分以石英岩、石英砂岩为主，粒径一般 24cm，稍大为 58cm，最大可达 15cm，次棱角状。灰绿色砂泥质充填。层厚 2.02.6m。层底高程 111.56107.85m。粘土岩：灰绿色，成岩差，岩心呈硬塑土状，干时易裂，裂隙5面呈蜡状光泽，黑色铁锰质薄膜较发育。局部含小砾石，含量约 5。层厚 3.55.6m，层底高程约 110.45113.56m。砾岩：紫红色，胶结差，岩芯呈散粒状，成分以石英岩、石英砂岩为主，粒径 47cm，最大可达 11cm，次棱角状，灰绿色砂泥质充填。本层不均一，1#孔孔深 6.37.6m 为粘土岩与砾岩互层；2#孔本层上部 1.0m 为粘土岩。层厚 3.23.8m，层底高程 116117m。第四系上更新统坡、洪积物（dlplQ ）3砾质土：褐黄、棕黄色，砾石成分以石英砂岩为主，粒径一般38cm，最大可达 15cm，次棱角状，含量约 2040。土主要为褐黄色重粉质壤土。本层很不均一，局部近泥卵石。层厚 3.46.3m，层底高程 119.85120.26m。中粉质壤土：棕黄色，稍湿，软可塑状，断面见有钙质斑纹。具水平层理，局部夹砂壤土。层厚 3.0m。卵石：灰白色灰黄色，成分以石英砂岩为主，直径一般35cm，个别大者可达 20cm，含量约 6080，次圆状，分选差，泥砂充填。层厚约 4.0m。重粉质壤土：褐黄-棕黄色，稍湿，致密，硬塑状，切面较为光滑，可见黑色铁锰质斑点，局部夹有小砾石，沿沟往上游含量渐多。本层起伏较大。（2）土的物理力学性质根据现场原位测试和室内试验成果，经综合分析整理，各层土岩体的物理力学性试验成果见表 2.1.1、表 2.1.2；设计参数建议值见表2.1.3、表 2.1.4。各层土岩体的物理力学性特征如下：重粉质壤土（dlplQ ）：天然干密度=1.541.69g/cm3,平均3d值 1.66 g/cm3，压缩系数 a=0.1280.397 MPa-1，平均值 0.201 MPa-1;1-2标贯击数 N=12 击；为中等压缩性硬土。考虑到标贯组数较少且易受6砾石影响，按物性指标承载力标准值 fk=150KPa。卵石（dlplQ ）：动探击数平均值 N=23 击；该层为密实碎石3土。承载力标准值 fk=400KPa。中粉质壤土（dlplQ ）：天然干密度 =1.59g/cm3，压缩系数3da1-2=0.217 MPa-1;标贯击数 N=67 击，平均值 6.5 击；为中等压缩性中硬土。承载力标准值 fk=160KPa。砾质土（dlplQ ）：动探击数平均值 N=35.2 击，该层均匀性3差，建议承载力标准值 fk=200KPa。砾岩（N）：局部与粘土岩呈互层状，动探击数平均值 N=31.31L击，综合考虑承载力标准值 fk=350KPa。粘土岩（N）：动探击数平均值 N=24.1 击，承载力标准值1Lfk=300KPa。砾岩（N）：动探击数平均值 N=21.8 击，承载力标准值1Lfk=400KPa。粘土岩（N）：动探击数平均值 N=17.1 击，承载力标准值1Lfk=300KPa。砂砾岩（N）：动探击数平均值 N=15.3 击，承载力标准值1Lfk=350KPa。片麻岩（Arth）：动探击数平均值 N=16.3 击，结合岩芯风化状态及工程类比，建议承载力标准值 fk=300KPa。（3）地质构造与地震据南水北调中线工程沿线设计地震动参数区划报告，该区地震动峰值加速度小于 0.05g，相当于地震基本烈度小于度。综上所述，工程区地处丘前坡洪积扇与山坡坡趾交接部位，场区地层跨两个地貌单元，变化较大，存在地基不均匀问题。倒虹吸建基面位于第层重粉质壤土、第层砾岩中，承载力标准值分别为150Kpa、350Kpa。第层砾岩不均一，多夹有粘土岩，据邻近建筑7物资料（鲁山坡落地槽）粘土岩具弱膨胀潜势，开挖后应注意保护。施工临时边坡高度约 78m，建议临时边坡比 1:1.5。