巴州開都河第二分水樞紐工程地質(zhì)條件評價

何令濤

（塔里木河流域巴音郭楞管理局，新疆 庫爾勒市 841000）

1 工程概況

開都河第二分水樞紐工程坐落于開都河北岸河灘，距焉耆縣城約12 km。該工程是開—孔河流域節(jié)水改造五年實(shí)施方案項(xiàng)目的一部分，工程主要任務(wù)是改造具有持久性特點(diǎn)的無壩引水工程，保證灌區(qū)水資源供給和優(yōu)化配置。通過改善灌溉工藝，節(jié)約和高效利用水資源，并減少向下游塔里木河的輸水量，達(dá)到改善塔河下游生態(tài)環(huán)境的目的[1-2]。工程區(qū)位于平原地帶，北距天山山脈約30 km，西側(cè)距霍拉山約100 km，南距庫魯克塔格山約40 km，東面地勢較為開闊平坦，海拔高度為1 070～1 050 m。工程內(nèi)容主要包括攔河樞紐、南北岸沿河干渠兩部分。

2 樞紐工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

工程區(qū)位于開都河下游的沖積平原區(qū)內(nèi)，可分為四個地貌單元，依次為中高山區(qū)、山前洪積礫質(zhì)平原區(qū)、沖積平原區(qū)和湖濱沼澤濕地區(qū)。中高山區(qū)位于工程區(qū)北側(cè)30～35 km以外的中天山和南天山山脈，高程1 500～3 500 m。山前洪積礫質(zhì)平原區(qū)由山前洪積扇（裙）聯(lián)合組成，在山前呈帶狀分布，走向近東西，南北寬一般10～20 km，高程1 080～1 500 m。沖積平原區(qū)位于洪積礫質(zhì)平原區(qū)以南，南北寬50～60 km，地勢平緩，高程一般1 070～1 050 m，目前大都已成為耕地，工程區(qū)位于該平原區(qū)內(nèi)，也是區(qū)域地表水與地下水的匯集區(qū)[3-4]。

2.2 地層巖性

樞紐工程區(qū)出露的地層主要有太古界、古生界和新生界地層及侵入巖體。南北岸干渠工程區(qū)位于開都河現(xiàn)代三角洲平原區(qū)，出露地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）。該層在沖積平原表層有砂土、粉質(zhì)粘土，以下為砂礫石及砂互層。地層巖性結(jié)構(gòu)經(jīng)北西向東南逐漸變細(xì)，以粉土、粘土、細(xì)砂為主，沉積厚度一般不超過200m深度，下伏地層為全新統(tǒng)湖積層[5-6]。本次40 m勘探深度范圍內(nèi)，河床、河灘閘址全為第四系堆積物，地層巖性基本一致。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

受工程以北天山隆起帶及南部天山褶皺帶的影響，工程區(qū)內(nèi)地層存在褶皺和斷裂現(xiàn)象。通過調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，較大規(guī)模的褶皺和斷裂方向主要集中在東北和東西方向。南北岸干渠工程區(qū)，屬于焉耆中部的盆地區(qū)域，具有階梯形狀的凹陷基底[7]。

河床、河灘閘址所處地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境基本一致，深埋的F2活動斷裂（焉耆斷裂）大致從兩閘址上游穿過，它與兩閘址平面距離不超過5 km。兩閘址距離其它區(qū)域性活動斷裂均大于30 km。它們在地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及穩(wěn)定性等方面基本一致，場地一處位于河床之上，一處位于左岸河漫灘上。河床閘址閘基直接建于第②層（砂層）、第③層（低液限粘土）；河灘閘址閘基建于第①層（低液限粘土）、第②層（砂層）及第③層上部（低液限粘土）。兩閘基砂層的液化深度相差不大，考慮河灘閘址第①層（低液限粘土）的建基穩(wěn)定性，略優(yōu)越于河床閘址；河灘閘址施工便利性，優(yōu)于河床閘址，綜合各方因素，推薦河灘閘址。

3 主要工程地質(zhì)問題及評價

3.1 地基土開挖邊坡問題

閘基設(shè)計最大開挖深度約7 m，由于河床閘址與河灘閘址巖性及物理力學(xué)性質(zhì)基本一致，其開挖邊坡也基本相同[8-9]。第①層（低液限粘土）分布于表部，層厚一般為1.4～2.0 m，結(jié)構(gòu)形式為松散、稍密，一般在地下水位以上，形狀為可塑、硬塑狀。第②層（砂層）的河床閘址厚3.4 m，河灘閘址厚1.85～5.0 m，結(jié)構(gòu)松散—稍密，以細(xì)砂為主，級配不連續(xù)，基本位于地下水位以下，滲透系數(shù) 8.1～12.4 m/d（9.4×10-3～1.43×10-2cm/s），內(nèi)摩擦角建議值為20.4°，建議該層開挖邊坡值取1∶3.0～1∶3.5。第③層（低液限粘土）挖深范圍內(nèi)，河床閘址厚4.9 m，河灘閘址厚6.0～10.8 m，層頂埋深3.4～7.0 m，位于地下水位以下，結(jié)構(gòu)中密—密實(shí)，粘粒含量高，滲透系數(shù) 3.31×10-6～1.73×10-7cm/s，屬微透水性，建議飽水狀態(tài)下，內(nèi)摩擦角φ為18.1°時，抗剪強(qiáng)度C為16.4 kPa，建議該層開挖邊坡值取1∶2.0。為了使基坑開挖工作順利進(jìn)行，建議在基坑周圍采用井點(diǎn)式排水后，再進(jìn)行基坑開挖。

