新疆瑪河水源地輸水區(qū)工程地質(zhì)分析

王 芳

（新疆瑪納斯河流域管理局，新疆 石河子 832000）

1 瑪河水源地輸水區(qū)工程概況

新疆瑪河輸水工程取水地，位于瑪河流域低山丘陵區(qū)。水源地36 眼集水井呈線性分布，布置于瑪河左、右岸，壓力引水池位于水源地集水井下游約4.4 km 處，輸水管線沿瑪河右岸布置，至壓力引水池約9 km。瑪河河谷水源地工程采用管井開采地下水方案，年總供水量0.74 億m3，用于下游瑪納斯縣和石河子市生活、工業(yè)用水，同時(shí)為緩解瑪河灌區(qū)春旱和“卡脖子旱”供水?，敽铀吹剌斔こ讨饕勺蟀都芫€、右岸集水管線、輸水管線三部分組成。

2 輸水區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 左岸集水管線

左岸集水管線位于瑪河左岸，樁號(hào)0+000—3+559。其中，樁號(hào)0+000—3+280 段位于瑪河Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地，南西高、北東低，地形坡度約15.9‰，巖性以沖積含漂卵石層為主，勘察查明地下水埋深一般大于3.0 m。樁號(hào)3+280—3+559 段位于瑪河河床，地形南西高、北東低，順管線方向地形坡度約2.5‰，其地層為含漂卵礫石層，地下水埋深一般0～0.5 m，在勘察期間河水深0.3 m 左右；含漂石卵礫石層富水性較強(qiáng)，滲透系數(shù)介于61.74～127.72 m/d。

2.2 右岸集水管線

右岸集水管線位于河床及河漫灘上，樁號(hào)0+000—4+359.5。地形南西高、北東低，地形坡度約9.1‰，巖性為沖洪積含漂卵石層，樁號(hào)0+000—2+500，地下水埋深一般3～19 m（向北漸淺）、2+500—4+359.58，地下水埋深一般0～3.0 m，勘察期間集水管線上河水深0.3 m 左右。含漂石卵礫石層富水性較強(qiáng)，滲透系數(shù)介于61.74～127.72 m/d。

2.3 輸水管線

輸管管線經(jīng)過河床、河漫灘及河谷Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地，地形南高北低，總地形坡度約7‰。樁號(hào)0+000.0—8+782.5。其中，樁號(hào)0+000—5+15 位于河床及河漫灘上，局部為Ⅰ級(jí)階地，地形總體平坦，坡度約7.0‰；樁號(hào)5+150—7+360 位于河谷Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地上，巖性為含礫粉土；樁號(hào)7+360—8+782.5，位于河谷Ⅱ級(jí)階地上，巖性為卵礫石，地下水埋深大于7 m。

3 輸水區(qū)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

輸水區(qū)工程場(chǎng)地位于Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地及瑪河河床，無陡坡，僅老渠道段處于Ⅲ階地前緣，坡角較大，但階地陡坎為第三系泥巖與泥質(zhì)砂巖，陡坡較穩(wěn)定。同時(shí)無大的陡坡與深切洪溝，現(xiàn)場(chǎng)勘察表明場(chǎng)地不具備泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的形成條件，但賦存環(huán)境（土和環(huán)境水）對(duì)輸水工程建筑物具有一定影響。

3.1 土的凍脹性

依據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 211-2006）規(guī)定：“土中粒徑小于0.075 mm 的土粒質(zhì)量大于總質(zhì)量10%的土為凍脹土”來評(píng)價(jià)工程區(qū)土的凍脹性。

工程區(qū)最大凍土深度1.4 m，左岸集水管線中部（樁號(hào)0+265—3+280）及輸水管線在老渠道段（樁號(hào)5+150—7+360），分布有厚度1.5～3.0 m 低液限粉土與粘性土；根據(jù)顆粒分析資料，其小于0.075 mm 的土粒質(zhì)量占總量的61.8%～92.0%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10%的標(biāo)準(zhǔn)，因此為凍脹土，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意防凍措施。其它管線段的地基巖性主要為卵礫石、砂礫石混合土，小于0.075 mm 的土粒質(zhì)量占總量1.5%～3.0%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10%的標(biāo)準(zhǔn)，為非凍脹性土。

3.2 土的腐蝕性

在供水管線基礎(chǔ)覆蓋土層，取24 組土樣進(jìn)行易溶鹽分析，含鹽量介于0.06%～0.3%，表面地基土均為非鹽漬土。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001）的土壤腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于Ⅲ類環(huán)境的地基土進(jìn)行評(píng)價(jià)。

