阿勒泰富蘊(yùn)峽口南干渠第三系巖土工程地質(zhì)問題的探討

楊媛琪

摘 要 在阿爾泰山南麓至兩河（額爾齊斯河和烏倫古河）流域地帶，廣泛分布著第三系中-上新世（N）碎屑巖類地層，本文就針對峽口南干渠穿越第三系巖層時所發(fā)生的不良工程地質(zhì)問題進(jìn)行簡單的探討，根據(jù)其物理特性和分布片區(qū)的不同需有針對性地研究、處理。

關(guān)鍵詞 第三系 工程地質(zhì) 問題

峽口南干渠位于新疆富蘊(yùn)縣喀拉布勒根鄉(xiāng)境內(nèi)，屬哈拉恰海水利樞紐工程的配套項(xiàng)目，引水干渠總長29.8 km，引水流量4.86 m3/s。渠道多沿第三系臺地邊緣陡坡布置，地形坡度15°～ 45°，為邊坡渠道。干渠穿越的主要為內(nèi)陸湖相沉積建造第三系地層，為一套灰白、淺灰黃色泥巖、砂質(zhì)泥巖和砂巖等碎屑巖類，解決好第三系碎屑巖類不良工程地質(zhì)問題是工程成敗的關(guān)鍵。

一、工程地質(zhì)條件

1.地形地貌。項(xiàng)目區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地北部邊緣和卡拉麥里山北西端低山丘陵區(qū)，地面高程在690 m～750 m之間，所屬地貌可分為：剝蝕殘山丘陵、山前洪積傾斜平原、河流階地和現(xiàn)代河谷等四大基本地貌單元。項(xiàng)目區(qū)渠道大部分穿越山前洪積傾斜平原后緣地帶和烏倫古河Ⅲ、Ⅳ階地，地形總體自SE向NW緩傾，地形坡降1 ‰～3 ‰。

2.地層巖性。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的地層除第三系上新統(tǒng)昌吉河組（N2cj）和廣泛出露的第四系松散巖層外，最古老的地層為古生界泥盆系上統(tǒng)江孜爾庫都克組（D3j）。（1）泥盆系（D3j）：主要分布在項(xiàng)目區(qū)北東部高臺地至河流兩岸峽谷段，其巖性系一套黑色淺褐色的杏仁狀安山巖、硅質(zhì)安山巖和晶屑安山巖類。（2）新生界第三系（N2）：呈近水平產(chǎn)狀覆于上古生界泥盆系之上，巖性系泥巖、砂巖、礫巖和泥質(zhì)砂巖類等。（3）第四系（Q）：遍及項(xiàng)目區(qū)，按成因分為中更新統(tǒng)沖洪積砂礫石層（Q2apl）、上更新統(tǒng)沖洪積砂礫石層（Q2apl）、全新統(tǒng)（Q4）殘積、坡洪積、洪積和風(fēng)成砂等。

3.地質(zhì)構(gòu)造。項(xiàng)目區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地北部邊緣和卡拉麥里山北西端低山丘陵區(qū)，褶皺構(gòu)造形跡不明顯，但從區(qū)域構(gòu)造來看，屬一系列290°～ 340°的壓性和壓扭性結(jié)構(gòu)面，斷裂構(gòu)造主要以烏河南岸烏倫古河大斷裂的分枝斷裂為主，該斷裂與河流近平行發(fā)育，其余屬該分枝斷裂的旁側(cè)構(gòu)造，故而造成近垂直河岸的小斷裂發(fā)育。此斷裂面向西南傾，最近以來未見活動跡象。