3.2 基坑涌水量計算及坑底穩(wěn)定問題

由河灘閘址軸線工程地質(zhì)剖面可知，基坑內(nèi)地下水主要來源于第②層砂層，2003年5月測得該砂層地下水位標(biāo)高約為1 059 m，其下的第③層低液限粘土層滲透系數(shù)為1.44×10-6cm/s，由于其滲透系數(shù)小，該層可視為相對隔水層[10]。

經(jīng)計算，流入基坑的總水量Q=Q1+Q2=793.1 m3/d。

由于W＞P，所以基坑在排水后坑底不會因其下的微承壓水頂托作用產(chǎn)生破壞，即基坑底部的低液限粘土（第③層）在排水后是穩(wěn)定的。

3.3 渠道工程滲漏問題

兩岸干渠的地層土壤多以粉土為主，在考慮沒有進(jìn)行防滲處理的前提下，渠道滲漏損失主要與渠堤和渠底的土壤性質(zhì)、水文地質(zhì)條件、蒸發(fā)量及渠水流量大小等因素有關(guān)[11]。

該渠道主要為農(nóng)業(yè)灌溉所用，灌溉用水周期較長（一般為150 d），因此渠道滲漏類型以回水滲漏為主，垂直滲漏為輔。

南岸干渠各分段渠道年滲漏量：樁號0+000—7+950為265.0萬m3；樁號 7+950—11+912為 59.6萬m3；南岸干渠年總滲漏量為324.6萬m3。

北岸干渠（方案一）各分段渠道年滲漏量：樁號0+000—2+060為 82.8萬 m3；樁號 2+060—7+730為252.0 萬 m3；樁號 7+730—14+360 為 158.6 萬 m3；樁號14+360—16+300為36.0萬m3；北岸干渠年總滲漏量為 529.4 萬 m3。

3.4 渠道工程凍脹問題

渠道防滲工程同時具備以下三個條件時考慮凍脹破壞：一是小于0.05 mm粒徑的顆粒含量按質(zhì)量比≥總質(zhì)量的6%；二是標(biāo)準(zhǔn)凍深大于0.1 m；三是凍結(jié)初期土的含水量大于0.9倍塑限含水量，或地下水位至渠底的埋深小于土的毛管水上升高度加設(shè)計凍深。通過對顆粒進(jìn)行分析試驗(yàn)，得到顆粒粒徑小于0.05 mm的占13.3～90.1%，按照規(guī)范，依據(jù)規(guī)范顆粒含量按質(zhì)量比大于總質(zhì)量的6%，同時粒徑小于0.05 mm的屬于凍脹性土[12]。

兩岸干渠地層土壤以粉土為主。兩岸巖土毛細(xì)水上升高度為1.5 m，最大凍深0.95 m，兩岸干渠凍結(jié)期間地下水位距設(shè)計渠底的最小距離小于2.0 m，同時滿足以上三個條件，因此判定巖土具有凍脹性，建議換填砂礫料或采取其它防凍脹措施。

3.5 砂土地震液化問題

兩岸干渠渠堤地層巖性多以粉土為主，渠底地層巖性多以粉細(xì)砂為主，因此應(yīng)考慮地震液化問題。根據(jù)土的結(jié)構(gòu)、粒徑組成、松密程度及參考附近工程地質(zhì)資料，依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50287—99），分析判定如下：

工程區(qū)地震設(shè)防烈度為7°，根據(jù)取樣試驗(yàn)可知，該層相對密度在36%～45%，均小于70%，據(jù)此判斷該層存在液化的可能性。綜合判定粉砂、粉土均有液化的可能，抗震設(shè)計時應(yīng)考慮渠基的地震液化。

4 結(jié)論

工程區(qū)位于南天山褶皺帶內(nèi)的焉耆坳陷中部略偏西，在其60 km范圍內(nèi)，主要存在NWW向 (或近EW向)和NE向兩組區(qū)域性斷裂，根據(jù)地震資料，工程區(qū)內(nèi)地震活動相對周邊很弱。據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2001），工程區(qū)對應(yīng)的地震基本烈度為7°，其區(qū)域構(gòu)造地段相對穩(wěn)定。

孔隙潛水、層間承壓水是閘址區(qū)地下水的主要類型，距地表1.2～2.8 m處存在孔隙潛水。調(diào)查顯示，閘址承壓水頭的高程與潛水位相差不大。通過對閘址區(qū)的河水、孔隙潛水和層間承壓水，分別取樣進(jìn)行水質(zhì)分析，結(jié)果表明，閘址區(qū)域同一層位的水質(zhì)基本相同。從地下水埋深來看，淺層地下水（如潛水層）一般具有腐蝕性，深層地下水（如承壓水）一般無腐蝕性。建議對閘基礎(chǔ)采取適當(dāng)?shù)姆栏幚泶胧?/p>

閘址區(qū)地基為較厚的砂層與低液限粘土互層，砂層以不良級配的細(xì)砂～中細(xì)砂為主。經(jīng)地震液化初判、復(fù)判及液化等級的判定，認(rèn)為閘址區(qū)地基土中第②層砂層具有中等液化性，第④層頂面以下1～2 m厚的砂層具極輕微液化性，其它各層基本上不液化。建議設(shè)計時應(yīng)對閘址區(qū)第②層液化砂層采取抗液化措施，第④層砂層可酌情處理。

兩閘址在地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、場地穩(wěn)定等工程地質(zhì)條件方面基本一致，兩閘址均具備修建分水閘的工程地質(zhì)條件。兩閘基砂層的液化深度相差不大；考慮到河灘閘址第①層（低液限粘土）的建基穩(wěn)定性略優(yōu)越于河床閘址。另外，河灘閘址在修建施工過程中也相對優(yōu)越于河床閘址，綜合各方面因素，建議河灘閘址為推薦閘址。