第二节　工程设计条件

一、水文与设计洪水

1.气象特性

渠段多年平均年降雨量827.7mm，多年平均降水日数92.8d，多年平均气温14.8℃。全年1月温度最低，平均气温1.1℃；月平均最低气温-3.7℃，极端最低气温-16.7℃；7月气温最高，月平均气温27.0℃；月平均最高气温31.6℃，极端最高气温43.3℃。段内多年平均风速2m/s，最大风速21m/s。

2.交叉河流及设计洪水

沙河渡槽与7条大小河沟交叉，其中交叉河流3条，分别为沙河、将相河、大浪河；排水沟4条，分别为杏树沟、青龙沟、白虎涧沟、宋家沟，河沟均属淮河水系。

沙河与渡槽工程交叉断面以上流域面积为1918km2，上有昭平台水库，设计洪水为经水库调节下泄洪水和水库至渡槽区间相应洪水叠加的洪峰组成，100年一遇洪峰流量为8190m3/s，相应洪水位120.84m，300年一遇洪峰流量为10160m3/s，相应洪水位121.23m，河底高程116.00m左右。

将相河与渡槽工程交叉断面以上流域面积为22.1km2，其交叉断面处100年一遇设计洪峰流量552m3/s，相应洪水位119.27m，300年一遇洪峰流量694m3/s，相应洪水位119.39m。

大浪河与渡槽工程交叉断面以上流域面积为129km2，其交叉断面处100年一遇设计洪峰流量1940m3/s，相应洪水位120.36m，300年一遇洪峰流量2490m3/s，相应洪水位120.75m，河底高程114.00m左右。

沙河、将相河、大浪河不同频率设计洪水见表1-1。

左岸排水河道设计洪水见表1-2　。

二、地形、地质

1.地形地貌

沙河段一级地貌单元有2类，分别为平原和丘陵，相应的2个二级地貌单元分别为丘前坡洪积裙亚类和河谷平原亚类。

（1）丘前坡洪积裙亚类（Ⅰ2）：分布于丘陵的外围坡麓地带，由若干坡洪积扇横向连结而成坡洪积裙。上部地层由第四系上更新统、中更新统坡洪积物及全新统洪积物组成，下部地层由新近系软岩、震旦系石英砂岩夹页岩和太古界片麻岩构成。高程一般为125.00～136.00m，顶面向平原区缓倾斜，倾角5°～10°。受后期侵蚀切割，坡洪积裙上冲沟较发育，切割深度一般为3～10m。

（2）河谷平原亚类（Ⅲ1）：分布于沙河两侧，右岸地面高程一般为126～130m，河床及左岸地面高程一般为117.00～119.00m，两岸地面相对较平缓。

2.工程地质概述

沙河渡槽段沿线经过丘陵和平原2种地貌单元，主要为平原地貌。

在区域大地构造分区图上位于华北准地台（Ⅰ）之黄淮海拗陷（Ⅰ2）的南部，新构造分区属豫皖隆起—拗陷区（Ⅲ）。渠线近场区主要构造线方向以北西向为主，次要构造方向为北东向或近东西向，断裂活动相对较弱，多为前第四纪断裂，部分为早第四纪断裂。

根据中国地震局分析预报中心2004年编制的《南水北调中线工程沿线设计地震动参数区划报告》，工程区地震动峰值加速度小于0.05g，相当于地震基本烈度小于6度。

根据沙河渡槽通过地段的地形、地貌及土、岩层组合特征，将其分为六个工程地质段，由南向北依次为：右岸Ⅱ级阶地段、右岸Ⅰ级阶地段、漫滩河床段、左岸Ⅰ级阶地段、左岸Ⅱ级阶地段、山前坡洪积裙段。其工程地质结构及特征分述如下：

（1）右岸Ⅱ级阶地段：地面高程一般122.00～124.40m，为土、岩双层结构。第四系覆盖层具二元结构特征。上部为上更新统上段粉质黏土层（al-），厚8.0～9.4m；下部为上更新统下段卵石层）。下伏新近系砂砾质泥岩（N1L）。

沙河渡槽进口段布置于该阶地段，包括进口渐变段、节制闸、闸渡连接段，进口渐变段采用扶壁式挡土墙结构，节制闸为开敞式结构，闸度连接段采用箱式基础形式。

（2）右岸Ⅰ级阶地段：地面高程一般为118.00～120.40m，为土、岩双层结构。覆盖层为上更新统下段及全新统下段地层，上部全新统地层具二元结构，自上而下由重粉质壤土和砾砂组成，下部上更新统地层为卵石层厚5.0～14.2m。下伏新近系泥质砂砾岩、砾质泥岩、砂岩，厚度分别为10.0～16.0m、28.0m、10m。

