榆林沙漠區輸水管線工程典型工程地質問題分析

【摘要】榆林沙漠地區常年干旱少雨，城市發展和人居用水日益增多，各類輸水工程應運而生。本文介紹了榆林地區某輸水管線工程區基本地質特征，以該工程為典型案例，分析了輸水管線工程存在的典型工程地質問題，對該地區輸水管線工程具有十分重要的意義。

【關鍵詞】輸水管線；工程地質；黃土濕陷性

1、引言

榆林沙漠地區常年干旱少雨，城市發展和人居用水日益增多，各類輸水工程應運而生。正確認識輸水管線存在的工程地質問題才能對進行合理的評價，也才能提出合理的治理措施。本文以榆林沙漠地區某輸水管線工程為典型案例，分析了工程存在的工程地質問題。

2、輸水工程地質特征

該輸水工程地處陜北黃土高原北部，毛烏素沙漠南緣，地勢西北高，東南低，海拔高程1000～1500m。沙漠區海拔高程為1060～1400m，地形相對高差一般約30～50m，風蝕作用強烈，沙丘連綿起伏，由基本固定的新月形沙丘組成。

區域內地層以第四系松散堆積層為主，沙漠區表層主要為第四系全新統風積堆積粉砂、細砂層，下部為第四系上更新統沖湖積堆積粉土、粉砂、細砂層，該層在河道岸坡及沙丘間地均有出露。梁峁地貌主要由第四系上更新統風積黃土組成。河道堆積主要為第四系全新統沖積細砂層。在支溝出露的黃土下部零星分布有第三系紅粘土。區域內基底基巖為侏羅系上統安定組（J3a）互層狀砂泥巖。

3、輸水管線主要工程地質問題分析評價

輸水管線主要存在的工程地質問題有管基砂土的液化、黃土地基的濕陷性、風積粉細沙的抗沖性、無定河段管線高地下水位和沿線已有油氣管道的交叉問題。

本工程應用到的主要規范有《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）、《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB 50025—2004）、《建筑抗震設計規范》（GB50011—2010）、《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015）等相關規范。

3.1砂土液化評價

工程區地震動峰值加速度a=0.05g，地震動反應譜特征周期T=0.35s，相應的地震基本烈度為Ⅵ度，可不考慮砂土液化問題。

3.2黃土地基濕陷性評價

沿線黃土地層基本均具濕陷量性，根據計算結果及黃土層出露特征，將輸水管線管基濕陷性主要為非自重濕陷Ⅰ級、自重濕陷Ⅱ級、自重濕陷Ⅲ級。輸水管線地基濕陷性黃土除具有一般的濕陷黃土特征外，還具有以下特征：1）空間分布的不連續性，2）濕陷性具有隨地形、高程變化的特性，非自重濕陷Ⅰ級，自重濕陷Ⅱ級均分布于高程1070～1130間；1130以上為自重濕陷Ⅲ級。3）黃土的濕陷性符合ρd<1.5g/cm3均具濕陷性，且干密度越小，濕陷性越強的一般規律，突破了ρd>1.5g/cm3一般不具濕陷性特征，部分樣ρd=1.68～1.74g/cm3還有濕陷性，ρd>1.5g/cm3時，黃土濕陷規律性不明顯。4）濕陷起始壓力低，非自重Ⅰ級濕陷起始壓力130Kpa；自重濕陷壓力Ⅱ級濕陷起始壓力40Kpa，自重濕陷Ⅲ級濕陷起始壓力30Kpa。

根據管基黃土濕陷性以上特征，建議對自重濕陷性黃土根據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）有關規定進行人工擠密或墊層換填處理，對非自重濕陷Ⅰ級黃土管基可不處理；對自重濕陷Ⅱ級黃土管基依照規范可進行灰土置換回填；對自重濕陷Ⅲ級黃土管基進行灰土置換回填并增設排水設施。

3.3管基風積砂的抗沖性評價

輸水管線工程按長度劃分，絕大部分位于細砂層之上，無定河河漫灘段，管基位于地下水位以下或附近，為自流引水，內外水壓基本平衡，管道漏水對管基的影響不大，一級泵站至水廠，為壓力輸水，管基下細砂松散無膠結，抗沖性極差，若有管道漏水發生，將會很快沖刷管基砂層，形成較大范圍的管基破壞。建議從預防沖刷、將沖刷水流導出管線一定距離、及時監測等角度采取處理措施。

3.4無定河河漫灘段管線高地下水位

無定河河漫灘段管線全長約5.7km，由于河漫灘地下水位高，部分段地面存在明水，全段管線位于地下水位以下。根據試驗及工程經驗確定該層的滲透系數為6.0×10-3cm/s ～1.0×10-2cm/s，為中等透水地層。基坑涌水是該段管線施工的主要問題，建議采用管溝排水法進行施工排水。

3.5沿線油氣管道與輸水管線交叉對管線施工的影響

由于工程地處長慶油田主要油氣采集區，管線多處與輸油、輸氣管道交叉。經調查了解，工程區內的輸油、輸氣管道設計埋深一般1.4～2.0m，局部受地形影響，埋深達5.0m左右。由于管道交叉位置大部分為第四系風積細砂，地層松散，地形平坦，且基本全部位于地下水位以上，建議輸水管線從其下部穿過。

4、建議

1）根據該區多年凍土深度，管頂埋深應不小于1.5m，河床段、過溝段應考慮沖刷深度、凍土層厚度對管道埋深的影響。

2）風積黃土層具濕陷性，濕陷等級隨黃土含水量變化明顯，干燥黃土的濕陷量大于濕潤黃土的濕陷量。濕陷等級一般為Ⅰ級（輕微）～Ⅱ級（中等）濕陷，部分高點干燥黃土濕陷等級達到自重濕陷Ⅲ級（嚴重），應特別引起重視。

3）對于地下水位位于基礎以上的建筑物，Q4沖積及沖洪積細砂滲透系數K取6×10-3cm/s，在施工時應采取排水措施，建議砂層水上臨時臨時開挖坡比1：1.5，水下1：2.0；黃土層臨時開挖坡比1：0.75；粉土層臨時開挖坡比1：1.0。

4）輸水管線工程線長面廣，地層多變，應加強施工地質工作，根據施工開挖后揭示的地質情況應及時采取相應的處理措施。

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作者簡介：張浩（1990.07-），男，漢族，陜西人，本科。土木工程專業。陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院.