引江济淮工程枞阳引江枢纽工程地质简析

翟启明

一.工程概况

引江济淮工程，曾称江淮运河，又称江淮沟通。是淮河流域综合规划、长江流域综合规划和全国水资源综合规划中明确提出的由长江下游向淮河中游地区跨流域补水的重大水资源配置工程。引江济淮工程由引江济巢、江淮沟通、江水北送三大部分组成，输水线路总长723km，其中安徽省境内587.4km，河南省境内135.6km。枞阳引江枢纽是菜子湖引江输水线路的取水口工程，枢纽由节制闸、抽水泵站、船闸及跨站、闸公路桥等建筑物组成。

二.地层情况

根据勘探孔揭露，结合现场原位测试及室内试验，将枢纽场地勘探深度范围内地层主要分为以下几层：

人工填土（Qml4）：大堤处以素填土为主，主要成分为重粉质壤土，可塑状，灰黄色；节制闸及道路、护坡处含较多粗砂和碎石，以杂填土为主，较松散。①1层淤泥（Ql4）：灰黑色，流塑，含腐殖质，具臭味，主要分布于塘底。

①层中、重粉质壤土土（Qal4）：灰黄、灰色，软可塑状，局部软塑状，属中等偏高压缩性土，普遍分布。

①2层轻粉质壤土~砂壤土（Qal4）：局部夹淤泥质土和细砂，灰、灰黄色，松散，属中等偏高压缩性土，主要揭露于泵站和节制闸场地。

②层淤泥质重、中粉质壤土（Qal4）：局部夹薄层砂壤土、细砂，灰色，软~流塑状，属高压缩性土，普遍分布，节制闸处厚度一般3.0~10.0m，泵站及船闸、桥梁处一般厚度10m以上。

②1层重粉质壤土（Qal4）：灰、灰黄色，软可塑，仅长河河道MZ70孔及船闸场地CM6孔揭露。

②4层粉细砂、砂壤土（Qal4）：灰色，松散~稍密，饱和。局部为与淤泥质土互层，属中等压缩性土，本层为②层夹层，多呈透镜体状分布。

③层细砂、砂壤土（Qal4）：灰色，局部夹薄层粉质壤土，松散~稍密，饱和。属中等压缩性土，主要揭露于泵站及节制闸场地。

④层重、中粉质壤土（Qal4），灰色为主、部分灰黄色，局部夹薄层细砂，可塑状，属中等偏高压缩性土，普遍分布。

⑤层重粉质壤土、粉质粘土（Qal3）：含铁锰质结核，灰黄、灰绿色，软可~硬可塑。属中等压缩性土，局部分布。

⑤2层中细砂，局部夹粗砂、小砾石（Qal3）：灰、灰黄色，中密~密实。属低压缩性土，普遍分布。

⑥1层中粗砂夹砾石（Qal+pl2）：灰、灰白色，中密～密实，砾石次棱角状，直径0.2～4cm，含量10～30%，含少量粉质壤土。

⑥层含砾粘土（Qal+pl2）：棕黄、灰色，硬可塑。砾石含量10~30%，直径0.2~5.0cm，磨圆度较好，主要揭露于节制闸场地。

⑩2层强风化泥质粉砂岩、泥岩砂砾岩（J）：暗红、紫灰、灰等色，呈碎块状。其中砂砾岩主要揭露于广济圩外滩地西南侧，其他场地为泥质粉砂岩、泥岩；

⑩3层微～新鲜泥质粉砂岩、泥岩、砂砾岩（J）：:暗红、紫灰、灰等色，裂隙发育，倾角70～90°，局部较破碎，呈碎块或短柱状，裂隙发育，充填物为白色，未揭穿。其中砂砾岩主要揭露于广济圩外滩地西南侧，其他场地为泥质粉砂岩、泥岩。

三.水文地质条件

（1）地下水特征

据本次试验和钻探资料，在地面以下50m勘探深度范围内，地下水类型为孔隙水，根据地层岩性和含水层特征可划分出孔隙潜水和孔隙承压水：孔隙潜水主要储存于人工填土及①、②层粉质壤土、淤泥质土中，主要受大气降水补给，且与地表水存在一定的水力联系，具有水量小、水位变化大的特点；孔隙承压水主要储存于②4、③、⑤2、⑥1层砂性土层中。按其埋藏特征，承压水可分为3个含水层，场地②层淤泥质土、④、⑤层重粉质壤土透水性较弱，具有隔水作用，为相对隔水层。