8表 2.1.1土岩体物理性试验成果统计表土体单元编号土名（时代成因）重粉质壤土（dlplQ3）中粉质壤土（dlplQ3）粘土岩（N1L）粘土岩（N1L）试验项目天然含水量（W）天然干密度（d）比重（Gs）天然孔隙比（e）液限（WL）塑限（WP）塑性指数（IP）液性指数（IL）9卵(mm)20.0砾(mm)20.02.0砂粒(mm)2.00.05颗粉粒(mm)0.050.005粒粘粒(mm)0.005组成d10d30d60不均匀系数(Cu)曲率系数(CC)组数范围值%917.221.7g/cm371.541.6992.702.7370.5940.751%826.734.3%814.920.2810.514.480.060.33%817.034.8%838.851.4%826.433.0mmmmmm平均值组数范围值平均值组数20.1124.951.6611.5952.7112.7150.63510.70129.8125.8617.1115.8612.7110.060.2210.91524.5129.9546.6150.2529.0119.95范围值14.923.01.481.762.702.7330.861.2 20.338.2 10.523.5 -1.54-1.2019.055.027.043.518.042.0平均值组数18.861.6762.71348.6329.4319.13-1.38335.3334.2330.53范围值16.322.31.551.712.702.7432.744.8 19.427.1 12.417.7 -1.42-1.1728.052.525.537.022.039.0平均20.51.642.7237.122.314.8-1.3237.330.732.0土体单元编号土名（时代成因）试验项目单位表 2.1.2土岩体力学性试验成果统计表重粉质壤土（dlplQ3）卵石（dlplQ3）中粉质壤土(dlplQ3)组标准组平均标准组平均值标准值范围值平均值数范围值值范围值数值值数自快直 饱抗 剪 快剪强固度快饱和不10 固结不排水压 缩系数（ a v 1 2 ）压 缩模量（ E s 1 2 ）渗透系数（Kv）标准贯入击数（N）重型动力触探（N63.5）C k P a ( o )C k P a ( o )C k P a( o )C k P a ( o )M P a - 1 M P aC m / s击击729.040.035 . 432 . 7125 . 0713.221.017 . 215 . 1126 . 280.1280.3970 . 2010 . 26210 . 21784.4112.519 . 127 . 1917 . 8422.10E-052.20E-0513.10E-062.3E-05212122676 . 53232423土体单元编号土名（时代成因）试验项目单位自Ck P a快( o )直饱Ck P a抗剪快( o )剪强固Ck P a( o )11 度快饱和不Ck P a固结不排水( o )压缩系数M P a -（a v1 2）1压缩模量M P a（E s 1 2 ）渗透系数Cm/s（Kv）标准贯入击击数（N）重型动力触击探（N63.5）续表 2.1.2土岩体力学性试验成果统计表砾质土（dlplQ3）砾岩（N1L）粘土岩（N1L）组范围平均标准组范围值平均值标准值组平均值 标准值数值值值数范围值数5207749 . 459.927.622 . 26294335 . 28283331 . 330 . 19223024 . 122 . 8土体单元编号土名（时代成因）续表 2.1.2 土岩体力学性试验成果统计表砾岩（N1L）粘土岩（ N1L ）砂砾岩（ N1L ）组范围平均标准组试验项目自快抗直饱剪剪快12强固度快饱和不固结不排水压缩系数（ a v 1 2 ）压 缩模量（ E s 1 2 ）渗透系数（Kv）标准贯入击数（N）重型动力触探（N63.5）单位C k P a ( o )C k P a ( o )C k P a( o )C k P a ( o )M P a - 1M P a C m / s击击数值值值范围值平均值标准值数2192321 . 0215.930.723 . 34192521 . 811162017 . 116 . 33151615 . 3土体单元编号土名（时代成因）续表 2.1.2 土岩体力学性试验成果统计表片麻岩（Arth）试验项目自快抗直饱剪剪快强固度快13饱和不固结不排水压缩系数（ a v 1 2 ）压 缩模量（ E s 1 2 ）渗透系数（Kv）标准贯入击数（N）重型动力触探（N63.5）单位C k P a ( o )C k P a ( o )C k P a ( o )C k P a ( o )M P a - 1M P a C m / s击击组范围平均标准组平均值标准值数值值值范围值数6151816 . 