沙灣縣金溝河工業(yè)園砂石料廠地質(zhì)環(huán)境治理設(shè)計(jì)

張秀梅，魏振山

(1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆地質(zhì)工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830091)

金溝河工業(yè)園砂石料廠治理區(qū)位于新疆沙灣縣縣城東南約2 km處的金溝河工業(yè)園區(qū)南部，北鄰S115省道，南鄰312國(guó)道(烏奎高速)，東距烏魯木齊市185 km，金溝河工業(yè)園區(qū)在東北端外接沙灣縣城市道路，通過(guò)城市道路可至115省道和烏奎高速公路，交通便利。取土料場(chǎng)位于治理區(qū)西部金溝河西岸，取土料場(chǎng)距離治理區(qū)中心約7.6 km，從治理區(qū)至取土料場(chǎng)有瀝青道路及碎石路通行。

為了改善當(dāng)?shù)氐匦蔚孛簿坝^，基本恢復(fù)土地功能，消除采砂坑對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響及周圍居民生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成的威脅，使治理區(qū)與周圍地質(zhì)環(huán)境相協(xié)調(diào)。因此，本文以新疆沙灣縣金溝河工業(yè)園砂石料廠治理區(qū)為工程背景，以往研究成果的基礎(chǔ)上[1-5]，根據(jù)勘查報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)踏勘成果，對(duì)金溝河工業(yè)園砂石料廠治理區(qū)編制了地質(zhì)環(huán)境治理工程設(shè)計(jì)和施工組織設(shè)計(jì)。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景條件

1.1 地形地貌

治理區(qū)位于天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣，地貌單元屬山前沖洪積傾斜平原，地層巖性主要為第四系上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)沖洪積松散砂礫石層。地形起伏不大，地勢(shì)由南向北緩傾斜，地形坡度20‰左右，海拔480～560 m。

治理區(qū)周邊地形起伏較小，在治理區(qū)內(nèi)共有采坑4個(gè)，CK2號(hào)采坑位于治理區(qū)西側(cè)，CK3號(hào)采坑位于治理區(qū)南側(cè)，CK4、CK5號(hào)采坑位于治理區(qū)東北側(cè)，采坑深度均不大，最深的約6 m，各采坑內(nèi)均有少量廢渣石或土堆，坑內(nèi)地形起伏不大，僅在坑壁處存在陡坎。露天采砂坑和廢料堆嚴(yán)重破壞了原始地貌形態(tài)。

1.2 地層巖性

治理區(qū)所在區(qū)域地層單一，為第四系上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)沖洪積層，巖性主要為砂礫石，稍密-中密。區(qū)內(nèi)局部地段分布有粉土，稍濕稍密，含植物根系。地層厚度大于100 m，地表植被較發(fā)育。

料場(chǎng)區(qū)出露地層為第四系上更新統(tǒng)沖洪積層，巖性上部局部為粉土，下部為砂礫石。粉土層厚0.3～3.8 m，粉土下部為砂礫層，中密-密實(shí)，該層厚度大于35 m。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

治理區(qū)位于天山北麓，準(zhǔn)噶爾坳陷南緣。大地構(gòu)造上隸屬準(zhǔn)噶爾-北天山褶皺系，北天山優(yōu)地槽褶皺帶中的烏魯木齊山前坳陷。烏魯木齊山前坳陷位于北天山北麓，準(zhǔn)噶爾南緣，是在華力西褶皺基底上發(fā)育的大型中-新生代坳陷。出露地層有三疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系?？辈閰^(qū)內(nèi)無(wú)褶皺、斷裂等構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。

治理區(qū)所在區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)在山區(qū)急劇上升，平原區(qū)相對(duì)沉降，于老構(gòu)造具有繼承性，區(qū)內(nèi)博格達(dá)山弧形構(gòu)造起主導(dǎo)作用。本區(qū)約在華力西晚期已初具規(guī)模，后來(lái)受燕山、喜瑪拉雅運(yùn)動(dòng)的影響，在古老的構(gòu)造格局基礎(chǔ)上，中新生界地層已卷入新的構(gòu)造格局之中。受新構(gòu)造的影響，古夷平面的繼續(xù)抬升，上第三系受擠壓和抬升成傾斜地層，山前深斷裂、構(gòu)造臺(tái)階的繼續(xù)活動(dòng)都是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的具體體現(xiàn)。

1.4 水文地質(zhì)條件

治理區(qū)位于山前沖洪積平原，地下水類型為單一結(jié)構(gòu)的第四系松散巖類孔隙潛水。地下水埋藏深度30～40 m，地下水流向由南向北，含水層巖性為砂礫石、中粗砂、細(xì)砂等，厚度大于30 m。在治理區(qū)一帶，單位涌水量4 601.9 m3/d·m，滲透系數(shù)89～135 m/d；地下水礦化度在0.2～0.4 g/L，水化學(xué)類型為HCO3-Ca型。