第一承压含水层由②4层粉细砂、砂壤土组成，厚度0.4～7.0m，多呈呈透镜体状，主要受大气降水及河水补给，该含水层埋藏较浅，在长河河道中和附近沟塘可能已出露，但由于夹较多粘性土，渗透性相对较弱，其与长河和附近沟塘有较强的水力联系；第二、三承压含水层由③、⑤2、⑥1层细、中砂组成。厚度分别为0.45～6.80m、0.50~15.60m，该两个含水层埋藏较深，与附近沟塘、长河水力联系较弱，其层顶板局部在夹江及长江主河道有出露，与长江有一定的水力联系。

几次观测表明，②4层粉细砂水位随季节变化较大，③、⑤2层中、粗砂中承压水位随季节有一定变化，但相对较为稳定。

另据野外钻探揭示②4、③、⑤层等砂性土时，孔口产生地下水溢流现象，当时长江、长河水位均高于勘探孔孔口。

（2）地基土渗透性

根据室内、外渗透试验及工程类比经验，将场区地层分为强~中等透水层和弱~微透水层两种土体：强~中等透水性土层，主要为中下部的粉细砂、中、细砂土层（②4、③、⑤2、⑥1层），其渗透系数为i×10-2~i×10-4cm/s；弱~微透水性土层，主要为中上部的粉质壤土、淤泥质土(①、②、④、⑤层)，渗透系数为i×10-5~i×10-8cm/s；①2层轻粉质壤土~砂壤土垂直和水平方向上渗透性有一定的差异，呈中等~弱透水性。

（3）水化学分析腐蚀性评价

勘察期间采取工程区地下水进行水质分析，其各项指标含量及对应腐蚀程度。场地地下水对混凝土具重碳酸型弱腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性；地下水对钢结构具弱腐蚀性。

四.工程地质条件分析评价

（1）场地和地基的地震效应评价

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），建筑场地属对建筑抗震不利的地段。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），工程区为软弱场地土，覆盖层厚度大于15m，但小于80m，故场地类别为Ⅲ类场地，场地基本地震动加速度反应谱特征周期为0.45s。

Ⅱ类场地条件下工程区基本地震动峰值加速度为0.10g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。本场地类别为Ⅲ类，根据《中国地震动参数区划图》附录E中“各类场地地震动峰值加速度调整”的规定，对枢纽场地地震动峰值加速度进行了调整，调整后的值为0.125g。

而根据《地震安全性评价报告》，工程区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.105g。为工程安全起见，应选用大值，即0.125g。

（2）地基土特性评价

从枢纽地质剖面可以看出，场地①、①2层中粉质壤土、砂壤土强度低，埋深浅，属挖除土层；各建筑物地基主要持力层为②层淤泥质重粉质壤土，该层强度较低，沉降变形大，不宜直接作为天然地基，若作为基础持力层应进行相应补强处理；②4层、③层粉、细砂、砂壤土强度亦较低，渗透性较强，对建筑物渗透稳定不利；④层重粉质壤土强度一般，埋藏较深，可根据上部荷载情况选择作为粉喷桩桩端持力层；⑤层重粉质壤土、⑤2层中粗砂、⑥1层中粗砂夹砾石、⑥层含砾粘土及⑩层粉砂岩、砂砾岩强度均较高，但层顶埋藏较深，适宜做桩基础桩端持力层。

（3）主要建筑物稳定性评价

1）船闸：上、下闸首基础位于④层重粉质壤土和⑤2层中细砂上；闸室基础位于②层淤泥质上，地基土强度均较低承载力不能满足要求，均需进行处理。上、下闸首荷载较大，建议采用桩基础，以⑥1层中粗砂夹砾石或⑩层风化砂岩作为桩端持力层。由于上闸首附近有断层破碎带穿过，当以⑩层风化砂岩作为桩端持力层时，应验算桩端下的断层破碎带，对桩基沉降变形的影响。当桩端位于断层破碎带内时，则应适当加大桩长或穿过破碎带进入稳定基岩。

闸室荷载相对较小，可采用粉喷桩处理，以⑤2层中砂或⑥1层作为桩端持力层。上、下游导航墙建基面建议采用空箱结构的挡土墙，加大基础面积，并采用粉喷桩对地基进行加固。船闸长江侧靠船墩及菜子湖侧靠船墩基础均位于②层淤泥质土中，该层强度低，承载力不能满足要求。靠船墩拟采用混凝土独立墩结构，需要额外考虑系缆力、船舶撞击力等，建议采用桩基础。

