摘要: 南水北调中线总干渠线路长，跨越地貌单元多，工程地质条件复杂，存在很多工程地质问题。因此查明沿线的工程地质问题及危害，并采取适宜的防治措施对工程的安全性、经济性、合理性非常重要。通过对南水北调中线工程主要工程地质问题及其危害的处理措施的阐述，处治方法的分析对比，提出了对工程地质问题危害的防治建议。

关 键 词: 工程地质问题;处理措施;分析对比;总干渠;南水北调中线工程

中图分类号: p642 文献标识码: a

1 工程概况

南水北调中线工程从丹江口水库陶岔闸引水，经长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口，在河南省郑州市附近通过隧洞穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，自流到北京、天津。输水总干渠全长约1432km，其中引水渠首至北京团城湖长约1276km，天津干线长约156km。总干渠以明渠为主，北京段、天津干线采用管涵，明渠段与交叉河流全部立交。全线各类建筑物1796座。

总干渠沿线地形总体上呈西高东低、南高北低之势;沿线经过山地、丘陵、岗地、平原及沙丘沙地等地貌单元。勘测范围内主要揭露的地层有:①太古界各类片岩、片麻岩;②元古界安山玢岩、变质岩、碳酸盐岩、碎屑岩;③古生界碳酸盐岩、碎屑岩;④中生界碎屑岩;⑤新生界n层软岩;⑥第四系堆积层;⑦岩浆岩。总干渠（含天津干渠）处于我国地震发生较为频繁的地带，其中，穿过Ⅵ度区及以下的渠段长约562km，穿过Ⅶ度区的渠段长约700km，穿过Ⅷ度区的渠段长约170km。

2 主要工程地质问题及危害防治

南水北调中线总干渠线路长，跨越地貌单元多，工程地质条件复杂，存在的工程地质问题有:①膨胀岩土问题，②黄土湿陷性问题，③饱和沙土震动液化问题，④渠道经过煤矿采空区变形及渠道压煤问题，⑤渠道边坡稳定问题，⑥渠道渗漏问题，⑦基坑涌沙涌水问题。

因此，查明沿线的工程地质问题及其危害，采用适宜的防治措施对工程的安全性、经济性、合理性具有重要的意义。因而对其主要的工程地质问题（①、②、③、④）及其危害与处理措施作如下浅析。

2.1 膨胀岩土问题

2.1.1 危害及分布

膨胀岩土主要是由强亲水矿物（蒙脱石、伊利石、硫化铁和蛭石等）组成的非饱和、高塑性粘土，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育及超固结等特性。它常使地基变形过大导致建（构）筑物开裂、倾斜或倒塌;地基强度降低使建筑物沉陷;反复胀缩渗水形成滑面而使坡（渠）体失稳;胀缩产生的膨胀力使支挡结构变形或失稳等。

南水北调中线工程总干渠的建筑型式为渠道、交叉建筑物（倒虹吸、渡槽、涵闸、桥梁等），膨胀岩土对总干渠渠道影响较大，常使渠坡蠕滑失稳;由于交叉建筑物自重较大，对其影响较小，但可使临时边坡失稳、附属支挡结构变形、开裂以致倒塌等。

膨胀岩土在总干渠沿线分布极为广泛，渠坡或渠底分布有膨胀岩土的渠段共有186段，长331.9km，主要分布于陶岔—北汝河、辉县—新乡、淇河—洪河南、邯郸、邢台，北汝河—潮河、南土旺—洪河屯、石家庄、高邑等地也有零星分布。在时代成因上，主要有第四纪冲积、冲洪积、冲湖积、冰水沉积及坡洪积与上第三纪河湖相。

2.1.2 处理措施

膨胀岩土问题对工程影响最大，也是最难以解决的问题，国内外对此作了许多的研究。对膨胀岩土的处理，不但受其自身的工程特性的影响，还受工程类型的影响，不同的工程类型处理的措施也不一样。根据不同的工程类型，目前主要的处理措施有:

