北票市供水工程地質(zhì)條件分析

謝丙春，王玉濤

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng) 110006)

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北票市供水工程地質(zhì)條件分析

謝丙春，王玉濤

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng) 110006)

本管道管材為球磨鑄鐵管。通過(guò)鉆探和地質(zhì)測(cè)繪等地質(zhì)勘察手段，查明管道沿線的地形地貌、地層巖性、巖體風(fēng)化程度、存在的不良地質(zhì)條件，查明沿線的地下水位、埋深及地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性，確定各地質(zhì)單元巖體的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，評(píng)價(jià)各地質(zhì)單元管道地基穩(wěn)定性、基坑降水、基坑支護(hù)等問(wèn)題。

磨鑄鐵管；鉆探；地質(zhì)測(cè)繪；基坑降水；基坑支護(hù)

1 工程概況

北票市供水線路由朝陽(yáng)市(縣)供水線路分水口至北票市臺(tái)吉凈水廠，全長(zhǎng)約24443m，雙根管徑為0.8m球磨鑄鐵管。

2 管線工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

區(qū)內(nèi)地形起伏較大，地勢(shì)呈東北高西南低，地面高程145.0-267.0m，按地表形態(tài)分為兩個(gè)地貌單元，即低山丘陵區(qū)、溝谷區(qū)。

2.2 地層巖性

本線路穿越的地層巖性主要有元古代震旦系霧迷山組(Z2w)灰?guī)r、中生界侏羅系中統(tǒng)藍(lán)旗組(J2l)砂巖、白堊系阜新組(K1f)砂巖夾頁(yè)巖、新生界中更新統(tǒng)(Q2dpl)粉質(zhì)黏土、上更新統(tǒng)(Q3dpl)粉質(zhì)黏土和全新統(tǒng)(Q4pal)砂卵石等。

2.3 水文地質(zhì)條件

2.3.1 地下水類(lèi)型

本線路地下水類(lèi)型為第四系孔隙潛水，在勘察期間分布于樁號(hào)2+510-4+618、20+056-20+478段的河漫灘和階地中，總長(zhǎng)2530m。含水層巖性主要為粉砂、粗砂、礫砂和圓礫；該層地下水主要接受地表水和大氣降水補(bǔ)給，以側(cè)向徑流為排泄方式，易受氣象因素及季節(jié)變化影響。

2.3.2 地下水埋深

本管線段地下水變幅按1.5m考慮。管道一般開(kāi)挖深度2.8m，穿越河流開(kāi)挖深度6.8-9.2m?？辈炱陂g地下水位與管線共分3種位置關(guān)系，具體如下：

1)勘察期間未見(jiàn)地下水或管基在地下水變幅之上：分布于樁號(hào)0+000-2+510、3+840-4+418、4+618-24+433，總長(zhǎng)22903m。

2)勘察期間地下水位于管基附近：分布于樁號(hào)3+700-3+840、4+418-4+618，累計(jì)總長(zhǎng)340m，勘察期間地下水埋深2.8-3.9m，位于管基附近。

3)勘察期間地下水位于管基以上：分布于樁號(hào)2+510-3+700，長(zhǎng)1190m?？辈炱陂g地下水埋深0.0-1.8m，位于管基以上。

2.3.3 地下水水質(zhì)分析

勘察期間針對(duì)位于管基以上或管基附近的地下水采取水樣進(jìn)行水質(zhì)分析試驗(yàn)，本線路共取樣25組。

2.3.4 巖土層滲透性

各巖土層滲透系數(shù)建議值見(jiàn)表1。

表1 各巖土層滲透系數(shù)建議

2.4 管道地基巖土體特征

根據(jù)地貌類(lèi)型、地下水埋深情況、巖土體的狀態(tài)進(jìn)行了地質(zhì)單元?jiǎng)澐?，共分?2個(gè)地質(zhì)單元、1個(gè)穿越單元。各地質(zhì)單元的巖土體在原位測(cè)試、邊坡坡比、承載力方面均做單獨(dú)統(tǒng)計(jì)。

