疏勒河雙墩子—玉門關(guān)歸束河段主要工程地質(zhì)問題評價

鄭寶平

(甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

根據(jù)國務(wù)院批準的《敦煌水資源合理利用與生態(tài)保護綜合規(guī)劃(2011—2020年)》，疏勒河干流河道恢復(fù)與歸束工程是保護敦煌市西湖國家級自然保護區(qū)生態(tài)環(huán)境的主要工程措施之一，是確保實現(xiàn)規(guī)劃確定的疏勒河干流生態(tài)下泄水量目標的重要保障工程。雙墩子—玉門關(guān)段疏勒河河道恢復(fù)與歸束工程是疏勒河干流河道恢復(fù)與歸束工程的主要部分，該段河道地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，河道縱坡緩，流道分散，輸水效率很低，通過開挖疏通、填筑控導(dǎo)河堤歸束主槽等措施，恢復(fù)和疏通疏勒河河道，提高河道輸水功能，實現(xiàn)疏勒河干流在規(guī)劃水平年的生態(tài)輸水目標，實施該項目十分必要和迫切。

1 地質(zhì)概況

雙墩子—玉門關(guān)歸束河段(樁號K311+500～K408+776)長97.28km，位于安敦盆地內(nèi)，海拔1050～1010m，總體地勢自北東向南西傾斜。沿線出露第四系全新統(tǒng)不同成因地層，巖性主要為粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、砂質(zhì)淤泥、粉砂土、粉細砂層和風(fēng)成細砂。在大地構(gòu)造上屬喜馬拉雅旋回構(gòu)造運動，以大面積的垂直升降運動為主。據(jù)物探資料，槽地存在東西向隱伏斷層，大致沿疏勒河延伸。區(qū)內(nèi)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為風(fēng)沙淤積河床、龜裂土洞及土層鹽漬化等。工程區(qū)屬極干旱區(qū)，年降水量僅為43.2mm，年蒸發(fā)量2505.1mm，四季多風(fēng)沙，年均無霜期142d，最大凍土深度128cm。區(qū)內(nèi)地下水主要由第四系孔隙性潛水、承壓水組成，分布在盆地沖洪積、沖湖積、湖積地層中，由于沉積環(huán)境及含水層巖性的差異，地下水表現(xiàn)為從山前至細土平原區(qū)，由潛水逐漸過渡為承壓水，富水性由強變?nèi)?。地下水對混凝土具強腐蝕性、對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具強腐蝕性、對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。據(jù)GB 18306—2015《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，歸束河段地震動峰值加速度為0.05g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。

2 主要工程地質(zhì)問題

歸束河段地形地質(zhì)條件復(fù)雜，基本無成型河道可利用，沿線穿越雙墩子風(fēng)蝕墩臺、哈拉諾爾湖盆以及下游鹽漬沼澤地，環(huán)境工程地質(zhì)問題突出，預(yù)先采取有效防治措施，對保證工程順利實施至關(guān)重要。

2.1 風(fēng)蝕及風(fēng)積砂淤積問題

歸束河段位處甘肅省西部干旱荒漠地帶[1- 2]，寬淺干涸河床兩側(cè)多有風(fēng)積砂堆積，呈半固定的砂丘、砂壟，相對河床高差3～8m，在照壁梁一帶風(fēng)積砂形成砂壩堵塞河床。區(qū)內(nèi)四季多風(fēng)沙，區(qū)內(nèi)大風(fēng)和沙塵暴頻繁，全年8級以上的大風(fēng)日14d，沙塵暴日數(shù)10d左右，風(fēng)力侵蝕模數(shù)2500～5000t/(km2·a)。疏挖河道兩側(cè)風(fēng)蝕作用強烈，流動砂丘廣布，存在風(fēng)蝕、流動砂丘危害及風(fēng)積砂淤積河床問題，影響輸水效率。建議歸束線路盡量繞避風(fēng)積砂丘，在河堤外坡及外圍設(shè)置草方格砂障、砂埂砂障結(jié)合，種植固砂植物等固砂措施。

2.2 鹽漬土問題

2.2.1鹽漬土含鹽量化學(xué)分析成果

2.2.2鹽漬土按含鹽量分類

根據(jù)鹽漬土的形成原因和特性，土體含鹽量隨深度有逐漸減小的趨勢，據(jù)土體鹽漬化程度大體可劃分為3段，見表1。其中第①和第③段土體鹽漬化相對第②段要程度要淺。

表1 鹽漬土按含鹽量分類表

2.2.3地基溶陷

歸束段沿線地表大多為氯鹽漬土或亞氯鹽漬土，根據(jù)SY/T0317—1997《鹽漬土地區(qū)建筑規(guī)范》[4]進行綜合分析評價，歸束段沿線土層為溶陷性鹽漬土，總?cè)芟萘縎=220～630mm，地基為Ⅱ～Ⅲ級中～強溶陷性地基。

