紅峴子灌區(qū)維修改造工程區(qū)地質條件評價分析

楊元波，牛 盟，袁 凱

(陜西瀚泰水利水電勘測設計有限公司，陜西 西安 710000)

1 灌區(qū)概況

紅峴子灌區(qū)位于甘肅省永靖縣，灌區(qū)覆蓋范圍主要包括三條峴鄉(xiāng)、劉家峽鎮(zhèn)清和、塔什堡、下莊、三條峴、紅峴子、紅柳6個行政村，由一至五級泵站連接的干渠、十四條支渠和四支渠組成，干渠長達15.24 km，其上共設五級提水泵站，現(xiàn)總裝機15臺、總容量5 855 kw，總揚程424 m，其中一級泵站為低壓深井式泵站，位于劉家峽水庫大壩東端、連溝出口處，二、三、四、五級泵站均為高壓泵站。紅峴子灌區(qū)既具有防洪、生態(tài)供水的公益性功能，又承擔農(nóng)業(yè)灌溉任務，工程于1975年動工興建，1980年主體工程建成運行，灌溉面積分散，由各支渠引水灌溉，工程主要建筑物有提水泵站、明渠、座槽、隧洞、暗渠、渡槽、倒虹吸等。紅峴子灌區(qū)初期灌溉面積5 000畝，經(jīng)數(shù)次改造，灌溉面積達到1.05萬畝，但由于設備運行太久，渠道缺乏維護，截止2018年，實際灌溉面積為6 900畝。工程建成后，雖經(jīng)幾次小規(guī)模改造使干渠運行狀況得到了較大改善，但由于受資金短缺、設計標準低、施工質量較差、施工期物價指數(shù)上漲等諸多方面因素影響，渠道及渠系建筑物毀壞嚴重，各級泵站中機電設備損壞故障也較多。加上工程運行環(huán)境的改變，灌區(qū)干、支渠破損嚴重，水資源浪費也較大；泵站設備損壞，運行效率低。加之缺乏投資渠道，導致渠道工程改造維修困難，制約了當?shù)亟?jīng)濟和綜合效益的發(fā)展，對灌區(qū)進行節(jié)水配套改造要求極為迫切。

2 灌區(qū)維修改造工程實施條件分析

實施灌區(qū)改造維修工程是改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎條件，促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)農(nóng)民增收的重要前提。多年來縣級相關部門及灌區(qū)管理機構在中、小型不同規(guī)模提灌工程、引水工程、機井工程等不同工程類型項目實施中，積累了管理機制及改造維修經(jīng)驗，在技術設計、組織施工、項目落實、進度質量檢查等方面建立了一整套技術體系，可確保項目實施的的合理性和科學性。同時，灌區(qū)對工程建成后的維護制定了一套較完善的制度，已運行多年，效果較好，能夠確保工程的正常運行和管理。實施灌區(qū)改造的施工條件也具備，一是交通便利，縣域內縣鄉(xiāng)公路通暢，村村通道路大部分已經(jīng)硬化，可為項目建設運送物資及設備；二是電力充足，縣境內有10千伏高壓線路通過，覆蓋縣鄉(xiāng)村三級，沒有死角，可為工程建設運行管理提供強有力的用電保證。三是自然條件好，縣境內地勢南高北低，均向河谷川區(qū)傾斜；四是氣候屬于大陸性溫帶、半溫帶氣候，適宜糧食和多種經(jīng)濟作物種植，特別是蔬菜等規(guī)?；B片種植面積較大，管理方便。對紅峴子灌區(qū)實行改造項目建設，無論是從技術儲備還是從基礎經(jīng)濟條件、管護運行管理方面來看，都是完全可行的。

3 灌區(qū)維修改造內容

通過前期綜合勘察及施工條件分析，對灌區(qū)實施維修改造的主要內容為：

(1)泵站工程:對一級泵站更換電機2臺(含配件)，并對電氣設施進行改造；對二級泵站更換電機3臺(含配件)，對電氣設施進行改造，拆除重建管理房3間；對五級泵站更換電機3臺(含配件)，對電氣設施進行改造，拆除重建管理房3間。

(2)輸水設施改造：對總長度2 154 m的渠道進行改造；隧洞清淤總長度767.5 m；隧洞改造總長度110 m。

(3)附屬建筑物：主要改造3座分水閘。

4 灌區(qū)維修改造工程區(qū)地質條件分析

4.1 區(qū)域地質情況

灌區(qū)地貌單元主要為黃河峽谷區(qū)和河谷兩岸階地及中-低山黃土丘陵區(qū)，黃河發(fā)育I～VI階地，其中II～IV級階地較為發(fā)育。沖溝發(fā)育I、 II級階地。中、低山黃土區(qū)溝梁相間，沖溝發(fā)育，溝壑縱橫，地形破碎，植被稀疏。工程區(qū)黃海高程系海拔高程1 730～2 100 m。本工程部分段布置在 III、IV、V級階地上及階地前緣和斜坡腳地段，多數(shù)布置在黃土梁昴上。工程區(qū)出露的地層巖性由老至新如下：

