塔里木河干流堤防工程地質(zhì)隱患分析

楊 銳

(塔里木河流域工程建設(shè)處，新疆 庫爾勒 841000)

塔里木河干流治理段全長893km，多處堤防先后出現(xiàn)險情。為了對堤防的險工段進行治理及加固，需對工程地質(zhì)隱患原因進行分析[1]。

1 概 況

塔里木河干流上、中游之間地質(zhì)條件基本相似。因此本次將干流上、中游的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性進行統(tǒng)一論述。肖夾克至英巴扎河段為塔河干流上游段，河道長495km。英巴扎至恰拉為中游段，河道長398km[2]。塔里木河流域地形呈西北高、東南低特點。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蝕半固定、半流動沙丘等地貌景觀組成。地層由老到新分別為石炭系（C1-2）、白堊系（K）、新生界、第四系（Q）。區(qū)內(nèi)地表均為第四系上更新～全新統(tǒng)堆積物，沉積類型有沖積、沖洪積、風積和河湖積，沉積厚度200～400m，巖性以粉砂、粉細砂和砂壤土、粉土為主。巖土體類型有砂類土和粘性土，建筑場地穩(wěn)定性較好，個別地段有濕陷問題。河道兩側(cè)沙丘均為粉砂組成，沙丘多為活動～半固定，左岸沙丘活動較強。

2 地質(zhì)構(gòu)造及地震

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

塔里木地臺可劃分為“四凹三隆”共7 個二級構(gòu)造單元[3]。“四凹”中有“三凹”分布在周邊，分別是北部的呈東西向分布的庫車坳陷、西南部的呈北西向分布的西南坳陷、南部的呈北東向分布的于田——若羌斷陷，平均寬度依次為50km、150km、70km。地臺內(nèi)部的唯一坳陷，是阿滿坳陷，寬度最大，平均160km，也是古生代以來長期沉降，五大沉積旋回齊全的坳陷，形成了塔里木河流域120 萬km2的地表水和地下水向塔里木河干流匯聚的地質(zhì)構(gòu)造背景。“三隆”的沙雅隆起，分布在沙雅縣至庫爾勒段，東西長約250km，面積是7 個二級構(gòu)造中最小的；中央隆起由西北部的巴楚到塔中油田，折轉(zhuǎn)向東至古城墟，是地臺中面積最大的二級構(gòu)造；它和東西向延伸的北民豐～羅布泊斷隆屬并列存在的上升構(gòu)造，形成塔里木盆地南高北低的地質(zhì)景觀。

2.2 地震動峰值加速度及反應譜特征周期

塔里木河干流上、中游在塔里木地臺中北坳陷的北部、下游轉(zhuǎn)向南部，具堅硬基底和巨厚柔性蓋層，無活動斷裂，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定。地震動峰值加速度≤0.05g（相當于地震烈度小于或等于Ⅵ度）；地震動反應譜特征周期：上、中游0.45s，下游0.40～0.35s。區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性相對較好。

3 水文地質(zhì)條件分析

獨立封閉的塔里木盆地為內(nèi)陸盆地，地下水從西向東、由南北兩側(cè)向塔里木河干流匯集。盆地內(nèi)深厚的松散層，形成聯(lián)通的空隙潛水含水層。松散層主要為粉砂、細砂和砂壤土，具中等富水性和透水性，滲透系數(shù)10～3cm/s 左右。干流區(qū)年降水量40mm 左右，入滲補給甚微；寬廣的盆地，地形高差不大，地下水坡降小，流速甚微。洪水期側(cè)向入滲、泛濫漫溢區(qū)入滲及沼澤、湖泊、水庫、渠系、農(nóng)田灌水入滲補給地下水。枯水期地下水側(cè)向回滲以及灌區(qū)排水渠和泛濫平原區(qū)低洼低水位高于臨界水深時，大氣蒸發(fā)或植物蒸騰，這種排泄方式造成了土壤鹽漬化。

