新疆某灌區(qū)干管系統(tǒng)灌溉工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

梁新平

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830002)

1 工程概況

某灌區(qū)牧區(qū)定居飼草料基地位于新疆青河縣西部中間，烏倫古河上游河段二臺(tái)水文站以北 10m處，青河縣阿熱勒托別鄉(xiāng)西南，薩爾托海鄉(xiāng)以北，喀旦遜套山以西，青河縣與富蘊(yùn)縣交界處的阿葦戈壁上，阿葦灌區(qū)距離青河縣城 45km，總灌溉面積1.667 萬 hm2。

一、四干管系統(tǒng)位于灌區(qū)北部和中部，一干管系統(tǒng)位于灌區(qū)的北邊界，南臨二干管系統(tǒng)片區(qū)，四干管系統(tǒng)位于灌區(qū)的中部，總干渠末端區(qū)域。一、四干管系統(tǒng)總灌溉面積 0.508萬 hm2，一干管系統(tǒng)控制灌溉面積0.27萬hm2，其中自壓灌溉面積0.18萬 hm2，加壓灌溉面積0.09萬 hm2；四干管系統(tǒng)控制灌溉面積0.238萬畝，其中自壓灌溉面積0.077萬hm2，加壓灌溉面積0.161萬hm2。

工程主要建設(shè)內(nèi)容包括：自壓進(jìn)水池2座；自壓干管總過濾器兩套（共有10臺(tái)1000m3/h過濾器組成）；自壓干管總長(zhǎng) 12.21km，配套自壓干管及分干管進(jìn)口附屬設(shè)備，閘閥井8座，蓋板涵14座，干管鎮(zhèn)墩40座，過濾器管理房2座，進(jìn)水池日常管理房2座，閘房12座，10kV電力線14.3km。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

一、四干管管線位于阿爾泰山東段喀旦遜套山南麓的洪積礫質(zhì)準(zhǔn)平原上，測(cè)區(qū)范圍內(nèi)平原上局部可見剝蝕殘丘，其中四干管管線及管網(wǎng)片區(qū)內(nèi)基巖殘丘零星分布，出露面積1.0km2。

總體地形北東高南西低，地形坡降15.5‰左右。一、四干管管線走向基本垂直于北干渠。干管沿線地層巖性比較單一，主要為洪積物組成，表層覆蓋0.3m左右的洪積含碎石的細(xì)粒土砂，下部為細(xì)粒土礫層層，沉積厚度大于10m。沿線管道均布置在洪積的細(xì)粒土礫層中，隨北東至南西向的地形走向，土層中粒徑逐漸變細(xì)。管道沿線石膏夾層于局部片區(qū)沉積。測(cè)區(qū)范圍內(nèi)地下水位埋深較深，管線施工為無地下水作業(yè)。

2.2 地層巖性

一、四干管及管網(wǎng)沿線場(chǎng)地地層巖性較簡(jiǎn)單，據(jù)坑探揭示，在垂直方向勘探深度范圍內(nèi)地層巖性為第四系松散沉積物，最大沉積厚度大于15m，在四干管范圍內(nèi)局部有泥盆系凝灰砂巖殘丘零星出露。

2.3 區(qū)域穩(wěn)定及地震

工程區(qū)處于西域構(gòu)造體系的東準(zhǔn)噶爾復(fù)雜構(gòu)造帶內(nèi)，位于克孜加爾～瑪因鄂博大斷裂南25km，南端毗鄰烏倫古河大斷裂，可可托海～卡拉先格爾斷裂（二臺(tái)斷裂）自北西延伸至本區(qū)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線主體大致沿NW290°～330°方向展布，斷裂構(gòu)造相對(duì)發(fā)育。以區(qū)域壓扭性瑪因鄂博大斷裂為界，該斷裂以北為加里東期構(gòu)造層，以南為華麗西期構(gòu)造層。

瑪因鄂博和可可托海至二臺(tái)兩大斷裂帶是本區(qū)區(qū)域性的大斷裂，對(duì)區(qū)域的穩(wěn)定性具有實(shí)際意義，尤其是可可托海至二臺(tái)的大斷裂對(duì)測(cè)區(qū)的穩(wěn)定有直接影響。

3 水文地質(zhì)

