榆林市王圪堵水库输水工程工程地质问题分析.doc

榆林市王圪堵水库输水工程主要地质问题分析童建平【摘要】：本文通过对榆林市王圪堵水库输水工程中几个重点工程地质问题的阐述，表明了陕北地区长输水线路工作重点所在，论述了黄土湿陷、地基液化及高地下水位等工程地质问题对长引水线路的影响程度及处理思路，阐明了作者对于陕北地区长引水线路工程地质勘察工作的一些思路及观点，并总结了一些该类工程地质勘察工作的方法。【关键词】：引水线路；工程地质条件；地下水；黄土湿陷1工程概况陕西省榆林市王圪堵水库输水工程是王圪堵水库向榆横工业园区供水的主体工程，属大（2）型水利工程。工程位于榆林市横山县与榆阳区交界的无定河及至以北的沙漠，输水工程起点为王圪堵水库坝后电站出水口，沿无定河左岸河漫滩自流至左岸支沟曹家沟下游约300m处，经泵站加压后沿东北方向跨越硬地梁沟后到达瓦渣梁高位水池，后跨越沙界沟、二石磕沟及沙河沟自流至榆横工业园区水厂，线路全长28.7km。该输水工程采用管道输水，管径1.8m，总体管线以地埋式为主，一般埋置深度45m，过沟段主要以倒虹形式穿过。输水工程由两处加压泵站，一处汇流池，四处过沟倒虹等7个建筑物及26.7km的输水管线组成。输水管线平面布置图如图1。2引水管线工程地质条件工程区位于毛乌素沙漠东南边缘地带，地形西北高东南低，沙漠区海拔高程10601400m，地形相对高差一般3050m，沿线地貌单元按成因可划分为河流侵蚀堆积地貌和风蚀堆积地貌两种。河流侵蚀堆积地貌主要分布在无定河河谷及沿线冲沟，主要地貌单元有河漫滩及河流阶地；风蚀堆积地貌主要分布在无定河以北的沙漠区边沿，主要地貌单元为风积新月形沙丘及零星出露的黄土梁峁。工程区揭露的地层岩性主要为第四系松散堆积物，主要有全新统人工堆积，坡积堆积，冲积堆积，冲洪积堆积，风积堆积；上更新统风积堆积，冲、湖积堆积；中更新统风洪积堆积。下伏基岩为侏罗系上统安定组砂岩泥岩。工程区各地层物理力学指标建议值如表2。工程区地下水主要为第四系松散堆积层孔隙潜水，主要补给源为大气降水，向无定河及沿线沟谷排泄。无定河河漫滩和沿线沟谷河漫滩水位埋深一般0.52.0m，局部段河漫滩分布有明水。沙漠区地下水埋藏深度一般大于10m，受地层结构控制，局部分布上层滞水，但水量很小。管线在无定河段全部位于水位以下，在沙漠区基本全部位于水位以上。管道沿线穿越地层主要为砂土，属中、强透水地层。3引水管线工程地质问题评价输水管线主要存在的工程地质问题有管基砂土的液化、黄土地基的湿陷性、风积粉细沙的抗冲性、无定河段管线高地下水位和沿线已有油气管道的交叉问题。成因时代岩性饱和单轴抗压强度干密度相对密度密实状态标准贯入试验修正平均值密实状态承载力标准值承载力特征值RbdDrfkfakMPag/cm3_（击）KpaKpaQ42al细砂1.550.30稍密9.2松散140120Q4eol细砂1.450.3松散8.8松散130100Q3al+l粉砂1.530.63中密24.6中密180160粉土1.52中密6.1160160J3a强风化300弱风化18.4800Q3eol黄土140Q2eol+pl黄土状土200表1-管线地基土物理力学指标建议值3.1砂土地基的地震液化问题工程区地震动峰值加速度a=0.05g，地震动反应谱特征周期T=0.35s，相应的地震基本烈度为度，根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）设防烈度为6度时，可不考虑砂土液化问题。3.2黄土管基的湿陷问题由表2可见，沿线黄土地层基本均具湿陷性，根据计算结果及黄土层出露特征，将输水管线管基黄土层按湿陷等级划分如下：非自重湿陷级共3段2091m；自重湿陷级共7段3702m；自重湿陷级1段1215m。输水管线地基湿陷性黄土除具有一般的湿陷黄土特征外，还具有以下特征:1) 空间分布的不连续性水平方向的不连续性主要因地处沙漠滩地与黄土丘陵的交接部位，地貌单元为沙盖黄土区，在出露地层上反映为下部为黄土，上部为风积沙，砂层的厚度受地形和风向影响，厚度变化于010m之间。沿输水管线呈湿陷性黄土与风积沙间隔出现，一种为管基置于湿陷性黄土上；一种为管基置于风积砂层上，但厚度较薄（24m），下部为自重湿陷黄土。垂直向分布的不连续性主要表现在同一地点同一层黄土沿垂直方向的湿陷系数、自重湿陷系数差异很大。非自重湿陷级段湿陷性上下连续性差，（如ZK33孔8.50m11.60m段）；自重湿陷级段，上下均不湿陷，（如ZK29孔3.708.20m段及ZK28孔10.60m12.60m、16.6018.60m段强湿陷分布于管基下0.703.20m间）；自重湿陷级，虽然全层均有湿陷，最强烈湿陷主要分布于3.0010.00m（管基下5m）间，如CTK10、CTK11。