新疆東河灘水利工程地質(zhì)問題分析

張躍軍，尚 柯，王 潘

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州450003）

1 工程概況

2001年國務(wù)院批準(zhǔn)的《塔里木河流域近期綜合治理規(guī)劃報(bào)告》提出的了干流治理的下游水量目標(biāo)：“在多年平均來水條件下，至2005年，塔里木河干流水流到達(dá)臺特瑪湖， 使塔里木河干流上中游林草植被得到有效保護(hù)和恢復(fù)， 下游生態(tài)環(huán)境得到初步改善。”而實(shí)現(xiàn)下游生態(tài)環(huán)境目標(biāo)的標(biāo)志性工程是大西海子水庫退出塔里木墾區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)， 同時(shí)將墾區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉任務(wù)交由恰拉水庫完成。恰拉水庫水源單一依靠孔雀河來水，水源保證率低，供水安全性差，尤其是秋、冬、春灌溉水量調(diào)節(jié)能力不足，為從根本上解決大西海子水庫承擔(dān)的灌溉面積，確保其真正退出，在每年汛期，通過新建東河灘樞紐工程適當(dāng)引用塔河水來補(bǔ)充恰拉水庫水量十分必要。

東河灘水利樞紐工程位于塔里木河中游下段鐵依孜樞紐下游約3km處，其目的是由塔里木河（豐水年份）向恰拉水庫調(diào)水，以提高恰拉水庫控制農(nóng)二師范圍內(nèi)墾區(qū)的灌溉保證率。 樞紐工程由輸水堤 （長3.2km）、節(jié)制分水閘、引水渠（長375m）等建筑物組成。

2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與地震動參數(shù)

工程區(qū)位于輪臺大斷裂的南側(cè)塔里木地臺隆起帶上，構(gòu)造運(yùn)動以垂直升降為主，中、新生代以下降為主，接納了巨厚的陸相碎屑沉積。區(qū)內(nèi)無大斷裂通過，屬構(gòu)造相對穩(wěn)定地區(qū)。

依據(jù)1/400萬 《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》和GB18306—2015 《中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45s。 相應(yīng)的地震基本烈度Ⅵ度。

3 地形地貌

塔河干流處于塔里木盆地中北部， 是盆地內(nèi)地形最低的區(qū)域，塔河干流區(qū)地形較平坦，零星分布有風(fēng)積砂丘，干流總地勢為西北高東南低，塔河干流地貌主要由河流、沼澤、湖泊、牛軛湖、沙壩、河間洼地以及古河道的風(fēng)蝕半固定、半流動沙丘等地貌景觀組成。

樞紐工程中的引水渠與塔里木河河床呈21°夾角， 沿渠線為沖洪積平原， 地形平坦， 地面高程874.61～876.65m， 塔里木河左岸外側(cè)分布有已建輸水堤、庫塔干渠等工程。

樞紐工程中的節(jié)制分水閘位于塔里木河干流上， 閘址位置塔里木河走向近東西向， 主河槽寬約13.0m，兩岸岸高約2.0m左右，岸坡陡立，塔里木河兩岸為沖洪積平原，地形平坦，地面高程一般874.49～875.45m。 閘址處，塔里木河左岸生長蘆葦、紅柳等植物，地表鹽堿化嚴(yán)重；右岸距河岸約25m范圍內(nèi)生長茂密的蘆葦，蘆葦外側(cè)為棉花田。

樞紐工程中的輸水堤距塔里木河主河槽最大距離330m， 左岸分布風(fēng)積沙丘， 沙丘距塔里木河30～200m，最大寬度約120m，最大高差約8m，地形起伏較大，其余堤段為沖洪積平原，地形平坦，生長蘆葦、紅柳等植物，表層有鹽堿。

4 地層巖性

5 水文地質(zhì)條件

東河灘水利樞紐工程位于塔里木盆地沖洪積平原綠洲帶，其松散沉積物主要為粉砂、極細(xì)砂和砂壤土，滲透系數(shù)在1×10-3cm/s左右，具中等富水性和透水性，形成了連通的孔隙潛水含水層。 該區(qū)地下水與地表水呈互補(bǔ)關(guān)系， 地下水埋深受河水位變化的影響較大。近河區(qū)的地下水主要受洪水期河水側(cè)向入滲及沼澤、湖泊、水庫、渠系、農(nóng)田灌溉入滲等補(bǔ)給，平水期地下水補(bǔ)給地表水為主要排泄方式。 大氣蒸發(fā)或植物蒸騰。