一、四干管及管網(wǎng)主要位于第四系松散沉積層的洪積、沖洪積層上，主要由碎石、砂土組成，屬?gòu)?qiáng)透水和中等透水層。由于地勢(shì)較高，多數(shù)地段為透水不含水層。由于地處干旱區(qū)，山前地下水較為貧乏，多為干巖層，除溝谷地帶外，深度30m范圍內(nèi)無連續(xù)的地下水面。

根據(jù)鉆孔資料結(jié)合本次勘探工作成果，該區(qū)第四系堆積厚度在90～120m，其中含水層厚度約50～80m，巖性以Q2+3apl的砂礫石、土礫為主。構(gòu)成第四系松散堆積層孔隙潛水。下部為泥盆系基底。

4 工程地質(zhì)

4.1 工程地質(zhì)條件

4.1.1 一干管工程地質(zhì)條件

樁號(hào) 0+000～2+000段管道布置在洪積準(zhǔn)礫質(zhì)平原上，自NE向SW緩傾，坡降1‰左右，管道呈NE60°方向展布，順坡至上而下，走向基本垂直于北干渠，沿線高程 1095～1131m，沿線現(xiàn)代較為沖溝發(fā)育，沿線受洪溝的影響，地形起伏。土層結(jié)構(gòu)為：表層0.2～0.5m厚的混雜碎石的含細(xì)粒土砂，下部為厚層細(xì)粒土礫，沉積厚度大于 10m，中等-密實(shí)沉積，屬于中等透水層。機(jī)械成分：2～60mm碎礫石含量占40%～50%，碎礫石粒徑磨圓度差，多呈尖棱角狀、不規(guī)則狀，成分以凝灰?guī)r、變質(zhì)砂巖、安山玢巖和部分石英、長(zhǎng)石等組成；不同粒徑的砂占30%～40%，砂為礫砂，多呈次棱角狀，礫粒分選性一般，級(jí)配不良；其余為粒徑＞0.075的粉粘粒，約占10%～25%，細(xì)粒含量大于10%，判定為凍脹土。樁號(hào) 0+100～0+550、1+100～1+300、1+700～2+000段，地表以下0.2～3.5m范圍內(nèi)石膏結(jié)晶體混雜沉積于細(xì)粒土礫層中。

管線將布置在細(xì)粒土礫層上，設(shè)計(jì)管線以挖方為主，最大挖深3.0m，地下水位埋藏較深，施工期為無地下水作業(yè)。慮到該層中石膏夾層分布較多，屬中溶鹽，易溶陷，并具有侵蝕性，建議砂土換填夯實(shí)處理。

樁號(hào)2+00～0+400段管線布置在洪積準(zhǔn)礫質(zhì)平原上，管線呈NE60°方向展布，該段地勢(shì)平緩，起伏不大。表層為0.2～0.5m的含碎石的細(xì)粒土砂，土層中碎石含量較低，約占 5%～10%，碎石粒徑以2～3cm為主，碎石多成尖棱角狀，不規(guī)則狀。下部為洪積細(xì)粒土礫層，沉積厚度＞10m，中等密實(shí)，屬中等透水層。建議承載力 fk=200kPa，變形模量Eo=20～30MPa。礫石粒徑以2～60mm的為主，含量占 40～50%，細(xì)粒含量大于 10%。建議細(xì)粒土礫臨時(shí)開挖邊坡 1:0.5，永久開挖邊坡 1:1.75。樁號(hào)2+000～4+000段，地表以下0.1～3.6m石膏結(jié)晶體混雜沉積在細(xì)粒土礫層中。

管線將布置在細(xì)粒土礫層上，設(shè)計(jì)管線以挖方為主，最大挖深3.0m，地下水位埋藏較深，施工期為無地下水作業(yè)。慮到該層中石膏夾層分布較多，屬中溶鹽，易溶陷，并具有侵蝕性，應(yīng)做砂土換填夯實(shí)處理。

樁號(hào)4+000～7+101段管線布置在洪積準(zhǔn)礫質(zhì)平原，地形總體趨于平緩，由NE向SW緩傾，局部波狀延伸，起伏高差2～3m，沿線現(xiàn)代沖溝較為發(fā)育。