由于長期不斷蒸發(fā)積聚，區(qū)內(nèi)地下水形成流域性的高礦化度水，深部礦化度皆＞10g/L；在補給源則有地下淡水，呈透鏡體狀，懸浮在高礦化度水層之上。非汛期塔里木河水質(zhì)較差，礦化度已超過灌溉水使用標準。區(qū)內(nèi)地下水類型為第四系孔隙潛水和承壓水，埋深較淺。潛水在全區(qū)內(nèi)均有分布，富水性差異較大，沿河道附近富水性較強，河道兩側(cè)沙漠區(qū)為貧水區(qū)；承壓水主要分布于阿拉干以北塔里木河左岸沖洪積平原和羅布莊地區(qū)，沖洪積平原承壓水富水性較弱，羅布莊地區(qū)地下水富水性中等。

4 現(xiàn)有工程建筑質(zhì)量初步評價

塔里木河干流河床受中北坳陷構(gòu)造沉降的控制，淤積嚴重，洪水漫溢，河床多次遷徙，古河道在南北方向上展布，上游區(qū)展寬40～120km 間，中游區(qū)展寬80～130km 間，與中北的坳陷展布范圍基本一致。河床為數(shù)米厚的第四系沖積砂性土，土質(zhì)松散是造成沖淘岸邊，坍塌淤積、河水漫溢的原因。項目區(qū)內(nèi)地形平坦，基本無大的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象存在，凍土深度一般0.2～0.4m、最大0.8m。

4.1 堤防工程

4.1.1 地形地貌

塔里木河流域主要為現(xiàn)代沖、洪積平原，兩岸均發(fā)育為對稱的Ⅰ、Ⅱ級階地，寬度數(shù)公里。河床為現(xiàn)代沖積物構(gòu)成，寬度300～1 000m 左右。南岸多有半固定或固定沙丘，北岸地勢平坦，局部殘留風積沙丘。

4.1.2 地層巖性

塔里木河流域主要為現(xiàn)代河流相沉積成因的松散地層巖性，覆蓋層厚度200～400m。河床及漫灘為第四系全新統(tǒng)沖積堆積（Q42al）地層，兩岸分布近似對稱的沖、洪積成因的Ⅰ階地（Q41al+pl），寬度100～5 000m 左右，臺面高于現(xiàn)河床2m 左右。Ⅰ階地后緣為第四系上更新統(tǒng)（Q31al+pl）沖、洪積成因的Ⅱ階地，階面寬闊，寬度達數(shù)公里。河床段巖性主要為細砂、粉砂，厚度不詳；Ⅰ、Ⅱ級階地表層為砂壤土和壤土，厚度1～14m。細砂、粉細砂、砂壤土和壤土的物理力學性質(zhì)見表1。

表1 工程區(qū)地基土物理力學性質(zhì)表

4.1.3 水文地質(zhì)條件

1）地下水類型及埋藏深度：區(qū)內(nèi)地下水類型主要為第四系孔隙水，局地有承壓水。地下水的主要補給來源為塔里木河地表水，地下水位埋深分布如下：上游段：距河1km 范圍內(nèi)，埋深0～2.m，1km 以外埋深2～5m，年變幅在0.5～1.0m 之間。中游段：距河1km 范圍內(nèi)，埋深1.8～2.5m，1km 以外埋深2.5～8m，年變幅在0.5～1.5m 之間。

2）地下水化學性質(zhì)：區(qū)內(nèi)地下水礦化度2.04～16.41g/L，PH=6.89～7.70，為Cl-SO4-Na-Mg型水，礦化度較高。

3）水對混凝土的侵蝕性評價：地下水對混凝土具有弱腐蝕性，對普通硅酸鹽水泥有中～強腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有強～中等腐蝕性。

4）土對混凝土的腐蝕性評價：區(qū)內(nèi)鹽漬土對混凝土具有弱～中等腐蝕性，鹽漬土對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有弱～中等腐蝕性。

4.1.4 堤防工程建筑質(zhì)量初步評價

歷史上塔里木河是一條自然河道，沿岸無堤防工程，20 世紀90 年代開始當?shù)赜嘘P(guān)部門在塔里木河兩岸陸續(xù)修建了不連續(xù)簡易堤防，運用后隨著河道淤積抬高，部分堤防已被沖毀，加上工程管理薄弱，人為破壞嚴重，很多堤防已經(jīng)損壞。