3表 2.1.3土岩体物理性指标建议值表物理性质土体单元液限塑限塑性指数液性指数时代成因土名天然含水量天然干密度比重天然孔隙比序号wdGseWLWPIpIL%g/cm3dlplQ3重粉质壤土dlplQ3中粉质壤土N粘土岩141LN粘土岩1L20.11.582.710.63529.817.112.70.2224.91.552.710.70125.815.810.00.9118.81.672.7148.629.419.1020.51.642.7237.122.314.80土体单时代元成因序号dlplQ3dlplQ3dlplQ3dlplQ315N1LN1LN1LN1LN1LArth土名重粉质壤土卵石中粉质壤土砾质土砾岩粘土岩砾岩粘土岩砂砾岩片麻岩表 2.1.4 土岩体力学性指标建议值表力学性质压缩压缩饱和快剪内摩系数模量凝聚力擦角1-2ESCMPa-1MPaKPa（）0 . 2627 . 1928 . 015 . 00.2207.5020.018.521 . 018.021 . 018 . 0渗透地基土系数承载力标准值Kfkcm/sKPa2.20E-051504003.10E-061602003503004003003503002.2 水文地质条件及评价工程区属暖温带大陆性季风气候区，四季分明，冬春季干冷多风，夏秋季炎热多雨。七月份最热，一月份最冷，多年平均气温 14.7。降水多集中在 7、8、9 三个月，约占年降水量的 60%70%。多年平均降水量 950mm，全年无霜期 215 天。场区地下水分为两种类型：1、2#孔为第四系孔隙潜水，水位埋深 4.36.3m，高程 119.55122.26m；3#孔为平原区承压水，赋存于第层卵石中，承压水头 111.50m。主要补给来源为大气降水及侧向径流，消耗于蒸发及侧向径流。据附近建筑物水质分析成果(见表 2.2.1)，潜水水化学类型为HCO3-Ca 型； PH 值 6.92，呈中性；总硬度 23.79 德国度，属硬水；侵蚀性 CO 为 1.16mg/L。2场区地下水位 119.55122.26m，高于倒虹吸建基面，存在施工排水问题。汛期施工要注意突发山洪。据水利水电工程地质勘察规范（GB50287-99）附录 G 判别，工程场区地下水对砼无腐蚀性。1617表 2.2.1 水质分析成果表取样编号项目K+Na+Ca2+阳离子Mg2+小计CL-SO阴离子HCO-3CO2-3小计总硬度（H）暂时硬度（H）永久硬度（H）负硬度（H）总碱度(me/L)矿化度(g/L)游离 CO2(mg/L)侵蚀性 CO2(mg/L)pH 值库尔洛夫式水化学类型地下水mg/Lme/Lme/L%6.480.2593.0157.887.87890.17.360.6066.9171.728.743100.057.151.61218.487.321.81820.8324.175.31360.80.000.0000.0468.648.743100.023.7914.908.890.0014.90.47828.851.166.92M0.478HCO 60 .8Cl 18 .4 SO420 .8T17 3Ca90.1HCO- Ca318结语（1）工程场区属山前坡洪积扇，地势起伏较大，交通不很便利，施工条件较差。（2）场区土、岩层分布不稳定，跨越了山前洪积扇和平原两种地层类型，地基均匀性差。在 2#3#孔之间，土岩层变化较大，存在地基不均匀问题。倒虹吸建基面位于第层重粉质壤土、第层砾岩中，承载力标准值分别为 150Kpa、350Kpa。第层砾岩不均一，多夹有粘土岩，具弱膨胀潜势，开挖后应注意保护。施工临时边坡高度约 78m，建议临时边坡比 1:1.5。各土岩体的设计参数见表 2.1.3、表 2.1.4。（3）场区地下水类型有潜水和承压水，地下水位位于建基面附近，施工开挖可能存在排水问题。地下水水化学类型为 HCO3 - Ca 型，对砼无腐蚀性。汛期施工应注意防范山洪。（4）据南水北调中线工程沿线设计地震动参数区划报告，该区地震动峰值加速度小于 0.05g，相当于基本烈度小于度。19