（3）漫滩、河床段：地面高程一般为115.40～118.00m，为土、岩双层结构。上部覆盖层为全新统及上更新统下段（）地层，由上至下地层为：中细砂（砂壤土）、砾砂、卵石，厚度分别为0～2.0m、1.5～7.0m、3.0～11.5m。表层中砂、砂壤土在Ⅰ级阶地前缘附近尖灭。卵石层岩性不均，夹有多层中细砂透镜体。

下伏新近系基岩（N1L）地层主要由泥质砂砾岩、砾质泥岩、砂岩、黏土岩组成，分布不连续。砾质泥岩在段内均有分布，厚22.5～40.5m。下部砂岩连续分布于砾质泥岩之下，夹砾质泥岩透镜体，层厚6.5～19.5m，其底部为黏土岩，最大揭露厚度7.0m。

沙河梁式渡槽位于漫滩、河床段，渡槽槽身采用预应力U形混凝土结构，跨径30m，共47跨，下部支承采用钢筋混凝土空心墩，基础采用灌注桩。

（4）左岸Ⅰ级阶地段：地面高程117.50～119.30m。上部覆盖层为黏砾双层结构，由全新统下段重粉质壤土、中砂和上更新统下段卵石组成。重粉质壤土厚1.5～4.0m，土质不均，靠近左岸Ⅱ级阶地尖灭；中砂呈透镜体状分布，揭露最大厚度2.8m。

（5）左岸Ⅱ级阶地段：地面高程117.90～120.00m，均为土、岩双层结构。上部黄土状重粉质壤土（）在该段连续分布，厚0.8～7.8m，由南向北变厚，土质不均，局部砂粒或黏粒含量略高，具湿陷性；下部为上更新统下段卵石层），厚12.6～15.0m，由上至下卵石密实度增大。另外在卵石与壤土层之间常见有中（粗）砂，呈薄层或透镜体状分布，最大厚度为2.8m。

下伏基岩为新近系软岩，岩性主要为砂砾岩、黏土层（砾质黏土层）和砂岩互层。

沙河箱基渡槽位于左岸Ⅰ级、Ⅱ级阶地段，上部为矩形槽，下部采用箱式基础，箱式基础每3孔一联，基础埋深2m左右，对地基承载力不满足基底设计要求槽段，采取地基处理措施。

由于大浪河的下切侵蚀作用，在Ⅱ级阶地段形成新的河谷地貌。勘探深度内地质结构为土、岩双层结构，在其两岸上部覆盖层主要为第四系上更新统上段冲洪积成因的黏性土、砾砂和上更新统下段卵石层；下部砾砂、卵石，岩性不均，局部夹中粗砂或透镜体状黏性土，由上而下密实度增大。在大浪河河槽中（包括漫滩和河床），上部覆盖层为第四系冲积或冲积成因的卵砾石、轻壤土，总厚度13.0～23.5m。其中上部轻壤土，厚1.0～2.0m，分布不稳定；砾砂层厚1.0～7.5m，岩性不均，由上至下密实度增大；下部卵石层厚7.6～14.3m。下伏基岩为新近系洛阳组黏土岩、砂岩、砾质黏土岩，分布稳定，揭露最大厚度42.10～44.71m（未揭穿）。

大浪河下切侵蚀形成的河谷地貌段，采取梁式渡槽跨越，即大浪河梁式渡槽，渡槽槽身采用预应力U形混凝土结构，跨径30m，共10跨，下部支承采用钢筋混凝土空心墩，基础采用灌注桩。

（6）山前坡洪积裙段：此段地貌上为低山残丘与沙河左岸Ⅱ级阶地的交接部位，地面高程118.00～130.60m，坡洪积地层与冲洪积地层呈陡坡状相接，地层从上至下由上更新统地层和新近系软岩组成。坡洪积地层主要为含碎石的重粉质壤土，其底部见有厚度1.0～2.7m的薄层中粉质壤土层，由北向南尖灭，卵石揭露厚度0.7～7.2m，由南向北逐渐变薄。