由于長期不斷蒸發(fā)積聚， 形成流域性的高礦化度的地下水，深部礦化度皆大于10g/L；而在補(bǔ)給區(qū)則有低礦化度地下水，礦化度一般小于3g/L，并呈透鏡體狀懸浮于高礦化度水層之上。 其淡水層厚一般為20～30m， 其中河流附近為30～60m， 洪泛區(qū)為10～20m。 非汛期塔里木河水質(zhì)較差，河水礦化度已超過農(nóng)田灌溉水使用標(biāo)準(zhǔn)。

勘察期間， 地下水埋深2.5m左右， 地下水位為870.82～872.46m，基本位于設(shè)計(jì)渠底高程以下。

6 工程區(qū)主要工程地質(zhì)問題

東河灘水利樞紐工程主要由輸水堤、 節(jié)制分水閘、引水渠組成，不同工程類別存在的主要工程地質(zhì)問題既有共性，也略有差異，工程區(qū)普遍存在抗沖刷掏蝕問題、滲透穩(wěn)定問題、環(huán)境介質(zhì)腐蝕性問題、土體的凍脹性問題、沉降變形等共性地質(zhì)問題，其中輸水堤還存在風(fēng)蝕問題， 閘基和引水渠還存在基坑排降水等工程地質(zhì)問題。

6.1 抗沖刷掏蝕問題

工程區(qū)位于沙漠的邊緣地帶， 區(qū)內(nèi)沉積物以粉細(xì)砂為主，主要粒徑集中于粉粒和砂粒如表1，其結(jié)構(gòu)松散，抗沖流速較小，土極易被水沖走，影響輸水堤、岸坡、渠堤和閘前、后邊坡穩(wěn)定性。

表1 東河灘水利樞紐工程地層土體顆分試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)

6.2 滲透穩(wěn)定性

工程區(qū)土的巖性為粉質(zhì)黏土、壤土、砂壤土、粉砂，以粉砂為主，土的顆粒細(xì)而均一，除部分風(fēng)積砂丘區(qū)土為粗粒砂性土外，區(qū)內(nèi)大部分土為細(xì)粒土，其不均勻系數(shù)一般小于5，依據(jù)SL 188—2005《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》 判定其滲透變形破壞的類型為流土型。 流土型的安全系數(shù)為2.0，閘基臨界水力坡降計(jì)算值及建議值如表2。

表2 工程區(qū)土體允許水力坡降

6.3 環(huán)境介質(zhì)腐蝕性

工程區(qū)地表水主要為塔里木河水， 地下水主要為賦存于地層上部的第四系松散巖類孔隙潛水。 根據(jù)試驗(yàn)資料，工程區(qū)河水對混凝土無腐蝕性，地下水對混凝土具有強(qiáng)腐蝕性，對抗硫酸水泥無腐蝕性（＜3000mg/L），建議采用抗硫酸水泥。

工程區(qū)沖洪積平原表層土鹽堿化較為明顯，屬弱～中鹽漬土，局部表層為超強(qiáng)鹽漬土，鹽漬土類型為氯鹽漬土、亞氯鹽漬土。 場地表層0.3m深范圍內(nèi)土層對混凝土及混凝土中鋼筋具有強(qiáng)腐蝕作用， 表層0.3～1.0m范圍內(nèi)土對混凝土及混凝土中鋼筋具有弱～強(qiáng)腐蝕性。

6.4 土體的凍脹性

塔里木河干流兩岸土層凍結(jié)始于每年的11月中旬，來年2月初開始融化，區(qū)內(nèi)凍脹性土為季節(jié)性凍土，平均凍結(jié)深度52mm，最大凍結(jié)深度82mm。 區(qū)內(nèi)表層2.5m深土粒徑主要集中于0.075～0.005mm （粉粒），以細(xì)粒土為主，土樣中粒徑小于0.075mm的土粒重量占土樣總重量的59.2%以上， 依據(jù)SL23—2006《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》，區(qū)內(nèi)土多為凍脹性土。

6.5 沉降變形

工程區(qū)閘基地基土層以粉砂為主， 其壓縮系數(shù)為0.10～0.13MPa-1，屬中等壓縮性土，在上部荷載作用下，存在沉降變形問題。

7 結(jié)語

東河灘水利樞紐工程是塔里木河綜合治理的重要的配套工程，文中對該工程的基本地質(zhì)條件進(jìn)行了闡述，對工程存在的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行了分析與評價(jià)，為設(shè)計(jì)提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)和地質(zhì)參數(shù)。