2）湿陷性具有随地形、高程变化的特性，非自重湿陷级，自重湿陷级均分布于高程10701130间；1130以上为自重湿陷级。3）黄土的湿陷性符合d1.5g/cm3均具湿陷性，且干密度越小，湿陷性越强的一般规律，但突破了d1.5g/cm3一般不具湿陷性特征，部分样d=1.681.74g/cm3还有湿陷性，d1.5g/cm3时，黄土湿陷规律性不明显。4）湿陷起始压力低，非自重级湿陷起始压力130Kpa；自重湿陷级湿陷起始压力40Kpa，自重湿陷级湿陷起始压力30Kpa。根据管基黄土湿陷性以上特征，建议对自重湿陷性黄土根据湿陷性黄土地区建筑规范（GB500252004）有关规定进行人工挤密或垫层换填处理，对非自重湿陷级黄土管基可进行防水处理；对自重湿陷级黄土管基依照规范可进行灰土置换回填；对自重湿陷级黄土管基进行灰土置换回填并增设排水设施。表2-管基黄土湿陷等级计算表勘探点编号自重湿陷量计算场地湿陷类型湿陷量计算湿陷等级基础以下深度湿陷性土计算厚度(hi)自重湿陷系数自重基础以下深度湿陷性土计算厚度(hi)湿陷系数湿陷量的计算值(mm)（基础深度取5m）湿陷量(mm)（基础深度取5m）(cm)(mm)zsizs(cm)(mm)sisZK290.000.707000.04788.1自重湿陷性场地0.000.707000.079148.3级0.701.7010000.701.7010001.703.2015000.0221.703.2015000.0243.203.705000.0153.203.705000.015ZK285.607.6020000.035139.2自重湿陷性场地5.607.6020000.034113.6级7.609.6020000.0047.609.6020000.0049.6011.6020000.0069.6011.6020000.00511.6013.6020000.02311.6013.6020000.019ZK3325035010000.01226.4非自重湿陷性场地25035010000.01542.3级35048013000.00935048013000.0148058010000.00148058010000.0015806608000.0135806608000.01266077011000.0266077011000.018CTK11015015000.01142.2自重湿陷性场地015015000.031252.103715030015000.04830045015000.01630045015000.01745060015000.00645060015000.00560075015000.00860075015000.00675090015000.01275090015000.01900105015000.026900105015000.024CTK10015015000.017518.4自重湿陷性场地015015000.03583.506315030015000.08630045015000.04230045015000.0545060015000.05245060015000.05360075015000.03860075015000.03375090015000.03475090015000.024900105015000.042900105015000.033.3管基风积砂的抗冲性评价输水管线工程按长度划分，绝大部分位于细砂层之上，无定河河漫滩段，管基位于地下水位以下或附近，为自流引水，内外水压基本平衡，管道漏水对管基的影响不大，一级泵站以后至水厂，为压力输水，管基下细砂松散无胶结，抗冲性极差，若有管道漏水发生，将会很快冲刷管基砂层，形成较大范围的管基破坏。建议从预防冲刷、将冲刷水流导出管线一定距离、及时监测等角度采取处理措施。 3.4无定河河漫滩段管线高地下水位问题无定河河漫滩段管线全长约5.7km，由于河漫滩地下水位高，部分段地面存在明水，全段管线位于地下水位以下。根据试验及工程类比确定该层的渗透系数为6.010-3cm/s 1.010-2cm/s，为中等透水地层。基坑涌水是该段管线施工的主要问题，建议采用轻型井点结合管沟排水法进行施工排水。3.5沿线油气管道与输水管线交叉对管线施工的影响由于工程地处长庆油田主要油气采集区，管线多处与输油、输气管道交叉。经调查了解，工程区内的输油、输气管道设计埋深一般1.42.0m，局部受地形影响，埋深达5.0m左右；管径大致分为三类：480mm、200mm、30mm。由于管道交叉位置大部分为第四系风积细砂，地层松散，地形平坦，且基本全部位于地下水位以上，建议输水管线从其下部穿过。4结语长引水管线工程引水供水安全高保证率决