二、第三系巖層分布規(guī)律

阿勒泰地區(qū)第三系巖層分布較廣，在阿爾泰山南麓山前洪積地帶、額爾齊斯河及烏倫古河間地塊等廣大地帶均有分布，但大都被第四系松散層所覆蓋而隱伏，僅局部沿斷裂擠壓隆起帶、新構(gòu)造運(yùn)動引起的上升區(qū)直接出露于地表，風(fēng)化剝蝕后多形成第四系洪坡積物。如：阿勒泰市“640”臺地隆起、克蘭河以南至額河“2817”隆起、烏倫古河北岸隆起地帶第三系砂、泥巖、泥砂巖均裸露于地表，其空間分布受地殼差異性升降和基巖頂板起伏影響，存在不均一性，但總體自山前向洪積傾斜平原呈梯狀遞增，水平狀互層產(chǎn)出，沉積韻律明顯，單層厚2 m～5 m，總沉積厚度10 m～80 m不等，中部最厚可達(dá)100 m以上。項(xiàng)目區(qū)所在峽口南干渠位于烏倫古河南岸傾斜平原向低山丘陵的過渡區(qū)，第三系地層沉積厚度向邊緣漸變薄，漸漸滅在剝蝕殘山低山前，沉積厚度50 m～10 m不等。

三、第三系巖土主要工程地質(zhì)問題

第三系巖土體性狀比較特殊，風(fēng)化后的產(chǎn)物具有第四系某些土層的特性，新鮮巖體則具有軟巖特性，因其成因不同，分類不同，工程地質(zhì)特性也就各異，對應(yīng)工程地質(zhì)問題也存在多樣性和復(fù)雜性。

1.邊坡穩(wěn)定性。樁號7+040～17+900渠道穿越烏河Ⅲ、IV級階地及前緣坡坎，沿線渠道坡高15 m～40 m，組成坡面主要為薄層第四系砂礫石和第三系泥巖、砂巖和砂質(zhì)泥巖類，呈互層狀水平產(chǎn)出，單層厚3 m～5 m。渠道形成后，打破原巖土體平衡狀態(tài)，渠道兩側(cè)形成臨空面，尤其是高邊坡地段，在自重應(yīng)力、土體抗滑阻力和剪切力等相互作用的穩(wěn)定平衡打破時，就會發(fā)生邊坡失穩(wěn)塌滑現(xiàn)象。誘發(fā)邊坡失穩(wěn)因素很多，有加載、工程開挖、震動、暴雨、庫水浮托力以及河水位驟然消漲等。天然狀態(tài)下主要影響因素是巖土體的抗剪強(qiáng)度和含水量。

（1）通過野外長期觀測、室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)合規(guī)程規(guī)范《工程地質(zhì)手冊》、《巖土工程勘察規(guī)范》和“635”水利樞紐工程類比最終判定第三系巖體穩(wěn)定坡角為：坡高在8 m以內(nèi)的穩(wěn)定坡度為45°；坡高在8 m～15 m以內(nèi)的穩(wěn)定坡度在40°；坡高大于15 m的穩(wěn)定坡度30°。

（2）工程區(qū)屬干旱區(qū)，第三系地層屬弱透水性，高邊坡的穩(wěn)定與邊坡巖體的含水率緊密相關(guān)，因此，穩(wěn)定邊坡和坡高及匯水的洪溝地形緊密相關(guān)。實(shí)測資料，洪溝地帶的巖體含水率達(dá)15%～45%，濕潤層厚度可達(dá)5 m以上，其他平緩地帶含水率5 %～10 %，降雨和春季融雪期，濕潤層僅為0.3 m～0.5 m。因此，平緩地帶巖土體邊坡穩(wěn)定可按同等高邊坡條件下天然狀態(tài)下最大含水來取，根據(jù)大量實(shí)測資料，天然穩(wěn)定坡角為45°。對洪溝地帶，按“u”型部位不同分別取值，兩側(cè)為30°，中部取25°，削坡以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)為目的。