2.5 主要工程地質(zhì)問(wèn)題

2.5.1 地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)本工程段管道的埋設(shè)特點(diǎn)，主要管基巖性為粉質(zhì)黏土、粉砂、粗砂、礫砂、圓礫、碎石夾黏土和全-弱風(fēng)化巖。粉質(zhì)黏土，可塑，地基承載力特征值為150kPa；粉砂，稍密，地基承載力140kPa；粗砂，稍密，地基承載力120-200 kPa；礫砂，中密，地基承載力300 kPa；圓礫，稍密，地基承載力400-500kPa；碎石夾黏土，稍密，地基承載力400kPa；全風(fēng)化巖，地基承載力300kPa；強(qiáng)風(fēng)化巖，地基承載力500-600kPa；弱風(fēng)化安山巖，地基承載力1000kPa[1]。以上巖性承載力均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)承載力要求，地基穩(wěn)定。

2.5.2 基坑降水問(wèn)題

根據(jù)本管線勘察期間地下水類(lèi)型、分布特征及埋深情況，采取的降排水措施建議如下：

1)無(wú)需采取降排水措施：勘察期間未見(jiàn)地下水或管基在地下水變幅之上，總長(zhǎng)22903m。

2)建議根據(jù)季節(jié)情況采取降排水措施：勘察期間為枯水期，地下水位相對(duì)較低，而管線位于地下水位的變幅范圍內(nèi)，豐水期地下水位會(huì)上升至管基以上，該種情況段長(zhǎng)370m。建議采用明排降水。其中樁號(hào)0+000-0+611段管基巖性為粉砂、圓礫，屬于中等-強(qiáng)透水，建議井點(diǎn)降水；樁號(hào)7+926-8+126段管基主要為粗砂，強(qiáng)透水，建議采用垂直防滲降排水。

2.5.3 基坑巖土體邊坡穩(wěn)定性

開(kāi)挖邊坡應(yīng)按臨時(shí)邊坡考慮，本工程區(qū)涉及到開(kāi)挖巖土體主要包括：粉質(zhì)黏土、中砂、圓礫、碎石夾黏土、黏土、白云質(zhì)灰?guī)r。各地質(zhì)單元在開(kāi)挖深度內(nèi)，由一種或多種巖土組成，根據(jù)地層分布組合特征，臨時(shí)開(kāi)挖邊坡按不利情況考慮；考慮地下水埋藏情況和動(dòng)靜荷載情況的影響，在有效降水條件下各地質(zhì)單元開(kāi)挖坡比建議值[2]。

2.5.4 腐蝕性分析評(píng)價(jià)

1)對(duì)管道的腐蝕性：

本線路管材為球墨鑄鐵管。地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)均有弱腐蝕性。為評(píng)價(jià)輸水管線內(nèi)土壤對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性，沿?cái)M建管線埋放處呈線狀結(jié)構(gòu)布設(shè)測(cè)試點(diǎn)。測(cè)試項(xiàng)目為電阻率測(cè)試，pH值測(cè)試，氧化還原電位測(cè)試，極化電流密度測(cè)試和質(zhì)量損失測(cè)試五項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行。土壤對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性可分為微、弱、中等、強(qiáng)等四類(lèi)。

2)對(duì)混凝土構(gòu)筑物的腐蝕性：

本線路混凝土構(gòu)筑物包括鎮(zhèn)墩、排氣井、排水井以及檢修閥井等。本線路按Ⅱ類(lèi)環(huán)境考慮，其地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性；在干濕交替條件下對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋有微腐蝕性。本線路土壤對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性，在干濕交替條件下對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋有微腐蝕性[3]。

2.5.5 地基土液化評(píng)價(jià)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)中4.3.4節(jié)判斷公式，并考慮地下水變幅，飽和粗砂不存在地震液化問(wèn)題。

2.5.6 地基土濕陷性評(píng)價(jià)

此次勘察在粉質(zhì)黏土層中取3處原狀樣做室內(nèi)濕陷試驗(yàn)，分別采用了單線法和雙線法兩種濕陷試驗(yàn)。

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025—2004，故本管線管基土不具有濕陷性。室內(nèi)濕陷試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 室內(nèi)濕陷試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2.5.7 土膨脹性

2.5.7.1 地層分布特征

本工程線路全長(zhǎng)24443m，局部位于Ⅱ級(jí)階地及山前坡地，中更新統(tǒng)⑤層粉質(zhì)黏土基本分布此地形地貌中，在沖溝有直接出露，沖溝兩壁易發(fā)生坍塌。根據(jù)地方經(jīng)驗(yàn)，初步判斷⑤層粉質(zhì)黏土具有膨脹性。