2）泵站：泵房和前池基础大部分位于②4层粉细砂、砂壤土上少部分位于②层淤泥质土上，检修闸基础位于②层淤泥质土中，地基土强度均较低，承载力不能满足要求。考虑到泵房和前池翼墙荷载较大，建议采用桩基础，以⑥1层中粗砂夹砾石或⑩层泥质粉砂岩作为桩端持力层；检修闸荷载相对较小，建议采用粉喷桩处理，以下部⑤2层中砂作为桩端持力层。泵站前池开挖深度较大，距离下卧③和⑤2层细、中砂较近。根据水土平衡原理计算，在检修期排干前池内蓄水后，存在承压水顶托问题，应予以重视。

3）节制闸及鱼道：节制闸建基面位于①2层砂壤土、②层淤泥质土和②4层粉细砂中，地基均匀性差，且承载力低不能满足要求。可采用粉喷桩处理，以④、⑤层重粉质壤土作为桩端持力层。鱼道基础部分位于②层淤泥质中、部分位于①层重粉质壤土和填土中，地基均匀性差，且承载力均较低，需对地基采取补强措施，可采用粉喷桩处理，以⑤层重粉质壤土或⑩层泥质粉砂岩作为桩端持力层。

4）连接堤工程：船闸、泵站场地左、右广济圩退建堤堤基地质结构以上薄层粘性下淤泥质类（Ⅱ4）为主，长度约640m，占59%，其余为上厚粘下淤泥质土结构（Ⅱ2）；

梅林隔堤堤基地质结构以以上薄层粘性下淤泥质类（Ⅱ4）为主，长度约1400m，占72%，其余为上厚粘下淤泥质土结构（Ⅱ2）；

鲟鱼镇退建堤地质结构上厚粘下淤泥质土结构（Ⅱ2）长度约500m，占42%，上薄层粘性下淤泥质类（Ⅱ4）结构长度约700m，占58%

节制闸场地广济圩退建堤以上厚粘下淤泥质土结构（Ⅱ2）为主长度约320m，占88%，其余为上薄层粘性下淤泥质类（Ⅱ4）；

对于堤基地质结为构上薄层粘性下淤泥质类（Ⅱ4）的堤防，上部粘性土厚度一般1~3m，下部淤泥质层较厚，抗渗稳定性较好，存在抗滑稳定和沉降变形问题，工程地质分类为较差类（C）类，筑填时宜采取控制填筑速度、加大底宽、放缓边坡、设平台反压等措施。对于上厚粘下淤泥质结构（Ⅱ2），在上部硬壳层未破坏的情况下，堤基稳定性一般较好，工程地质分类为B类。拟建堤场地地形复杂，局部沟塘连片，宜注意其对工程的影响。

（5）基坑稳定性评价

枞阳引江枢纽附近地面高程一般10.0m左右，堤防堤顶高程15~18m，由此估算泵房、菜子湖侧检修闸、船闸上、下闸首、闸室和节制闸基坑开挖深度约7~20m。开挖涉及填土、①、①2、②、②4、③层，这些边坡土质强度较低，地质条件均较差，对基坑边坡不利。建议对边坡高度小于5m的基坑采用1：3.0放坡处理；对边坡高度5~10m的基坑采用1：5.0放坡处理；对边坡大于10m的基坑并应设置二级平台或增设支护、补强等措施后再开挖。

场地中②4和③、⑤2层砂性土中均含承压水。②4层顶板高程0~3m，承压水头高约4~6m；③层顶板高程一般-6~-10m，承压水头高约17m；⑤2层顶板高程一般-12~-18m，承压水头高度约25m。根据水土平衡原理计算，当基坑分别开挖至4m、2m和0m高程以下时，即达极限平衡状态。故当基坑开挖面接近该高程时，即应采取深井降水措施，降低②4、③和⑤2层中承压水位至建基面以下，以防止产生基坑突涌。故枢纽各建筑物均需采用深井降水措施。节制闸开挖深度较浅，可布置抽排②4层承压水的浅井；船闸、泵站需布置抽排至⑤2层承压水的深井。降水时应对降水井采取过滤措施，防止产生地面塌陷。

四.总体评价

总体来看，枞阳引江枢纽工程地质条件较差，存在砂土液化、渗透稳定和建筑物承载力不足等问题，施工期工程地质问题也较多。因此，除做好枢纽建筑物和地基处理设计外，做好施工组织设计、施工期间的试验检测及施工地质工作也是必要的。