2.泥巖的膨脹性。膨脹土的礦物成分主要是蒙脫石（微晶高嶺土）和伊利石（水云母），具有較高的親水性，是一種吸水膨脹，失水收縮變形的高塑性土。成因上主要分三大類：河流相沉積、湖相沉積及殘、坡積相沉積。《膨脹土地基設(shè)計》中將自由膨脹率≥40%作為判別膨脹土的指標(biāo)，而以液限≥40%，塑限指數(shù)小于0.25作為判別的參考指標(biāo)。

根據(jù)渠道沿線工程地質(zhì)勘察，第三系地層主要以片區(qū)形式在河流的階地后緣地帶分布。第三系泥巖分布地段為渠線樁號3+500-3+940、5+100-5+330、9+100-12+600。根據(jù)多項(xiàng)試驗(yàn)資料顯示，工程區(qū)第三系泥巖的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)：w=1.8%～6.0%，ρ=1.74～1.85g/cm3，Gs=2.66～2.68，e=0.56～0.68，ωL=46～50，Ip=21～26，自由膨脹率=37%～44%；壓縮性指數(shù)av=0.025～0.033mPa，Es=7.4～21.7；擊實(shí)性指數(shù)ρmax=2.03g/cm～2.12g/cm，wop=8.7%～10.4%；抗剪強(qiáng)度：天然c=28kPa～80kPa，φ=26.3°～34.5°，飽和c=17.5kPa～49.5kPa，φ=21.4°～31.7°；滲透系數(shù)k=2.1×10-5～3.44×10-7，屬弱透水層。

從試驗(yàn)物性指標(biāo)可知，泥巖自由膨脹率37 %～42%，液限大于40%，天然液性指數(shù)小于零，由此判定屬非-輕度膨脹土。泥巖遇水膨脹后內(nèi)摩擦角比天然狀態(tài)下降低5°～ 8°，滲透系數(shù)也相應(yīng)減小，說明膨脹土的區(qū)域性特點(diǎn)存在較大差異，峽口南干渠泥巖、砂質(zhì)泥巖存在弱膨脹性。因此，對泥巖段的防滲處理就顯得尤為重要，施工中已經(jīng)對泥巖段進(jìn)行了雙重防滲處理。

3.砂巖的崩解性。（1）軟巖中含有的蒙脫石遇水膨脹導(dǎo)致塊體崩解。（2）軟巖中含有一定量易溶鹽固體成分，溶解后產(chǎn)生塊體崩解。試驗(yàn)崩解過程采用圓球浸水試驗(yàn)，以一定時間內(nèi)最終塊體崩解為判別標(biāo)準(zhǔn)。渠線樁號6+960-7+040、8+100-9+000、12+800-15+800段為第三系中砂巖、含泥質(zhì)中粗砂巖層，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)測得如下結(jié)果。（見表1）

通過上表試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，渠道沿線砂巖層遇水后5min完全崩解，成散體結(jié)構(gòu)。由此說明，渠道在無襯砌的條件下，巖體遇渠水會不斷崩解，邊坡不斷再造，導(dǎo)致渠道邊坡失穩(wěn)，工程失利。設(shè)計部門依據(jù)地質(zhì)資料，對砂巖段進(jìn)行了塑膜加混凝土預(yù)制板的雙重防滲體系，提高防滲等級，很好地預(yù)防了第三系砂巖的崩解性帶來的不良工程地質(zhì)問題。

四、結(jié)束語

第三系巖層中軟巖的種類較多，根據(jù)巖石組成中礦物成分及粒徑大小，其物理力學(xué)性指標(biāo)差別較大，含水量對邊坡的穩(wěn)定、巖土的膨脹、崩解性工程影響較大，在工程勘察中應(yīng)該認(rèn)真區(qū)別對待，科學(xué)地采取處理措施。峽口南干渠自2003年建成渠道安全運(yùn)行6年，證明對第三系軟巖勘察的結(jié)論是正確的，對應(yīng)的設(shè)計方案是合理的。

參考文獻(xiàn)

[1]工程地質(zhì)手冊.第四版·北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.