24 組土樣中Tk3（0.5 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m）、Tk4（0.5 m）SO42-離子含量為552～1 665 mg/kg，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性；其余試樣中SO42-離子含量為150～451 mg/kg，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性。土樣中Mg2+離子含量為0.0～89 mg/kg，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性。24 組土樣中Tk10（0.5 m）、Tk17（0.5 m）、Tk20（0.5 m）的Cl-離子含量為577～931 mg/kg，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有中等腐蝕性。Tk3（1.5 m、2.0 m、2.5 m）、Tk6（0.5 m、1.0 m、）的Cl-離子含量為312～489 mg/kg，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有弱腐蝕性；其余試樣中Cl-離子含量在44～226 mg/kg 之間，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有微腐蝕性。

3.3 環(huán)境水的腐蝕性

依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487-2008）及《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001），對(duì)工程區(qū)主要分布的地表瑪河河水、河床與階地地下水的腐蝕性分別進(jìn)行評(píng)價(jià)：

3.3.1 地表瑪河河水腐蝕性評(píng)價(jià)

根據(jù)在水源地上下游取水質(zhì)分析，環(huán)境類別按Ⅲ類考慮，地表水中Mg2+與S042-對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性、Cl-對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具有微腐蝕性，據(jù)PH值與S042-、Cl-含量綜合判別，表明地表瑪河河水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

3.3.2 河床與階地地下水的腐蝕性評(píng)價(jià)

在工程探坑中，取地下水水樣分析資料，環(huán)境類別按Ⅲ類考慮，左岸集水管線樁號(hào)1+200—3+280 段、右岸集水管線2+200—4+359.58 段、輸水管線樁號(hào)0+000—5+800 段，及前池地下水位，埋藏深度一般在0～2.5 m 之間，地下水中Mg2+與S042-對(duì)普通水泥具有微腐蝕性，Cl-對(duì)混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

4 輸水區(qū)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)及建議

4.1 左岸集水管線

0+000—0+265 段，位于瑪河左岸河床及河漫灘，巖性為卵石混合土，厚度大于20.0 m。經(jīng)試驗(yàn)得出，不均勻系數(shù)Cu為29.6，曲率系數(shù)Cc為7.8，表明級(jí)配不良，自然休止角35o，含水率2.2%，含泥量1.6%，比重2.69。開探深度一般小于5 m，地下水埋深大于5 m，地下水對(duì)基礎(chǔ)無影響，地基土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋具有微腐蝕性；根據(jù)動(dòng)力融探試驗(yàn)資料，建議卵礫石層，按承載力400 kPa 設(shè)計(jì)，開挖坡比取1∶1.00～1∶1.25。

0+265—3+280 段，位于瑪河左岸Ⅰ、Ⅱ級(jí)階，表層為粉土，厚0.5～2.0 m，下部為卵石混合土，厚度大于20.0 m。經(jīng)試驗(yàn)，不均勻系數(shù)Cu=13～42.9，曲率系數(shù)Cc=4.5～10.4，表明級(jí)配不良，自然休止角34°～39°，含水率1.2%～1.9%，含泥量1.5%～3.0%，比重2.67～2.68。開探深度一般在3～5 m，地下水埋深1.0～3.2 m。綜合判別，表層細(xì)粒土具有凍脹性，地基土與地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋具有弱腐蝕性，地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性；根據(jù)動(dòng)力融探試驗(yàn)資料，建議卵礫石承載力400 kPa，開挖坡比為水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。由于該段地下水位埋藏淺，水量豐富，管道開挖時(shí)應(yīng)考慮排水方案。

3+280—3+559 段，處于瑪河床及河漫灘，巖性為卵石混合土，厚度大于25.0 m。經(jīng)試驗(yàn)，不均勻系數(shù)Cu=20.7～34.7，曲率系數(shù)Cc=5.4～7.4，表明級(jí)配不良，自然休止角35°～39°，含水率1.1%～2.1%，含泥量2.3%～2.7%，比重2.69。地下水埋深0～0.6 m。綜合評(píng)價(jià)，地基土與地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋具有微腐蝕性，地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性；建議卵礫石承載力400 kPa，開挖坡比為水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。本段橫穿河床，需采取防洪抗沖刷措施，防止洪水對(duì)管道的沖刷破壞作用。由于該段地下水位埋藏淺，水量豐富，管道開挖施工時(shí)應(yīng)考慮排水方案。

