依干其水利樞紐主要工程地質問題探討

周清麗

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 樞紐區工程地質概況

1.1 工程概況

依干其引水樞紐工程是葉爾羌河流域規劃中的第三級引水樞紐工程，主要承擔著向下游灌區灌溉引水任務。本文主要對該樞紐的地質概況及主要工程地質問題進行分析探討。該工程等別為Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物級別為2級，次要建筑物為3級。樞紐由泄洪閘、沖沙閘、溢流堰、進水閘、上下游導流堤及引水渠等建筑物組成。

1.2 基本地質條件

樞紐區河道寬約1.5 km，河道被束縛在兩岸的階地之間。水流在河道內左右擺動，形成了較多的河叉，主要為東叉、西叉兩條主流，東叉、西叉又分為若干個叉流，枯水期水流主要從東叉河通過。河叉之間河心灘發育，東叉、西叉之間的河心灘規模較大、延伸較長，上部植被發育，高出河床約1.0 m。

兩岸階地為侵蝕堆積階地，階坎一般高1 m～2 m，最高3 m～4 m。Ⅰ級階地比高1m，現狀主要為紅柳、蘆葦，部分為農田，常受洪水沖刷側蝕；Ⅱ級階地比高2 m～4 m，階地面平坦寬闊，現狀主要為居民點及農田。該河段兩岸均由抗沖刷較強的砂礫石組成，河床在天然狀態下，側蝕不嚴重。由于人為因素的影響，河岸變遷較大，河床基本控制在Ⅰ、Ⅱ級階地內。

閘址區出露地層為第四系全新統沖洪積物（Q4alp），巖性主要為砂卵礫石，部分地段有粉細砂。

閘址區地質構造條件簡單，無斷裂及其他構造通過，閘址區構造穩定性較好。

閘址區地下水類型為第四系孔隙潛水，賦存于第四系上更新統～全新統沖洪積層中，主要接受河水及上游地下水的徑流補給。勘察期間地下水位埋深0.3 m～2.7 m（2017.10.19），水位變幅0.5 m。

2 主要工程地質問題

2.1 地震液化

樞紐區基礎為卵石混合土層，根據《水利水電工程地質勘察規范》（GB 50487-2008）附錄P初判泄洪閘及沖沙閘基礎卵石混合土不液化，進水閘閘基卵石混合土存在液化的可能，采用附錄P.0.4標準，根據動力觸探試驗錘擊數對進水閘基礎卵石混合土進行復判。

式中:ρc為土的粘粒顆粒含量質量百分率（%），ρc當小于3%，ρc取1.4%；Ncr為液化判別動探貫入錘擊數臨界值；dS為工程正常運用時，動探貫入點在當時地面以下的深度，m；N0為液化判別動探貫入錘擊數基準值；dw為工程正常運用時，地下水位在當時地面以下的深度，m，當地面淹沒于水面以下時dw取0。

符合下式要求的土應判為液化土:

表1 地震液化判別表

續表1

由表1數據分析可知:進水閘地面以下3.6～15.0范圍內飽和卵石混合土為不液化土。

2.2 滲透穩定性

（1）閘、堰基礎滲透變形形式的判別

樞紐區基礎地層巖性主要為卵石混合土，查顆分試驗成果表2及圖1～圖4，查得泄洪閘、沖沙閘、進水閘及溢流堰Pc值分別為15.75%、16.85%、45.2%、29.6%，泄洪閘、沖沙閘基礎土滲透破壞形式為管涌，進水閘基礎土滲透破壞形式為流土，溢流堰基礎土滲透破壞形式為過渡型。

（2）臨界水力比降及允許水力比降的確定

1）泄洪閘、沖沙閘及溢流堰

泄洪閘及沖沙閘滲透破壞形式為管涌，溢流堰滲透破壞形式為過渡型，臨界水力比降均采用下式計算:

式中:Jcr為臨界水力比降；GS為土的顆粒密度與水的密度之比，泄洪閘、沖沙閘及溢流堰分別取2.72、2.71、2.70；n為土的孔隙率，%，泄洪閘、沖沙閘及溢流堰分別取25.3%、24.9%、25.0%；d5為占總土重的5%的土粒粒徑，mm，泄洪閘、沖沙閘及溢流堰分別取0.085 mm、0.089 mm、0.073 mm；d20為占總土重的20%的土粒粒徑，mm，泄洪閘、沖沙閘及溢流堰分別取10.55 mm、9.43 mm、0.13 mm。

計算得泄洪閘、沖沙閘及溢流堰Jcr分別為0.017、0.019及1.18。按《水利水電工程地質勘察規范》（GB 50487-2008）附錄G第G.0.4規定對無粘性土可采用下述公式計算J允=Jcr/m。m為安全系數，取2.0。

通過上述公式計算得出泄洪閘、沖沙閘及溢流堰基礎卵石混合土J允分別為0.01、0.01及0.59，泄洪閘及沖沙閘計算結果偏小，建議均取經驗值0.15。

2）進水閘

進水閘滲透破壞形式為流土，臨界水力比降Jcr值計算如下:

其中GS取2.7，n取24.7%，計算得進水閘基礎卵石混合土J允為1.2801。按《水利水電工程地質勘察規范》（GB 50487-2008）附錄G第G.0.4規定對無粘性土可采用下述公式計算J允=Jcr/m，安全系數m取2。