（1）渠道工程。用非膨胀土换填表层1～2m（换填法），改变土体整体受力条件:①土工织物加筋体，膨胀土体中分层加入加筋材料形成加筋体;②抗滑桩桩体深入滑动面以下，以抵抗滑体的下滑;③挡土墙加集水井，坡脚或边坡一定高度内设置挡土墙，坡体内一定距离设集水井，提高整体抗滑能力;④减载与挡土墙，坡体削坡，坡脚加挡土墙;⑤砌石联拱，浆砌拱弧相联，把下滑力转移到深部稳定土体内等。防止表水的下渗，控制含水量变化过大:①土工格栅（室）柔性坡墙，从坡角到坡顶一定距离设置格栅（室）分层填筑;②土工膜加砌块，在坡面铺设土工膜，一定距离加土钉，表层加砌块护坡。土性改良方法:①电化学土壤处理剂condorss，从水中离解出h+ 离子中和土粒表面负电荷，以提高土体强度;②坚土酶pz-22x，通过催化作用，加速土壤颗粒的融合，再经压实，使土体密实、强度高、渗透性变小、含水量减少;③生态改性剂cma，可与水、少量石灰相伴，离解出h+ 离子与土壤亲水阳离子产生交换作用，可提高土体强度，减小膨胀性;④hec系列高强高耐水土体固结剂，可胶结被固结材料颗粒，且可激发被固结材料中铝硅酸盐的活性，使之成为牢固的多晶聚集体，从而产生较高强度与水稳定性;⑤掺石灰、水泥、粉煤灰等无机结合料改性，可减小膨胀性，增加强度。

（2）交叉建筑工程。对于边坡，除可采用渠道边坡的处理方法外，还可以在支挡结构段采用锚固的方法。对于地基，主要有以下处理方法:①换填法，用非膨胀土或其它散粒材料换填地基表层0.5～1.5m;②砂石垫层，在基础下填筑0.5～1.0m的砂石料，改善地基受力情况，减少不均匀沉降;③土性改良，掺石灰、水泥、粉煤灰等无机结合料改性，可减小膨胀性，增加强度;④将桩基桩端置于非膨胀岩土层，避开膨胀岩土的膨缩;或将桩端置于膨胀岩土深部，避开膨胀岩土受大气影响剧烈带。

2.1.3 处理措施分析比较

对膨胀岩土的防治方法较多，各有特点。换填法是最环保、最有效的方法之一，但不易确定换填深度，且存在非膨胀土土源及弃土等问题，适用于非膨胀土源丰富且便于弃土的渠段;土工织物加筋体，对提高整体抗滑能力有较好效果，但浅层滑坡的长期效果不甚明显;桩基与挡土墙加集水井比较适于深层滑坡或需要采取桩基的建筑物;减载与挡土墙不适合强膨胀土;砌石联拱适合浅层滑坡;砂石垫层不适合渠道，用于路基的填筑有较好效果;土工格栅（室）柔性坡墙与土工膜加砌块，虽然施工简便，但存在环保问题;各类化学改良剂施工较为方便，国内外也有不少成功的先例，但环保的可靠性还有待进一步研究;掺石灰、水泥、粉煤灰等无机料改性，对提高土体强度具有明显的效果，但不适于大面积使用，受材料的制约。

2.1.4 总干渠处理措施

针对南水北调中线工程总干渠的建筑特征，膨胀土对其危害的防治可分为渠道与交叉建筑物两部分。

（1）为保持开挖渠道渠坡的稳定，应采用控制边坡坡度与适宜的处治措施相结合，可参照对已有运行正常渠道的渠坡调查坡比进行，见表1。

对膨胀岩土的处置，一般采用削坡减载，在底部加挡墙的方法;如不能按以上边坡坡比进行开挖，可能或已出现浅层滑坡渠段，可在下部或坡脚采用支挡结构（抗滑桩、挡土墙或砌石联拱）处理，以改善土体整体受力;在有非膨胀土源的条件下，可采用表层换填的方法，换填厚度由大气影响深度及膨胀土类型决定，一般1.5～2.0m;对浅挖边坡，可采用灰土、水泥土及粉煤灰土等改性土作网格护坡;对于防止表水的下渗，控制含水量过大变化的方法，在满足环保与经济的情况下，可采用土工格栅（室）或土工膜处理。

对渠道的表层护坡，一般内坡采用片石，外坡采用草皮（国内多处工程已成功运行几十年）;另外，石渣或碎石料也常用内坡护坡，一般石渣或碎石作表层，砂砾石作垫层，无纺布或土工布作反滤层;对含水量控制要求较高的渠段，在环保与经济允许的情况下，内坡也可采用土工格栅（室）或土工膜护坡。

对料源较丰富的渠段，可采用局部换填，材料有如满足质量的非膨胀土，经石