4.2 右岸集水管線

0+000—2+200 段，位于瑪河右岸河床及河漫灘，巖性為卵石混合土，厚度大于20.0 m。試驗(yàn)表明，不均勻系數(shù)Cu=20.0～74.1，曲率系數(shù)Cc=2.7～10.1，表明級(jí)配不良，自然休止角35°～40°，含水率1.1～3.0%，含泥量1.0～3.0%，地下水埋深一般3～19 m。地基土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋具有微腐蝕性；建議卵礫石按承載力400 kPa，開挖坡比為水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。由于該段地下水位埋藏淺，水量豐富，管道開挖施工時(shí)應(yīng)考慮排水方案。

2+200—4+359.5 段，位于瑪河右岸河床及河漫灘，巖性為卵石混合土，厚度大于20.0 m。試驗(yàn)表明，不均勻系數(shù)Cu=20.0～74.1，曲率系數(shù)Cc=2.7～10.1，表明級(jí)配不良，自然休止角35°～40°，含水率1.1～3.0%，含泥量1.0～3.0%，開挖深度一般3～4.5 m，地下水埋深一般0～3 m。綜合評(píng)價(jià)，地基土及地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋具有微腐蝕性，地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性；建議卵礫石層按承載力400 kPa 設(shè)計(jì)，開挖坡比為水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。由于該段地下水位埋藏淺，水量豐富，管道開挖施工時(shí)應(yīng)考慮排水方案。

4.3 輸水管線

0+000—5+150 段，位于瑪河右岸河床及河漫灘，卵石混合土，厚度大于5.0 m，不均勻系數(shù)Cu=12.9～50.8，曲率系數(shù)Cc=4.3～12.8，表明級(jí)配不良，自然休止角33°～37°，含水率1.0～2.4%，含泥量一般1.6～2.7%，地下水埋深0.0～1.6 m，開挖深度一般3～5 m；河水深度一般小于0.5 m，綜合評(píng)價(jià)，地基土及地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋具有微腐蝕性、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性；建議卵礫石承載力400 kPa，開挖坡比為水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。由于本段位于現(xiàn)河床中，供水管道沿線必須進(jìn)行防洪設(shè)計(jì)，防止洪水對(duì)管道的破壞；該段地下水位埋藏淺，水量豐富，管道開挖施工時(shí)應(yīng)考慮排水方案；本段管線處于河床及河漫灘中，故需采取防洪抗沖刷措施。

5+150—7+360 段，位于瑪河?xùn)|岸的Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)階地，地形平緩，表層為粉土、粘土，厚0.5～2.5 m，其下為卵礫石層，厚度大于5 m，不均勻系數(shù)Cu=17.9～50.8，曲率系數(shù)Cc=4.3～10.7，表明級(jí)配不良，自然休止角34°～36°，含水率1.0%～1.3%，含泥量一般2.1%～3.1%，地下水位埋藏深度2.5～3.5 m，開挖深度約5 m；基礎(chǔ)處于卵礫石地層上，表層細(xì)顆粒粉土與粘性土具有凍脹性、對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性、對(duì)鋼筋有弱～中等腐蝕性；卵礫石地層對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，對(duì)鋼筋具有弱腐蝕性；地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋具有微腐蝕性、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。綜合評(píng)價(jià)，地基土及地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋具有弱腐蝕性、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性；建議卵礫石承載力400 kPa，開挖坡比為水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。由于該段地下水位埋藏淺，水量較為豐富，管道開挖施工時(shí)應(yīng)考慮排水方案。

7+360—8+782.5 段，位于瑪河?xùn)|岸的Ⅱ級(jí)階地，地層為粉土及粉砂，厚度一般小于0.8 m，呈稍濕狀態(tài)，結(jié)構(gòu)松散；不均勻系數(shù)Cu=17.9～50.8，曲率系數(shù)Cc=4.3～10.7，表明級(jí)配不良，自然休止角34°～36°，含水率1.0%～1.3%，含泥量2.1%～3.1%，樁號(hào)7+360～8+300 段，地下水埋深一般5～8 m、樁號(hào)8+300 以北地下水埋深大于50 m。綜合評(píng)價(jià)，地基土及地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋具有弱腐蝕性、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，根據(jù)動(dòng)力融探試驗(yàn)資料，建議卵礫石承載力400 kPa，開挖坡比為水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。

5 結(jié)語

新疆瑪河河谷水源地工程的修建，為石河子市和瑪納斯縣提供了生產(chǎn)、生活及抗旱用水。通過工程地質(zhì)勘察實(shí)踐，查明了水源地輸水區(qū)的地形地貌、巖性物質(zhì)組成等工程地質(zhì)條件，根據(jù)試驗(yàn)對(duì)覆土進(jìn)行了凍脹性分類，對(duì)土和環(huán)境水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上分段對(duì)集水管線和輸水管線進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，最終給出了指導(dǎo)工程實(shí)踐應(yīng)用的對(duì)策建議。