管道土層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，除了表層混雜碎石的含細(xì)粒土砂外，下部均為細(xì)粒土礫層，中密沉積。機(jī)械成分以粒徑 2～60mm碎礫石居多，約占總土重的40%～55%，以棱角狀、不規(guī)則狀為主，屬中等透水層；不同粒徑砂占 45%左右；粒徑＜0.075的粉粘粒含量約占 10%左右，判定為凍脹土。管線將布置在在洪積細(xì)粒土礫層上，設(shè)計(jì)管線以挖方為主，地下水位埋藏較深，施工期為無地下水作業(yè)。樁號(hào)4+000～4+100、4+350～5+300、5+700～5+850 段，地表以下0.1～3.5m石膏結(jié)晶體混雜沉積在細(xì)粒土礫層中。

管線將布置在細(xì)粒土礫層上，設(shè)計(jì)管線以挖方為主，最大挖深3.0m，地下水位埋藏較深，施工期為無地下水作業(yè)。慮到該層中石膏夾層分布較多，屬中溶鹽，易溶陷，并具有侵蝕性，建議做砂土夯實(shí)換填處理。

4.1.2 四干管工程地質(zhì)條件

樁號(hào) 0+000～2+250段管線布置在洪積準(zhǔn)礫質(zhì)平原上，該段為砂鐵礦亂掘亂挖區(qū)，原始地貌破壞嚴(yán)重，地面高低起伏變化明顯，礦區(qū)坑槽最大挖深10m。通過礦區(qū)開挖坑槽揭示該區(qū)域內(nèi)土層結(jié)構(gòu)為：表層0.2～0.5m厚的混雜碎石的含細(xì)粒土砂，下部為厚層細(xì)粒土礫，沉積厚度大于10m。機(jī)械成分：2～60mm碎礫石含量占 50%～55%，碎礫石粒徑磨圓度差，多呈尖棱角狀、不規(guī)則狀，成分以凝灰?guī)r、變質(zhì)砂巖、安山玢巖和部分石英、長(zhǎng)石等組成；不同粒徑的砂占20%～30%，砂為礫砂，多呈次棱角狀，礫粒分選性一般，級(jí)配不良。細(xì)粒土礫層中等密實(shí)，屬中等透水層。

樁號(hào) 2+250～5+105段管線布置在洪積準(zhǔn)礫質(zhì)平原上，管線呈NE60°方向展布，該段地勢(shì)平緩，起伏不大。表層為0.2～0.5m的含碎石的細(xì)粒土砂，土層中碎石含量較低，約占 5%～10%，碎石粒徑以2～5cm為主，碎石多成尖棱角狀，不規(guī)則狀。下部為洪積細(xì)粒土礫層，沉積厚度＞10m，中等密實(shí)，屬中等透水層，建議承載力 fk=200kPa，變形模量Eo=20～30MPa。礫石粒徑以2～60mm的為主，含量占25%～55%，細(xì)粒含量大于10%，其余為不同粒徑的砂。建議細(xì)粒土礫臨時(shí)開挖邊坡1:0.75，永久開挖邊坡1:1.75。

4.2 主要工程地質(zhì)問題

4.2.1 地基土的腐蝕性問題

一、四干管及其管網(wǎng)主要布置在細(xì)粒土礫層中，場(chǎng)地屬 II類嚴(yán)寒區(qū)無干濕交替區(qū)。沿管線表層0～1.5m土層為中等～強(qiáng)透水層，巖土中含有的易溶鹽受地表水垂直滲透的影響，含量較少，腐蝕性評(píng)價(jià)為微腐蝕。本次勘察只針對(duì)干管埋置 1.5～3.0m深度的巖土取樣測(cè)試其易溶鹽，判定其對(duì)普通混凝土及鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕性，建議作相應(yīng)的防范。

4.2.2 管道地基石膏層的溶陷問題

該區(qū)石膏層的存在主要受表層土壤的含鹽量、土層的透水性、大氣降水量的控制。該區(qū)土壤含鹽在500～5000mg/kg，土層的透水性中等，該區(qū)氣候季節(jié)性特點(diǎn)明顯，降水少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，以上諸多因素給石膏層的存在提供了條件。另外場(chǎng)地地形條件也對(duì)石膏層的分布深度有影響，地形平緩地帶地表水積蓄時(shí)間長(zhǎng)，懸掛水入滲深度深，石膏層分布較深；地形坡度大的地段地表水排泄條件好，石膏層分布較淺，水流容易集中的洪溝片區(qū)，往往石膏含量少。