地下水主要接受南部山區(qū)地下水側(cè)向徑流、河谷潛流、河流入滲、渠系水入滲、灌溉水入滲及大氣降水的垂直入滲補(bǔ)給，主要以人工開采和地下徑流方式最終排泄于準(zhǔn)噶爾盆地。

1.5 工程地質(zhì)條件

治理區(qū)內(nèi)巖土體類型為礫類土單層土體。巖性主要為圓礫，青灰色、灰色為主，干，中密，顆粒磨圓度以亞圓狀為主，顆粒級(jí)配齊全，分選性一般，母巖巖性成份以砂巖、石英巖為主。工程地質(zhì)條件較好，不均勻系數(shù)在11～32.6之間，曲率系數(shù)在0.2～2.0之間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)天然容重試驗(yàn)，天然容重平均值為2.08 g/cm3。

取土料場(chǎng)內(nèi)巖土體類型為粉土、圓礫雙層結(jié)構(gòu)土體。上部粉土厚度0.3～3.8 m，干，稍密，工程地質(zhì)條件一般，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)天然容重試驗(yàn)結(jié)果，天然容重平均值為1.62 g/cm3。下部圓礫結(jié)構(gòu)中密，工程地質(zhì)條件較好，不均勻系數(shù)Cu在9.3～38.9之間，曲率系數(shù)在0.4～2.1之間，天然容重平均值為2.20 g/cm3。根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，最大干密度平均值為2.17 g/cm3，最優(yōu)含水率平均值為3.78%。

2 治理區(qū)主要地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題

治理區(qū)所處的沙灣縣金溝河工業(yè)園歷史上曾為砂石料礦區(qū)，閉礦后形成了4處采坑，除采坑外其周邊原始地表亦經(jīng)嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，地面高低不平，小型溝、坎、土堆遍地。露天采坑、廢料堆改變了原始地貌形態(tài)，所產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題主要為嚴(yán)重破壞了原始地質(zhì)環(huán)境，造成揚(yáng)塵、潛在崩塌、潛在地下水污染等次生地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。

采坑的開挖破壞了原始地表植被，使砂石、土堆裸露于地表，形成了揚(yáng)塵的策源地；深大陡立的采坑壁和人工開采邊坡，為崩塌的產(chǎn)生提供了條件；區(qū)內(nèi)礫石層孔隙發(fā)育，地層裸露的采坑底部，為地表污染物滲入地下含水層提供了通道。

3 地質(zhì)環(huán)境治理設(shè)計(jì)方案

3.1 采坑回填與邊坡整治

3.1.1 B1治理段

B1治理段位于治理區(qū)西部，占地面積60 801.17 m2，分布有CK2采坑，整個(gè)治理段均為采坑回填區(qū)。設(shè)計(jì)地面高程為555.2～547.7 m，自南西向北東坡降為1.33%。依據(jù)設(shè)計(jì)高程，通過(guò)土方計(jì)算，B1段削方體積7 188.1 m3，采坑回填體積74 105 m3。

CK2采坑削填不足部分66 916.9 m3從料場(chǎng)取土回填。采用1.2 m3挖掘機(jī)挖裝12 t自卸汽車運(yùn)輸，料場(chǎng)至CK2采坑的運(yùn)距為7.0 km?；靥顣r(shí)應(yīng)分層壓實(shí)，分層厚度為0.8 m，壓實(shí)系數(shù)為0.8，利用自卸汽車及推土機(jī)碾壓。

采砂坑與取土料場(chǎng)的圓礫土質(zhì)級(jí)別均為III類。

3.1.2 B2治理段

B2治理段位于治理區(qū)中部，占地面積122 455.79 m2，分布有CK2采坑，其中采坑回填區(qū)面積41 343.4 m，削填平整區(qū)面積81 112.39 m2。設(shè)計(jì)高程為551.0～545.4 m，自南西向北東坡降為1.03%。依據(jù)設(shè)計(jì)高程，通過(guò)土方計(jì)算，B2段削方體積17 767.5 m3，總回填體積107 929.7 m3。

首先對(duì)采坑南部平整區(qū)按設(shè)計(jì)高程采用132 kW推土機(jī)進(jìn)行削填平整，由于削填土方平衡后為負(fù)值，不足部分90 162.2 m3從邊坡整治區(qū)(B5治理區(qū))和料場(chǎng)取土回填，其中從邊坡區(qū)拉運(yùn)45 001.9 m3，從料場(chǎng)拉運(yùn)45 160.3 m3。邊坡區(qū)至CK3采坑的運(yùn)距為0.45 km，料場(chǎng)至CK3采坑的運(yùn)距為7.6 km。

回填時(shí)按設(shè)計(jì)要求預(yù)留出渠道，預(yù)留渠道區(qū)內(nèi)采用平板震動(dòng)夯分層夯實(shí)，分層厚度0.5 m，壓實(shí)系數(shù)0.88。

