石家庄市南水北调配套工程元氏-赵县输水管线工程地质问题及评价

石家庄市南水北调配套工程元氏-赵县输水管线工程地质问题及评价
摘要：石家庄市南水北调配套工程元氏-赵县管线，勘探深度内主要为第四系全新统冲洪积壤土及砂层，主要存在地震液化、边坡稳定、环境水及土壤腐蚀性等地质问题。

本文针对主要工程地质问题进行了分析论述，对工程设计、工程施工具体一定指导意义。

关键词：南水北调；地震液化；边坡稳定；地质评价
南水北调工程是一项宏伟的跨流域调水工程，工程实施后将极大地缓解北方地区水资源紧缺的状况。

配套工程是南水北调工程体系的重要组成部分，承担着连接中线总干渠和受水区地表水厂的纽带作用。

石家庄市南水北调工程受水区地处河北省中南部太行山山前倾斜平原的前缘，涉及石家庄市整个平原区。

其中元氏-赵县输水管道全长约23.733km，中途穿越洨河，管线采用单管重力输水方式，管径1.0~1.6m，设计流量0.92~1.64 m3/s，管道挖深约3.0～9.0m，渠首埋深较大，向下游逐渐变浅。

1、地质概况
1.1地形地貌
元氏-赵县管线位于太行山山前倾斜平原区，地势西高东低，京广铁路以西地面高程64.5～82.5m；以东相对较平坦，地面高程64.5～43.5m。

管线所穿越的洨河为平原型河道，河谷形态呈“U”字型，河床宽而浅，河漫滩与阶地不明显。

1.2地层岩性
元氏-赵县管线地层岩性为第四系全新统冲洪积(Q)的壤土、砂壤土(透镜体)、粘土(透镜体)及砂层(粉细砂、中粗砂)。

其中壤土层呈褐黄～棕黄色，硬塑～可塑，管道沿线广泛分布，垂向空间上主要位于表层。

砂层呈棕黄～灰黄色，稍湿，稍密～中密，广泛分布下部(多位于现状地面约12m以下)。

1.3气象水文
工程区属暖温带大陆性季风气候，四季分明，春季干旱多风，夏季湿润多雨、雨量集中，秋季天高气爽、降雨渐少，冬季寒冷少雪。

多年平均气温12.4～13.3℃；全年1月份温度最低，月平均气温-2.6～-4.3℃；6、7月份气温最高，月平均气温26.0～26.6℃。

沿线同期气温比较接近，多年平均降水量508～583mm，无霜期自190～205d不等。

管道沿线地下水埋深较深，均在20m以下，勘探深度内未见地下水。

洨河河水对混凝土具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

1.4地质构造与地震
工程区位于一级构造单元的中朝准地台，二级构造单元的华北断坳，三级构造单元太行山隆起和河北断陷的接触带部位。

附近主要有井陉～长冶断裂、石家庄断裂、元氏断裂，其中元氏断裂与管道相交于洨河以西。

上述断裂皆为新构造隐伏断裂，第四纪以来活动微弱，对工程无大影响。

工程区所属的元氏县地震动峰值加速度为0.05g，抗震设防烈度为6度，赵县地震动峰值加速度为0.10g，抗震设防烈度为7度，建筑场地类别为Ⅱ类。

1.5物理地质现象
管道沿线为山前平原区，与农用水渠交叉较多，水渠一般窄而浅，工程开挖埋管后不会相互影响。

除雨季沟坎部位易形成冲沟外，未发现其它不良物理地质现象。

本区多年最大冻土厚度50～60cm。

2、主要工程地质问题及评价
2.1地震液化问题及评价
工程区赵县段地震基本烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，因存在大量砂壤土、粉砂、中砂、细砂、粗砂层和粘粒含量小于16%的土层，初步判定有液体可能性。

采用标准贯入锤击数法对初判有液化可能性的无粘性和少粘性土进行复判，结果为：当发生7度及以上地震且地下水位上升到地表以下3m时，粘粒含量低的壤土、砂壤土及砂层存在地震液化的可能。

但考虑多年来本地区地下水位呈下降趋势，工程运用期间地下水位上升到近地表、使地层达到饱和的可能性不大，因此实际运用中可不考虑地震液化的影响。

2.2边坡稳定问题及评价
元氏-赵县输水管道开挖深度 3.0～9.0m范围内，边坡及管底岩性大部分为壤土、局部为砂壤土、粉砂，边坡稳定性较好。

临时边坡坡比建议值：坡高≤5m 时为1:0.75～1:1；坡高＞5m时为1:1.5，视具体情况决定是否增加马道。

建议坡顶减少重物堆载，禁止重车通行，施工过程中应派专职人员沿途巡视临时边坡的稳定性，确保工程和人员安全。

2.3地基不均匀沉降问题及评价
输水管道管底地层较均一，多为壤土，局部为砂壤土，二者物理力学性质相近，地基承载力相差无几，不易产生不均匀沉降问题。

2.4环境水问题及评价
勘察期间未见地下水，工程施工期间地下水上升的可能性不大。

洨河河道内存在地表水，虽然河底地层为壤土，属相对不透水层，但穿越洨河施工仍应考虑排水问题。

水质简分析成果表明：洨河河水类型为重碳酸硫酸钠钙型水，对混凝土、钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构均具弱腐蚀性，故应采取必要的抗腐蚀措施。

2.5管道抗冲刷问题及评价
穿越洨河主河槽段，管底上部约有 2.0～3.0m厚的壤土、砂壤土层和厚约1.0m的粉砂层，壤土层液性指数IL建议值0.25，砂壤土层液性指数IL建议值0.18，工程设计时应根据相应参数计算抗冲刷深度，确保管道正常运用。

2.6土的腐蚀性问题及评价
输水管线埋管深度范围内土体进行了土腐蚀性试验和土壤电化学侵蚀性(土壤电阻率)地球物理勘探试验，结果表明：埋管深度内的土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微～弱腐蚀性，对钢结构具弱～中等腐蚀性，从工程安全角度考虑，建议输水管道全线采取抗腐蚀措施，尤其应注意穿越洨河段的抗腐蚀问题。

3、结语
元氏-赵县输水管线地质结构主要为粘性土单一结构，局部为粘夹砂或粘砂双层结构，管底主要位于壤土层中，该层承载力建议值120 kPa，压缩模量建议值7.2~7.8 MPa，具中等压缩性，工程地质条件较好；管道基槽挖深约3.0～9.0m，地下水位埋深大于20m，不存在施工排水问题；工程设计时应注意水、土对管材的腐蚀性问题，当采用钢管或球墨铸铁管时，应做好防腐措施，确保工程安全。

参考文献：
［1］GB 50487－2008，水利水电工程地质勘察规范[S]
［2］工程地质手册编委会.工程地质手册[K]北京：中国建筑工业出版社，2007
［3］石家庄市水利水电勘测设计研究院.石家庄市南水北调配套工程水厂以
上输水管道工程元氏-赵县管道初步设计工程地质勘察报告[R]2013。