經(jīng)勘查，管線沿線石膏呈主要石膏結(jié)晶體顆粒或?yàn)閳F(tuán)塊狀、或?yàn)閷訝睿ê穸?～50cm，交替呈層）。石膏屬于中溶鹽，地下水長(zhǎng)期浸泡，會(huì)喪失其承載能力，帶來建筑物不均勻沉降，屬不良工程地質(zhì)條件。建議作相應(yīng)的防范處理，對(duì)有石膏結(jié)晶體明顯分布的片區(qū)，建議加設(shè)砂土墊層夯實(shí)處理，防止石膏層溶解塌陷，不均勻沉降帶來管線地基的沉陷。砂土墊層可采取沿線的開挖土料篩分獲取，選取20mm以下的砂土進(jìn)行換填夯實(shí)處理，篩取獲得率較高，在70%～90%。

4.2.3 管壁的保護(hù)問題

主要指粒徑＞2.5cm的尖棱角礫石對(duì)玻璃夾砂管的穿刺破壞采取的保護(hù)。

管道布置在細(xì)粒土礫層中，從一、四干管及管網(wǎng)沿線的顆分資料中可見，細(xì)粒土礫中的礫含量2～60mm的礫石為主，對(duì)玻璃夾砂管有穿刺破壞作用，建議對(duì)礫石粒徑較大、含量較高的片區(qū)在管道周邊加設(shè)砂土墊層，建議厚度20cm，底部及接頭鎮(zhèn)墩處碾壓處理。墊層料可選擇就地篩分獲取。

5 結(jié)論及建議

(1)工程區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡主要沿 NW290°～330°方向展布，引水一、四干管及管網(wǎng)東部5～10km處發(fā)育卡拉先格爾二臺(tái)深大斷裂，屬發(fā)震斷裂。依據(jù)GB18306～2001《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》、《中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》（1/400萬，設(shè)防水準(zhǔn)為50年超越概率10%。）本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為 0.2g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為 0.4s，對(duì)應(yīng)地震烈度為Ⅷ度。

（2）一、四干管及管網(wǎng)位于阿爾泰山東段喀旦遜套山南麓的洪積準(zhǔn)礫質(zhì)平原上，總體地形北東高南西低，地形坡降15.5‰左右。引水一、四干管及管網(wǎng)長(zhǎng)度 12.21km，沿管道表層廣泛分布松散—中密沉積的第四系洪積層。由于地處干旱區(qū)，山前地下水較為貧乏，多為干巖層，除溝谷地帶外，深度30m范圍內(nèi)無連續(xù)的地下水面。

（3）一、四干管及管網(wǎng)布設(shè)在洪積扇前緣和傾斜平原的過渡帶上。管道開挖的巖土主要為洪積物-細(xì)粒土礫，沿線洪積物厚度 8～30m，總管道將布置在細(xì)粒土礫層中，管溝開挖為無地下水作業(yè)。其中的不良地質(zhì)條件有：地基土腐蝕性。一、四干管沿線游地基土對(duì)普通混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)為弱腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕性評(píng)價(jià)為微腐蝕性；地基石膏層的溶陷問題。

一干管 0+000～5+900大部分段有石膏結(jié)晶體分布，地下水長(zhǎng)期浸泡，會(huì)喪失其承載能力，屬不良工程地質(zhì)條件，建議作相應(yīng)的防范處理。

四干管沿線多數(shù)片區(qū)石膏結(jié)晶體分布少，部分片區(qū)土層中有少量石膏結(jié)晶體混雜，規(guī)模不大，不成層分布，可以不考慮四干管石膏混合物不良工程地質(zhì)問題。

（4）工程區(qū)天然建材儲(chǔ)量豐富，質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。據(jù)工程特點(diǎn)，混凝土骨料從衛(wèi)東鄉(xiāng)料場(chǎng)購(gòu)買；管道墊層選取無石膏夾層、粒徑偏小的土料就地進(jìn)行篩分。