下伏基岩岩性为新近系砂砾岩或震旦系中统云梦山组（Z2y），顶板高程100.80～105.80m，揭露最大厚度为4.3m。

山前坡洪积裙段采用落地槽型式，即鲁山坡落地槽，落地槽采用矩形形式，钢筋混凝土结构，槽底直接放置于原状土上。

3.各类建筑物地基

渡槽进口渐变段、节制闸、闸渡连接段及退水闸位于第⑦层粉质黏土上，地基承载力标准值170kPa。

沙河梁式渡槽采用桩基，桩基主要穿过第③层卵石及第层泥质砂砾岩及砾质泥岩，桩周土极限摩阻力240kPa和140kPa，桩端位于第层砾质泥岩中，其桩端地基土容许承载力500kPa。

大浪河梁式渡槽采用桩基，桩基主要穿过第③层砾砂、第层卵石及第层黏土岩，各层桩周土极限摩阻力分别为70kPa、240kPa及70kPa，桩端位于第层黏土岩中，其桩端地基土容许承载力为370kPa。

箱基渡槽位于沙河左岸，穿越Ⅰ级阶地、Ⅱ级阶地，地质结构为土、岩双层结构，岩性由第四系覆盖层和新近系基岩组成。渡槽基础置于第①-1层中细砂、第②层重粉质壤土、第③层砾砂、第④层中砂、第⑨层黄土状重粉质壤土、第-2层卵石之上，承载力标准值fk＝65～400kPa。其中第①-1层中细砂、第②层重粉质壤土、第④层中砂结构松散，强度低，其承载力标准值fk分别为65kPa、110kPa、80kPa；第⑨层黄土状重粉质壤土，具中等湿陷性。

鲁山坡落地槽段位于鲁山坡南麓山坡近坡脚处，地貌单元属剥蚀残山，地形起伏较大，落地槽附近地面高程121.00～149.00m。区内冲沟发育，主要有杏树沟、青龙沟、皮狐子沟及白虎涧沟等大小共7条冲沟，多呈V形，沟深4～11m，沟底宽15～35m，槽中心处沟底高程一般为122.00～126.00m，两岸边坡坡度40°～60°，岸坡岩性多为第四系坡洪积砾质黏性土和碎石，岸坡下部局部为震旦系石英砂岩、太古界片麻岩。除青龙沟，白虎涧沟一年大部分时间有小水流外，其他沟内仅在雨季有水。工程场区地基由第四系黏性土、碎石，新近系黏土岩、砾岩以及太古界片麻岩、震旦系石英砂岩、页岩组成，具土、岩双层结构。第四系岩性变化较大，黏性土一般为中等压缩性中硬～硬土层，厚度不稳定，均匀性差。新近系黏土岩、砾岩相变较大，厚度不稳定，承载力较高。太古界片麻岩一般为全～强风化，风化严重，且片麻理发育，完整性差。黏土岩和粉质黏土具膨胀性，且有网状裂隙，渠道开挖后左侧形成临空面，边坡存在潜在的蠕变、塌滑因素，具有滑动的可能性。膨胀岩土段对渠道砌衬及建筑物具有破坏作用。总之，流槽渠段地质情况复杂，工程地质条件较差。

4.工程地质条件评价

（1）沙河梁式渡槽段：分为进口渐变段及节制闸段、槽身段、出口渐变段等三段评价。

进口渐变段及节制闸段：位于右岸Ⅱ级阶地，为填方段，上部覆盖层为第四系粉质黏土（alplQ3）及卵石（alplQ3），下伏新近系泥质砂砾岩。节制闸闸基位于第⑦层粉质黏土中，其承载力标准值170kPa。

槽身段：跨越右岸Ⅱ级阶地前缘、Ⅰ级阶地、漫滩和河床不同地貌单元，岩性、岩相及沉积厚度变化较大，地基强度差异明显。第四系上更新统卵石层和新近系砾质泥岩、泥质砂砾岩强度较高。第四系卵石含量不均匀，相变较大，部分部位相变为砂砾石，夹有砂层、土层薄层或透镜体，力学性质差异较大。建议采用承台下桩基，桩端可置于第层泥质砂砾岩和砾质泥岩中，该层容许承载力500kPa，桩尖土极限端阻力qps＝4000～5000kPa。桩周土的极限摩阻力砾砂为70kPa，卵石为200kPa，泥质砾岩与砾质泥岩为140kPa。在河床漫滩冲刷深度以上，土层不计算桩周摩阻力。