2.2.4鹽脹性分析

鹽漬土的鹽脹主要是由于土體失水或溫度降低導(dǎo)致鹽類(Na2SO4)結(jié)晶膨脹引起的，主要是由于硫酸鈉吸水結(jié)晶體積膨脹，失水體積縮小，如此反復(fù)脹縮，破壞了土的結(jié)構(gòu)，并改變了土的密度，使土體變松。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)及同類工程分析類比，歸束段地層0～1.0m深度范圍內(nèi)地基土中Na2SO4含量大于1%，依據(jù)GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》(2009版)判定，表層1m以上深度范圍內(nèi)鹽脹作用明顯。據(jù)《工程地質(zhì)手冊》(第4版)[5]，鹽漬土產(chǎn)生鹽脹的土層厚度為1.5m左右，鹽脹力一般小于100kPa。由于該工程為間歇性輸水，運行期間地表的鹽脹現(xiàn)象將加劇，鹽脹將破壞堤身結(jié)構(gòu)，工程區(qū)調(diào)查顯示，脹縮引起土體結(jié)構(gòu)破壞變松的厚度為0.5～0.7m，建議河堤采取工程護坡措施，以防輸水沖刷流失對堤身造成的剝皮破壞。

2.2.5溶陷性分析

鹽漬土在受水浸泡后，土顆粒間的結(jié)晶鹽被水溶解、流失，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)破壞、松散而產(chǎn)生的沉降變形稱為溶陷，溶陷大小與易溶鹽性質(zhì)、含量、賦存狀態(tài)和水的徑流條件及浸水時間長短等有關(guān)。歸束河段地層巖性主要為粉質(zhì)黏土、粉砂土、粉細砂，潛水埋深0.53～9.9m，初判為溶陷性土。根據(jù)SY/T0317—1997《鹽漬土地區(qū)建筑規(guī)范》進行復(fù)判，地表0～1m的鹽漬土溶陷系數(shù)δ=0.08～0.096，為強溶陷性鹽漬土。鹽漬土河段開挖筑堤需采取換填處理。

2.2.6腐蝕性問題

2.3 凍脹問題

本區(qū)為季節(jié)性凍土區(qū)，最大凍深128cm。凍脹受地層巖性及透水性、持水度和地下水埋深、地基土毛細上升高度諸因素的控制，經(jīng)勘探揭示鹽池灣以下線路地下水位埋深均1.4～4.5m，地基土為粉細砂、粉砂土或粉質(zhì)黏土層，為易發(fā)生凍脹土。粉細砂天然含水量2.1%～4.6%，粉砂土天然含水量16%～23.5%，粉質(zhì)黏土天然含水量22.6%～31.8%，無論地表滲入水還是地下毛細上升水，只要有水的介入，在冬季凍結(jié)之前土體含水量仍很高時，該類土就會產(chǎn)生強～特強凍脹，結(jié)合試驗成果，根據(jù)GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[6]判定，該地基凍脹等級Ⅳ～Ⅴ級。建議將建筑物基礎(chǔ)置于最大凍土深度以下，渠底鋪設(shè)非凍脹粗粒土墊層[7]，合理調(diào)配輸水時間，以便渠基水在入冬前有充分疏干時間，防止地下水升高引起的凍脹破壞，對河道中低洼段積水引起的凍脹要足夠重視。

2.4 滲漏問題

河道滲漏取決于河基地層的透水性及地下水賦存狀態(tài)。雙墩子～哈拉諾爾湖歸束段據(jù)勘探揭示，上部地層巖性以粉質(zhì)黏土為主，下部為富水性較好的砂層或砂礫層，存在排泄和儲存潛蝕物的通道，地下水埋深5～8m。由于河段長期干涸，粉質(zhì)黏土層分布有許多寬度在0.5～2cm的龜裂縫及洪水沖蝕形成的土洞，洞徑一般在20～30cm不等，龜裂和土洞連通性較好，構(gòu)成了強透水通道，暫時性洪水在該河段會迅速下滲消亡。河道開挖時需對孔洞發(fā)育段進行回填夯實和防滲處理。哈拉諾爾湖以下段位于細土平原區(qū)，河道與湖泊相間分布，地基巖性多為湖沖積粉細砂、粉質(zhì)黏土，屬弱透水層，地下水埋深小于4.5m，地下水位以上土層滲漏損失小，做適當(dāng)防護即可。