通過上式計算得進水閘基礎卵石混合土J允為0.64。

2.3 水土的腐蝕性

（1）水的腐蝕性評價

根據地表水水質分析成果:地表水pH為8.2，侵蝕性CO2含量為0 mg/L，HCO3-含量為1.575 mmol/L，對混凝土無腐蝕性；Mg2+含量15.163 mg/L，SO42-含量為119.883 mg/L，對混凝土無腐蝕性，綜合評定地表水對混凝土無腐蝕性；Cl-含量折算后（即Cl-+SO42-×0.25）為99.03 mg/L，對混凝土結構中的鋼筋無腐蝕性；pH值為 8.2，（Cl-+SO42-）含量為 188.94 mg/L，對鋼結構為弱腐蝕性。

根據地下水水質分析成果:地下水pH為8.0～8.2，侵蝕性CO2含量為 0 mg/L，HCO3-含量為 1.69 mmol/L～1.805 mmol/L，對混凝土無腐蝕性；Mg2+含量 12.636 mg/L～17.69 mg/L，SO42-含量為109.893 mg/L～119.883 mg/L，對混凝土無腐蝕性，綜合評定地下水對混凝土無腐蝕性；Cl-含量折算后（即Cl-+SO42-×0.25）為87.9 mg/L～90.4 mg/L，對混凝土中的鋼筋無腐蝕性；pH值為 8.0～8.2，（Cl-+SO42-） 含量為 170.318 mg/L～180.308 mg/L，對鋼結構為弱腐蝕性。

（2）土的腐蝕性評價

根據《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2001）（2009年版）附錄G場地環境類型G.0.1判定工程區場地屬Ⅰ類場地。經取樣進行土化學分析，卵石混合土易溶鹽含量為0.06%～0.09%，根據《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2001）第6.8.1條確定，卵石混合土為非鹽漬土。其中SO42-含量為0.20 g/kg～0.35 g/kg，對混凝土具弱腐蝕性；Mg2+含量為0.013 g/kg～0.025 g/kg，對混凝土微腐蝕性；綜合評定地基土對混凝土為弱腐蝕性。土中Cl-含量為0.043 g/kg～0.130 g/kg，對混凝土結構中的鋼筋為微腐蝕性。土的pH值為8.03～8.28，對鋼結構為微腐蝕性。

2.4 凍脹性

根據《水工建筑物抗冰凍設計規范》（SL 211-2006）3.0.8規定，土中粒徑小于0.075 mm的土粒質量等于或小于總質量10%的屬非凍脹土。根據顆分資料基礎卵石混合土小于0.075 mm的土粒質量為1.1%～9.2%，小于10%的標準，為非凍脹土，不存在凍脹破壞問題。

2.5 邊坡穩定性

樞紐區兩岸階地均為Ⅰ級階地，比高較小，且天然狀態下已經處于穩定邊坡，故不存在邊坡穩定性。根據本次試驗成果，卵石混合土自然休止角為35°（17組平均值），建議基坑臨時開挖邊坡水上 1∶1.0～1∶1.25，水下 1∶1.25～1∶1.5；永久開挖邊坡:卵石混合土水上 1∶1.25～1∶1.5，水下 1∶1.5～1∶1.75。

2.6 基坑排水

根據現場勘察閘基地層巖性為卵石混合土，閘址地下水位埋深0.3 m～1.8 m。根據現場抽水試驗，卵石混合土單位涌水量4.06 L/（s·m），滲透系數1.95×10-1cm/s，屬強透水層，持水性較差，基坑開挖時應考慮排水問題。結果見表2、圖1～圖3。

表2 樞紐區建筑物基礎卵石混合土顆粒分析試驗成果表

圖1 泄洪閘（四組平均）基礎卵石混合土平均顆分曲線圖

圖2 沖沙閘（三組平均）基礎卵石混合土平均顆分曲線圖

圖3 進水閘（三組平均）基礎卵石混合土平均顆分曲線圖

圖4 溢流堰（四組平均）基礎卵石混合土平均顆分曲線圖

3 結論與建議

經試驗判別泄洪閘、沖沙閘及進水閘基礎卵石混合土不存在液化的可能。

泄洪閘及沖砂閘基礎卵石混合土破壞形式為管涌、進水閘破壞形式為流土、溢流堰破壞形式為過渡性。泄洪閘、沖沙閘、進水閘及溢流堰基礎卵石混合土J允分別為0.15、0.15、0.64及0.59。

根據水質分析成果:樞紐區地表水對混凝土無腐蝕性，對混凝土中的鋼筋無腐蝕性，對鋼結構為弱腐蝕性；地下水對混凝土無腐蝕性，對混凝土中的鋼筋為弱腐蝕性，對鋼結構為弱腐蝕性。根據土化學分析成果:樞紐區基礎卵石混合土為非鹽漬土，對混凝土為弱腐蝕性，對混凝土結構及鋼結構為微腐蝕性，對混凝土結構中的鋼筋為微腐蝕性。建議施工過程中可采用抗硫水泥。另建議提高施工技術水平，掌握好混凝土振搗時間和振搗工藝，盡量提高混凝土的密實性，防止環境水的滲入。

根據現場抽水試驗，卵石混合土單位涌水量4.06 L（/s·m），滲透系數1.95×10-1cm/s，屬強透水層，持水性較差，建議基坑開挖時應根據涌水量考慮排水問題。