出口渐变段：地质结构为土、岩双层结构，基础置于第①-1层中细砂、第③层砾砂、-1层卵石之上，承载力标准值fk＝65～400kPa，其中中细砂层松散状，应处理。

（2）沙河—大浪河箱基渡槽段：位于沙河左岸，穿越漫滩，Ⅰ级阶地、Ⅱ级阶地，地质结构为土、岩双层结构，岩性由第四系覆盖层和新近系基岩组成。该段基础置于第①-1层中细砂、第②层重粉质壤土、第③层砾砂、第④层中砂、第⑨层黄土状重粉质壤土、第-2层卵石之上，承载力标准值fk＝65～400kPa。其中第①-1层中细砂、第②层重粉质壤土、第④层中砂结构松散，强度低，其承载力标准值fk分别为65kPa、110kPa、80kPa，对此均应作相应处理；第⑨层黄土状重粉质壤土，具中等湿陷性，设计时应采取措施进行处理，消除湿陷变形影响。另外，对于连续基础，穿越的地层强度不一，设计上应考虑地基的不均匀变形问题。鉴于地基存在工程地质问题多，基础形式也可采用桩基，桩尖置于第层卵石层中。地下水位位于建基面附近，受季节降水影响而变化，部分地段可能存在基坑涌水问题，根据地下水的变化情况，决定是否采取排水措施。

（3）大浪河梁式渡槽段：分为进口段、槽身段、出口段三段分别进行评价如下：

进口段：位于右岸Ⅰ级阶地上，地质结构总体上为土、岩双层结构，上部第四系覆盖层厚18.0m左右，具黏砾双层结构。基础置于第⑥层重粉质壤土中，结构较致密，承载力标准值140kPa；基础以下重粉质壤土厚1～2m，下卧层为砾砂、卵石层，厚约11m，承载力标准值分别为150kPa、350kPa，第-2层卵石强度较高。上部第⑤层黄土状中粉质壤土湿陷系数0.0181～0.0776，具中等湿陷性，但该层位于基础底板以上，对建筑物影响不大。

槽身段：跨越两岸Ⅰ级阶地及漫滩、河床段，具土、岩双层结构，上覆第四系松散层，厚14.65～23.50m；下伏基岩为新近系洛阳组黏土岩和砂岩，第-2层卵石呈稍密～中密状，承载力标准值350kPa；第-2层黏土岩顶板埋深14～23m，虽为新近系软岩，但该层成岩性好，厚度大，分布稳定，强度较高，承载力标准值350kPa。若采用桩基，桩端应置于第-2层黏土岩中为宜，容许承载力为370kPa，桩尖土极限端阻力qps＝3000kPa，桩周土极限摩阻力砾砂为70kPa，卵石为200kPa，黏土岩为70～90kPa。建议采用桩基。

出口段：布置于左岸Ⅰ级阶地上，为土、岩双层结构，上部第四系覆盖层厚18.00～19.70m，下伏基岩为新近系黏土岩和砂岩，基础位于第⑥层重粉质壤土底部和第③层砾砂顶部。第⑥层重粉质壤土承载力标准值140kPa，第③层砾砂，结构松散，岩性不均，承载力标准值为150kPa。下卧层第-2层卵石，厚10.8～12.2m，承载力标准值350kPa。地下水位接近基础底面，根据地下水位的变化情况，决定是否采取排水措施。表层中粉质壤土虽具中等湿陷性，但位于基础底面以上，对建筑物影响不大。

（4）大浪河—鲁山坡箱基渡槽段：位于沙河左岸Ⅱ级阶地上，地质结构由第四系覆盖层和上第三系软岩组成。建筑物采用箱基涵洞式渡槽，基础底面高程116.123～119.017m，基础置于第⑨层黄土状重粉质壤土、第层含碎石的重粉质壤土中，其承载力标准值fk＝160～200kPa。第⑨层土具中等湿陷性，设计时应采取处理措施，消除湿陷变形的影响。另外在桩号SH（3）9＋850东，第⑨层持力层底部中粉质壤土为软弱土地基，设计时应考虑其不均匀变形的影响。

（5）鲁山坡落地槽段：根据鲁山坡落地槽所处地形地貌及地质条件的不同，分四个工程地质段评价如下：

1）落地槽进口—设计桩号SH11＋070段：该段基础主要位于新近系砾岩、砂岩中，局部位于第四系壤土、碎石或震旦系石英砂岩夹页岩中。

该段在设计桩号SH10＋640以前主要以挖方为主，边坡地层主要为新近系砾岩、砂岩，部分为第四系粉质黏土、壤土或碎石，第三系砾岩、砂岩无胶结，在左岸高水位下存在渗透破坏；在设计桩号SH10＋640～SH11＋070段除青龙沟全为填方外，其余均为半挖半填渠道，左岸挖方地层上部为第四系粉质黏土、壤土或碎石，下部为新近系砾岩、砂岩及少量黏土岩，岩性极不均一，右岸填方段上部主要为第四系壤土或碎石。第四系承载力标准值除碎石外一般为100～190kPa，新近系承载力标准值为280～400kPa，天然地基承载力差异较大，另外粉质黏土及黏土岩一般具弱～中等膨胀潜势。该段内青龙沟为天然冲沟，沟内一般常年有细小潺流，雨季多有较大洪流。勘探期间，该段地下水位多高于渠底板。

