禹门口一级水源泵站站址地质问题分析及防治措施

高 峰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

禹门口泵站更新改造工程（一级站扩建部分）位于山西省河津市龙门村附近黄河干流上的原禹门口一级站北侧，紧临站址，距离河津市区约15 km。一级水源泵站为该工程的一部分。

一级水源泵站站址位于黄河东岸，站址处岩坡陡峻，山势险要，该处黄河河流流向为S15°E，河水宽约150～200 m。地表高程为380～435 m。水源泵站站址与原一级泵站相邻，其北侧为龙虎公路，南侧与黄河相依，地形呈东高西低之势。

1 地质概况

站址区涉及的地层为古生界奥陶系与新生界第四系。

1）古生界奥陶系

下统亮甲山组岩性为厚层状浅白、灰白色含燧石白云质灰岩，岩性致密、坚硬，细粒状结构，块状构造，局部夹有燧石层与燧石结核，并含有方解石脉，小溶洞、溶孔发育，孔径0.8～4.0 cm，其中有方解石半充填，岩石局部破碎。层厚大于40 m。主要分布于泵站的基础部位。

中统下马家沟组下部岩性为绿灰，黄灰色泥灰岩及角砾状泥灰岩，薄层状，岩性较软，含方解石脉，节理裂隙发育，为易风化的溶洞发育层。底部为贾旺页岩，岩层易风化破碎，地形上呈缓坡，层厚约15 m。

2）新生界第四系

全新统洪冲积层岩性为灰白、浅红色中细粒砂层，其结构松散，主要由长石、石英及云母组成，分选性与磨圆度均较好。层厚1.5～8.0 m，位于黄河河床。

全新统坡积层岩性主要为浅黄色低液限粉土，局部夹有灰岩碎块，碎块径5～40 cm,约占30%。层厚5～8 m，位于黄河岸坡上。

3）人工堆积层岩性主要为块石与卵石混合土及砼，块石与卵石岩性主要为灰岩与白云岩。

站址地基的小沟内发育有F3正断层，断层产物为断层角砾，主要成份为白云质灰岩小碎石，泥钙质微胶结，断裂带宽1.3～4.5 m，偶见擦痕，断面不详，断距约6 m，断层产状为N65°W/SW∠72～74°。站址临黄河河岸边一侧还发育有F4断层，其性质不明，产状为 N46°W/NE∠71°，断层带宽度为 2～3 m。

站址区岩层产状为N15°E/NW∠15°～23°，发育有两组节理裂隙，产状分别为：①N15°E/SE∠75°；②N60～88°E/NW∠73°～82°。第②组节理相对较为发育，裂隙宽度一般为1～2 cm，最宽约10 cm，方解石、泥质充填或半充填，部分无充填。

2 地质问题分析及措施

场地基岩面高程为385.8～410.0 m，西南侧与黄河相依，高程较低，强风化带厚度为3～5 m。站址厂房设计开挖高程为365.8 m，地基持力层为亮甲山组厚层坚硬的含燧石白云质灰岩。岩体中发育的两组节理裂隙呈网格状分布，将岩体切割成块体状，第①组节理裂隙走向与河谷走向近于平行，沿该组节理面岸边基岩较易发生坍塌。站址西南部发育有F3与F4断层，该两断层的走向与黄河河岸近于平行，对站址的稳定性影响较小；由于F4断层从站址的基础下通过，需要对断层破碎带根据基坑开挖的情况采取加固处理措施。

站址基础开挖边坡高度多为14.2～35.5 m，最大为60 m，地基的地层岩性为亮甲山组厚层坚硬的含燧石白云质灰岩，岩层产状为N15°E/NW∠15°～23°。基坑开挖后将产生临空面，站址东、南侧岩体倾向基坑，形成顺向边坡，因而基坑东、南侧岩体存在高边坡稳定性问题。由于亮甲山组白云质灰岩岩体质量较好，岩体间基本无软弱夹层存在，故产生顺层滑动的可能性不大；而基坑东侧在高程396 m以上存在下马家沟组泥灰岩，岩石质软，岩体质量较差，风化强烈，基坑开挖后在有水体浸入的情况下，会有沿着与亮甲山组接触面产生滑动的可能性。故建议全部清除边坡以上的覆盖层，并对岩质高边坡增设马道，对边坡进行支护处理，并做好地面的排水处理，对基坑东部下马家沟组泥灰岩建议采用土钉墙等方法进行锚固。建议基坑临时开挖边坡：覆盖层为1∶0.75～1∶1.0，弱风化基岩为 1 ∶0.5～1 ∶0.75，新鲜基岩为 1 ∶0.3～1 ∶0.5。