現(xiàn)狀情況是中游段（英巴扎～尉犁縣）修建了較為牢固的堤防，堤頂寬度4.0m，外邊坡1∶1.5～1∶2，內(nèi)邊坡1∶2～1∶2.5，平均堤高出地面2～3m，由于河道附近地下水位一般均在0～2m 之間，因此護堤基礎(chǔ)深度一般位于地面下0～2m 之間，筑堤材料為當?shù)睾拥纼砂冻练e的粉細砂和細砂，土的顆粒細而均一。根據(jù)相關(guān)資料，粉細砂的滲透系數(shù)在10～3cm/s左右，滲漏較嚴重。不均勻系數(shù)Cu 為2.22 左右，土體滲透變形的破壞類型為流土。

左岸堤防經(jīng)碾壓而成，質(zhì)量較好，相對密度Dr=0.55 左右，密實度較好，堤頂鋪設(shè)有柏油路面；右岸堤防質(zhì)量較差，相對密度Dr=0.55 以下，密實度較差，受洪水沖刷后多處已經(jīng)損壞。

塔河干流兩岸修建的不連續(xù)簡易堤防，質(zhì)量差、相對密度Dr=0.55 以下，密實度較差。現(xiàn)狀情況下枯水期主流能歸槽，但洪水期則有大量洪水漫溢，形成了沿河兩岸大、小不等的沼澤、星羅棋布的湖泊，導致水量在上、中游大量耗散。

4.2 護岸工程

區(qū)內(nèi)塔里木河河道河床寬闊，岸坡平緩，形成的自然邊坡高度有限，岸坡巖性為具有軟結(jié)構(gòu)面的雙層結(jié)構(gòu)巖層，邊坡高度一般1～2m，最大3m，由于河道不穩(wěn)定，受河水淘刷在河岸多處經(jīng)常出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象。

4.3 控導工程

塔里木河各支流均發(fā)源于山區(qū)，河水含沙量隨河水量的增加而增加，這種大量含沙水流對易被淘刷的粉細砂河床的塔里木河來說，無疑是影響和造成河流左右擺動，使河床環(huán)境變異的主要動力。為了控制洪水流向，塔里木河主要是上游沿岸修建了少量丁壩一類的控導性工程，均修建在塔里木河沿岸及河床。大部分工程為當?shù)夭牧霞案善鍪{砌石，標準較低。

河道兩側(cè)已有生態(tài)閘（堰），引水流量一般為4～12m3/s，少數(shù)達30m3/s，工程屬五級水工建筑物。生態(tài)閘（堰）體大部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，質(zhì)量較好，地基主要為粉砂和砂壤土，局部夾壤土層，其物理力學性質(zhì)具有隨深度增大而增大的特點，其物理力學性質(zhì)指標參見表2。混凝土與砂壤土、砂土、壤土間的摩擦系數(shù)取值0.35。區(qū)內(nèi)地下水位埋深0～3m，地下水對混凝土、鋼筋混凝土具有硫酸鹽中等腐蝕性。

5 結(jié) 語

塔里木河干流為沖積泛濫平原，泥砂淤積，河床淺顯，洪水期易漫溢。河汊支流較多，沼澤、湖泊、平原水庫、牛軛湖等分布較廣。通過分析探討可知，塔里木河干流沿岸已成防洪工程簡陋，病險問題較多，抗洪能力差，防洪標準低，難以有效防御洪水的侵襲。造成病險的原因主要是：區(qū)內(nèi)河道岸坡在河曲地段穩(wěn)定性較差，凹岸會產(chǎn)生坍塌和地裂縫等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象，尤其是岸坡巖性為雙層結(jié)構(gòu)時，沿軟弱面易產(chǎn)生坍塌；塔里木河河床母質(zhì)由細沙和粉細砂組成，易被洪水淘刷。鑒于塔里木河干流段水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件變化較大，建議下階段應針對不同地貌類型開展地質(zhì)工作。為堤防工程布防和加固提供了科學依據(jù)。