2.5 岸坡穩(wěn)定問題

經(jīng)地質(zhì)測繪，雙墩子-玉門關(guān)歸束河段天然岸坡和開挖疏導(dǎo)河堤邊坡均為土質(zhì)岸坡，岸坡巖性以粉質(zhì)黏土和砂質(zhì)粉土為主，部分岸坡陡峻，河床切割深度2～8m，岸坡抗沖刷能力弱，加之間歇性輸水，水位變幅較大，在水流側(cè)向沖刷、浸泡、掏蝕坡角和水位升降作用下，易發(fā)生蠕變、崩塌、座塌現(xiàn)象，隨著時間推移和凍融交替，此類現(xiàn)象會不斷向岸外擴展，發(fā)生岸坡再造現(xiàn)象。土質(zhì)岸坡整體穩(wěn)定狀況較差，建議對兩岸岸坡采取防塌護坡和生物固坡措施。

2.6 沖刷問題

歸束線路通過漫流型疏勒河故道、哈拉諾爾湖盆，古河道寬淺散流，支溝發(fā)育。區(qū)內(nèi)植被稀疏，地層結(jié)構(gòu)簡單，降水稀少但集中，洪水沖刷痕跡明顯，水土流失嚴重。在洪水期，水流下切沖刷和斜向沖刷作用表現(xiàn)強烈，會對歸束河堤和其他建筑物造成沖刷破壞。建議跨溝段采取必要的防洪、防沖刷措施，河堤基礎(chǔ)置于最大沖刷深度以下，防止基礎(chǔ)發(fā)生側(cè)蝕、沖刷及沉降破壞。

2.7 次生鹽漬化問題

工程區(qū)氣候干旱，降雨少，蒸發(fā)強烈，鹽分積聚土壤表層的數(shù)量多于向下淋洗的數(shù)量，是引起土壤積鹽的重要原因，導(dǎo)致了鹽漬土的形成；沿線地層巖性多為粉砂土、粉質(zhì)黏土等細粒土，毛細上升高度較大、速度快，加之地下水埋深較淺、礦化度較高，地下水沿毛管大量上升至地表，在地表強烈積鹽；在湖區(qū)和沼澤洼地，排水條件差，鹽分隨地面、地下徑流由高處向低處匯集，積鹽狀況也由高處到低處逐漸加重，在低洼帶大量聚積，為主要鹽漬土分布區(qū)。歸束河段及其外圍鹽漬土廣布，就近開挖棄料鹽漬化強烈，填筑河堤會出現(xiàn)側(cè)向潛蝕滲漏，其破壞后果很難預(yù)測，外運鹽漬化較輕土體填筑河堤后，受蒸發(fā)、毛細作用等影響，仍會發(fā)生次生鹽漬化。鹽漬化對河堤的破壞要引起高度重視，對位于鹽漬土區(qū)河堤采取防水和生物固坡措施。

3 工程實施情況

疏勒河雙墩子—玉門關(guān)歸束工程于2013年8月開工建設(shè)，2016年大部分河段基本建成[8]。在工程建設(shè)過程中，針對線路存在的主要工程地質(zhì)問題，設(shè)計采取了繞線、換填、防滲等措施，有效避開了大部分風(fēng)積砂掩埋河道、鹽漬土富集等不良地段。對河道部分結(jié)晶鹽塞段采取外運土料換填法，對龜裂和土洞發(fā)育段采取翻夯、回填土料防滲等工程措施進行治理。因哈拉諾爾湖下游部分河段未完全恢復(fù)，2016年在已建成的河道進行了試通水，下泄水全部流入干涸多年的哈拉諾爾湖，形成了20多km2的水面，向敦煌西湖國家級自然保護區(qū)生態(tài)補水初見成效。

4 結(jié)語

(1)雙墩子—玉門關(guān)歸束河段，縱坡變化復(fù)雜，基本無成型河道可利用，需穿越哈拉諾爾湖盆以及下游的鹽漬沼澤地。上游段主要工程地質(zhì)問題是強滲漏和風(fēng)蝕風(fēng)積作用影響歸屬河道的成型穩(wěn)定問題；下游段主要工程地質(zhì)問題是鹽漬土溶陷、鹽脹、腐蝕和強凍脹作用影響歸屬河堤堤基沉陷和渠坡穩(wěn)定問題。

(2)鹽漬湖沼富鹽段地下水水位淺，蒸發(fā)強烈，河道開挖輸水后會形成結(jié)晶鹽鹽塞，壅塞河道，影響輸水效率。對線路通過鹽漬湖沼區(qū)，宜先期開挖試驗段，研究存在的工程地質(zhì)問題，總結(jié)經(jīng)驗，有效指導(dǎo)設(shè)計和施工。

(3)歸束工程完建后，會有效增強疏勒河河道行洪功能，對改善和恢復(fù)敦煌西湖國家級自然保護區(qū)生態(tài)環(huán)境和促進社會經(jīng)濟發(fā)展有著深遠的影響。