站址东面与南面高陡边坡存在有岩体质量较差的泥灰岩，容易发生掉块与滑塌等情况，建议在施工过程中采取挂铅丝网等针对性处理措施。

站址地基岩体质量较好，为了减少基坑的开挖深度，降低基坑的边坡高度，并能避让F4断层带，建议设计适当提高建基面。

站址区碳酸岩岩体喀斯特发育，在岩体裂隙与断层带的相互切割影响下，岩体渗透性较为强烈，在水位的升高的情况下，黄河河水对基础产生的扬压力将会增大，基坑开挖后会产生沿裂隙与溶隙进入的涌水。此外，基坑靠黄河一侧距F4断层很近，局部仅0.5 m，开挖过程中如不慎打通断层带则会有通过断层带产生的涌水。断层带中产生的涌水量一般较大。

1）溶隙涌水量计算

将基坑假设为大口井，采用井壁、井底同时进水非完整井计算公式：

式中：Q为基坑的涌水量（m3/d）；K1为坑壁含水层的平均渗透系数（m/d）；K2为坑底含水层的平均渗透系数（m/d）；r为假想半径（m）；R为影响半径（m）,取 5 m；R′为R 与 r之和；s为水位降深（m）,取15.2 m(黄河水位按381 m考虑)；h0为静止水位至坑底深度（m）,取15.2 m(黄河水位按381 m考虑)。

假想半径r按下式计算：

式中：η为与L/B相关的系数,取1.18；B为基坑的宽度（m），可取26.2 m；L为基坑的长度（m），可取28.2 m。

经计算，假想半径r为16.05 m。

基岩渗透系数根据一级站站址钻孔抽水试验资料，溶隙渗透系数值为1.046～16.47 m/d，计算时取平均值K1=K2=4.1m/d，基坑溶隙涌水量估算参数取值及结果见表1。

表1 站址基坑溶隙涌水量计算成果表

2)断层涌水量计算

F4断层位于基坑黄河一侧,断层带物质组成与F3断层相近，其渗透系数参考F3断层现场抽水试验结果，取K=642 m/d，F4断层带宽度约2 m，可将该断层视为一渗渠，采用公式（3）、公式（4）进行单位长度基坑涌水量估算。

式中：q 为基坑单位长度涌水量，（m3/d）；k 为渗透系数（m/d）；l为断层带至黄河围堰距离（m）；H1为黄河一侧基坑底以上含水层厚度（m）；H2为山体一侧基坑底以上含水层厚度（m）；h0为基坑内水深即动水位水深（m）；S1为黄河一侧的水位差，其值为S1=H1-h0（m）；S2为山体一侧的水位差，其值为S2=H2-h0（m）；R′为影响半径R与断层带宽之半C的和（m）；S为降深（m）；R为山体一侧影响半径（m）；qr1为黄河河流方面相应引用流量，根据α1、β1由图1查得，其中：α1=l/（l+C）=0.83，β1=l/T=0.5；T为基坑底至基岩的距离（m），根据地质剖面图，取10 m；C为断层宽之半（m），取1.0 m。

图1 qr值曲线图

qr2为山体方面相应引用流量，根据α2、β2值求得，其中α2=R/（R+C）=1，β2=R/T=385.1；因β2＞3，qr2=qr′/[（β2-3）qr′+1]，qr′可根据图 2 由 qr′=f(α0)查得，值为 0.22。其中 α0=T/[T+（C/3）]。

图2 qr′值曲线图

涌水量估算参数取值及结果见表3。

表3 站址基坑断层单位长度涌水量估算成果表

经估算，基坑溶隙涌水量为15020 m3/d；断层单位长度涌水量为21220 m3/d。

3 结语

厂房基础持力层为奥陶系厚层坚硬含燧石白云质灰岩。站址西南部发育F3与F4断层，两断层的走向与河岸近于平行，对站址的稳定性影响较小；由于F4断层从站址基础下通过，故需对断层破碎带采取加固处理措施；由于断层带涌水量很大，建议施工前对F4断层采用灌浆等方法进行封堵，同时建议做好排水和防止突水的处理。