该段主要存在施工开挖边坡稳定、地基不均匀沉降及落地槽左岸排水和施工排水问题。建议施工开挖时采用多级边坡，并用块石或混凝土进行衬砌护坡和采取相应的支挡措施，同时做好边坡周围的截排水措施，对右岸填方段还应注意填方质量，对粉质黏土及黏土岩的膨胀性也要采取相应的措施进行处理。青龙沟为填方，作为填方地基的砾砂，呈松散状，承载力低，不满足上部荷载要求，建议采用复合地基。

2）设计桩号SH11＋070—SH11＋280段：该段基础主要位于第四系粉质黏土、壤土、碎石中，局部位于新近系砾岩、砂岩中。

该段施工多以填方为主，局部左岸为挖方，边坡开挖地层主要为第四系粉质黏土、壤土或碎石，边坡开挖深度一般小于10m，粉质黏土具弱膨胀潜势。该段内白虎涧沟为天然冲沟，沟内一般常年有细小潺流，雨季多有较大洪流，勘探期间，该段地下水位一般位于渠底附近，但该段下部砾岩含水层存在局部承压性，2007年勘探期间LSP-16孔砾岩承压水溢出孔口约0.2m。

该段主要存在地基不均匀沉降、落地槽左岸排水和施工排水问题，建议施工时应注意填方质量，并对软弱地基进行处理，对具弱膨胀潜势的粉质黏土采取换填等处理措施，同时作好边坡周围的截排水措施。白虎涧沟为填方，地基为plQ4碎石，该碎石密实度不均，局部N63.5≤5击，呈松散状，建议采取夯实处理措施。

3）设计桩号SH11＋280—SH11＋685段：该段基础主要位于新近系砾岩、砂岩或黏土岩中，局部位于第四系粉质黏土、壤土、碎石中。

该段主要以挖方为主，边坡地层主要为新近系砾岩、砂岩或黏土岩，部分为第四系粉质黏土、壤土或碎石，第四系承载力标准值除碎石外一般为100～190kPa，新近系承载力标准值为280～400kPa，天然地基承载力差异较大，另外粉质黏土及黏土岩一般具弱～中等膨胀潜势。该段下部砾岩含水层存在局部承压性，2007年勘探期间LSP-33孔砾岩承压水溢出孔口约0.3m，出水量约0.05L/s。

该段主要存在施工开挖边坡稳定、地基不均匀沉降、施工排水及岩土的膨胀问题，建议施工开挖时采用多级边坡，并用块石或混凝土进行衬砌护坡和采取相应的支挡措施，同时做好边坡周围的截排水措施，对粉质黏土及黏土岩的膨胀性也要采取相应的措施进行处理。

4）设计桩号SH11＋685—落地槽出口段：该段基础主要位于第四系粉质黏土、壤土、碎石中，局部为砾岩（N1L）。

该段施工多以半挖半填为主，边坡开挖深度一般1～4m，最深8m，边坡开挖地层主要为第四系粉质黏土、壤土或碎石。第四系承载力标准值为100～350kPa，粉质黏土一般具弱膨胀潜势，地下水位多位于渠底附近。

出口检修闸闸基基础置于砾岩（N1L）顶部与粉质黏土（dlplQ2）层中，其承载力标准值fk＝190～400kPa，可满足闸基应力要求。

该段主要存在施工开挖边坡稳定、地基不均匀沉降、施工排水及岩土的膨胀问题。建议施工开挖时采用多级边坡，同时做好边坡周围的截排水措施，对粉质黏土的膨胀性也要采取相应的措施进行处理。

各层土岩体物理力学指标建议值见表1-3，土体、岩体物理性指标建议值见表1-4。

各主要建筑物段典型工程地质剖面图如图1-2～图1-6所示。

三、总干渠设计参数

沙河渡槽进口位于总干渠设计桩号SH（3）2＋838.1，出口位于总干渠设计桩号SH（3）11＋888.1，相应的渠道设计参数见表1-5。