管基為該層土的共有13段，其中管線埋設(shè)深度2.4-5.0m，長(zhǎng)589m；其他段管線埋設(shè)深度為5.0-9.2m，長(zhǎng)1332m。

2.5.7.2 室內(nèi)試驗(yàn)

在上述13段管基部位共取10組原狀樣專(zhuān)門(mén)進(jìn)行膨脹性試驗(yàn)。試驗(yàn)成果詳見(jiàn)表3。

表3 室內(nèi)膨脹試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)試驗(yàn)成果，參照《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》GB 50112-2013，13段的自由膨脹率均介于39.7%-54.8%，具有膨脹性，膨脹潛勢(shì)為弱，總長(zhǎng)為1921m。其膨脹力為10.339.7-19.0kPa，飽和條件下壓縮系數(shù)(a1-2)0.18-0.40Mpa-1。

2.5.7.3 膨脹性評(píng)價(jià)

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察及室內(nèi)試驗(yàn)表明，本段線路中更新統(tǒng)黏性土大多具弱膨脹性，總長(zhǎng)1921m。

2)根據(jù)現(xiàn)階段初步確定的管道埋設(shè)特征，上述膨脹性土穿越段管道埋深為多為5.0m以上，管基上覆蓋土較厚，其自重壓力相對(duì)較大，而土層膨脹力較小，因此，土的膨脹對(duì)管道運(yùn)行期的穩(wěn)定影響不大；另外，管道埋設(shè)深度較大，均位于大氣影響急劇層深度以下，局部位于大氣影響深度以下，從埋設(shè)條件看，上述各段管基運(yùn)行期含水量變化不大，其漲縮變形對(duì)管道穩(wěn)定的影響較小。綜上所述，建議設(shè)計(jì)根據(jù)膨脹土層的分布及特性、管道的埋設(shè)情況及大氣影響深度，并結(jié)合管道的允許變形等，確定是否采取處理措施。

3)鑒于膨脹土的漲縮變形特點(diǎn)，管道施工應(yīng)盡量安排非汛期施工，且采取必要的防護(hù)措施，避免降雨入滲或地表水侵入而造成的地基土變形，影響管道施工及運(yùn)行安全。

3 結(jié) 論

1)本管線段地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s。本管線段飽和砂土不存在地震液化問(wèn)題。

2)管道地基土承載力均較高，滿(mǎn)足天然地基穩(wěn)定要求，地基穩(wěn)定。地基土為⑧層粉質(zhì)黏土，具有為膨脹性，長(zhǎng)1921m，膨脹潛勢(shì)為弱。

3)部分管道處于地下水位下，建議采用垂直防滲長(zhǎng)1190m、井點(diǎn)降水長(zhǎng)340m。

4)本供水線路開(kāi)挖一般深度為2.8-3.0m。為了保證施工安全，建議按不同管線開(kāi)挖巖性及地下水分布情況，采取不同的臨時(shí)開(kāi)挖邊坡。

5)本線路地下水對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋有弱腐蝕性長(zhǎng)127m；土壤鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)腐蝕段長(zhǎng)11353m、中等腐蝕段長(zhǎng)10405m、弱腐蝕段長(zhǎng)5596m、微腐蝕段長(zhǎng)587m。對(duì)具有弱-強(qiáng)腐蝕性的地段采取防腐處理。

6)本場(chǎng)區(qū)場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)凍深1.4m。

[1]李衛(wèi)紅.海綿城市給排水建設(shè)注意問(wèn)題分析[J].科技展望，2016(07)：36-38.

[2]劉紀(jì)龍.淺談城市給排水工程規(guī)劃的難點(diǎn)和可持續(xù)發(fā)展動(dòng)向[J].四川水泥，2016(02)：112-115.

[3]張永平,崔利軍.城郊區(qū)域供水系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃研究[J].輕工科技，2016(02)：69-72.

1007-7596(2016)10-0069-03

2016-09-22

謝丙春(1965-)，男，遼寧盤(pán)錦人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程地質(zhì)勘察、地質(zhì)實(shí)驗(yàn)及地基處理等技術(shù)工作；王玉濤(1981-)，男，吉林華甸人，高級(jí)工程師。

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