3.1.3 B3段

B3段位于治理區(qū)中部，占地面積90 786.7 m2，分布有CK4采坑，整個(gè)治理段均為采坑回填區(qū)。設(shè)計(jì)高程為546.5～541.45 m，自南西向北東坡降為1.25%。依據(jù)設(shè)計(jì)高程，通過(guò)土方計(jì)算，B3段削方體積8 204.7 m3，采坑回填體積200 138.1 m3。此外在該采坑內(nèi)還堆積有4 550 m3的植物垃圾(樹根)。

首先將CK4號(hào)采砂坑內(nèi)的植物垃圾(樹根)用1.2 m3挖掘機(jī)裝12 t自卸汽車清運(yùn)至縣城西部的垃圾場(chǎng)堆放，運(yùn)距4.6 km；采坑削填不足部分191 933.4 m3從料場(chǎng)取土回填，運(yùn)距為8.3 km?；靥顣r(shí)按設(shè)計(jì)要求預(yù)留出渠道。

3.1.4 B4段

B4段位于治理區(qū)東部，占地面積42 640.9 m2，分布有CK5采坑，整個(gè)治理段均為采坑回填區(qū)。設(shè)計(jì)高程為543.5～540.9 m，自南西向北東坡降為1.34%，設(shè)計(jì)高程為543.5～540.9 m。依據(jù)設(shè)計(jì)高程，通過(guò)土方計(jì)算，B4段削方體積1 375.4 m3，采坑回填體積93 810.5 m3。

CK5采坑削填不足部分92 435.1 m3從料場(chǎng)取土回填，運(yùn)距為8.75 km?；靥顣r(shí)按設(shè)計(jì)要求預(yù)留出渠道。

3.1.5 B5段

B5段位于治理區(qū)西南角，為本次新增治理范圍，占地面積171 941.85 m2。該治理段內(nèi)東側(cè)為邊坡整治區(qū)，西側(cè)為河道平整區(qū)。平整區(qū)面積144 202.05 m2，設(shè)計(jì)起算基準(zhǔn)高程點(diǎn)位于該段西側(cè)，自西向東坡降為0.74%，設(shè)計(jì)高程為556.1～549.6 m，平整時(shí)按設(shè)計(jì)要求預(yù)留出渠道；邊坡刷方區(qū)面積27 739.8 m2，坡頂設(shè)計(jì)高程為原始地面高程，設(shè)計(jì)放坡坡比為1:1，刷方量45 001.9 m3。

采用132 kW推土機(jī)按設(shè)計(jì)高程對(duì)河道進(jìn)行平整；采用1.2 m3挖掘機(jī)按設(shè)計(jì)坡比刷坡，所刷土方采用12 t自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)至CK3號(hào)采坑回填；預(yù)留渠道區(qū)內(nèi)采用平板震動(dòng)夯夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)0.88。

3.2 預(yù)留渠道

預(yù)留渠道以西南端烏奎高速橋涵為起點(diǎn)，樁號(hào)為K0+000，以東北端道路涵洞為終點(diǎn)，樁號(hào)為K1+727；渠道中心線與原河道主流線大致平行；共有4個(gè)轉(zhuǎn)彎點(diǎn)(交點(diǎn))，轉(zhuǎn)彎處平曲線半徑為20～50 m。

3.3 場(chǎng)地平整與治理區(qū)設(shè)施保護(hù)

采坑回填完畢后，按照設(shè)計(jì)高程對(duì)整個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行平整，平整采用132 kW推土機(jī)；對(duì)預(yù)留渠道底部及邊坡采用人工整修；對(duì)刷方邊坡采用1.2 m3挖掘機(jī)按設(shè)計(jì)坡比刷坡整飾。

3.4 工程說(shuō)明碑

治理工程結(jié)束后，在治理區(qū)設(shè)立永久性治理工程說(shuō)明碑，工程說(shuō)明碑布置在治理區(qū)進(jìn)口東側(cè)，斜交于工業(yè)園主干道布置。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)金溝河工業(yè)園砂石料廠治理區(qū)位于新疆沙灣縣縣城東南約2 km處的金溝河工業(yè)園區(qū)南部，地貌單元屬山前沖洪積傾斜平原，地層巖性主要為第四系上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)沖洪積松散砂礫石層。勘查區(qū)內(nèi)無(wú)褶皺、斷裂等構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。

(2)治理區(qū)采坑的開挖破壞了原始地表植被，使砂石、土堆裸露于地表，形成了揚(yáng)塵的策源地；深大陡立的采坑壁和人工開采邊坡，為崩塌的產(chǎn)生提供了條件；區(qū)內(nèi)礫石層孔隙發(fā)育，地層裸露的采坑底部，為地表污染物滲入地下含水層提供了通道。

(3)本治理項(xiàng)目主要針對(duì)治理區(qū)內(nèi)CK2、CK3、CK4、CK5四個(gè)采砂坑和南部不穩(wěn)定邊坡進(jìn)行治理，并在治理區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行削填平整，使其與周邊地形地物相協(xié)調(diào)，同時(shí)需按下游農(nóng)田灌溉要求預(yù)留出農(nóng)灌渠道。