(1)前震旦系馬啣山群(AnZmx4)：云母石英片巖、角閃片巖夾白云質大理巖。主要分布工程區(qū)一級泵站取水口及皮子溝山體。

(2)白堊系下統(tǒng)河口群(K1hk1)：砂礫巖、礫巖夾砂巖。主要分布工程區(qū)杏樹溝和魯班溝。

(3)上第三系上新統(tǒng)臨夏組(N2I1)：砂質粘土巖、砂礫巖、砂巖，巖性軟弱、易風化、遇水軟化、崩解、膨脹及失水干縮，泥鈣質膠結。主要分布紅峴子、后溝、臺子溝、長溝。工程區(qū)岀露的地層主要為該組巖層,也是隧洞圍巖的主要地層。

(4)侵入巖：加里東中期邊緣相石英閃長巖(δo32)、加里東中期邊緣相閃長巖 (δ32)。主要岀露于皮子溝、磨石溝、紅幌子溝。

(5)沖積砂卵礫石(alQ31)：結構疏松，局部夾砂透鏡體。卵礫石成分主要為花崗巖、石英巖、砂巖等，主要分布Ⅲ級階地的下部。

(6)沖積粉質壤土(alQ31)：局部有透鏡體。主要分布Ⅲ級階地及以上階地沖積砂卵礫石層之上。

(7)馬蘭黃土(eolQ32)：顏色為淺黃色，結構疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，具有濕陷性。披蓋于Ⅲ級階地及以上階地和黃土梁昴表面。工程渠線出露的主要地層。

(8)沖積砂卵礫石(alQ41)：卵礫石成分主要為花崗巖、石英巖、砂巖，一般粒徑1～2 cm，磨圓度好，無分選，松散，主要分布于Ⅱ級階地下部。

(9)沖洪積粉質壤土(al-plQ43)：呈褐灰色，結構疏松，覆蓋于Ⅱ級階地砂卵礫石之上。

(10)沖積砂卵礫石(alQ43)：結構疏松，主要分布在河床及河漫灘。

(11)沖洪積粉質壤土(al-plQ43)：結構疏松，主要分布于河床及河漫灘之上。

(12)洪積砂碎石土 (plQ43)：厚度變化大，主要分布于溝道中和山前洪積扇上。

4.2 地質構造

工程區(qū)位于個化～臨夏盆地東北邊緣，三條幌鄉(xiāng)以北的區(qū)域斷裂為逆斷層，走向呈近東西向，延伸長度大于10 km，傾向北或北東，傾角55°～70°，主構造線形跡以東西向為，溝道主要走向為北北東向，巖層多呈單斜狀，斷裂構造不發(fā)育。工程區(qū)無活動性斷裂。工程區(qū)屬穩(wěn)定區(qū)。

根據(jù)國家2001年出版的《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》(GB18306-2015)，工程區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度為0.15 g，地震動反應譜特征周期為0.45 s。

4.3 物理地質現(xiàn)象

工程區(qū)內不良物理地質現(xiàn)象不甚發(fā)育，多為沿溝道斜坡及地形陡峭地段發(fā)育小規(guī)模的崩塌、塌滑、黃土落水洞、溯源侵蝕，基巖風化帶、卸荷帶產(chǎn)生崩塌。對工程影響最大的是馬蘭黃土濕陷引起沉降和溯源侵蝕破壞及基巖風化、崩塌。

4.4 水文地質條件

工程區(qū)地下水按賦存條件，主要分為第四系孔隙性潛水及基巖裂隙水兩類。基巖裂隙水主要賦存于基巖裂隙中，由于受基巖裂隙發(fā)育及巖性特征限制，基巖裂隙水賦存條件差，受季節(jié)性影響較大，地下水量很小，以泉水或徑流的形式排泄地表或補給于第四系孔隙之中。第四系孔隙性潛水主要埋藏于各級階地砂卵礫石層中，受大氣降水和灌溉入滲補給及基巖裂隙水補給，排泄于基巖或溝道地表，或者排泄于沖溝。工程區(qū)引水水源為劉家峽庫區(qū)的黃河水，對普通水泥無腐蝕性。渠道所引水為沿線當?shù)卮迕耧嬘盟础?/p>

4.5 工程地質

4.5.1 干渠地質條件

灌區(qū)管理所門口渠道渠基為洪積粉質壤土，厚度3～6 m，下部為沖洪積砂卵礫石層，渠體有滲漏現(xiàn)象；三級泵站渡槽后渠道渠基為馬蘭黃土，下伏基巖為上第三系上新統(tǒng)臨夏組沙質粘土巖；22#-23#隧洞間渠道基礎為人工填土及粉質壤土；23#-24#的隧洞間渠道為傍山明渠，以填方渠道為主，局部半挖半填，基礎為人工填土及馬蘭黃土，局部為洪積碎石土；27#隧洞前渠道為傍山明渠，以填方渠道為主，局部半挖半填，基礎為馬蘭黃土和第三系上新統(tǒng)臨夏組沙質粘土巖，未襯砌；27#隧洞后渠道為明渠，以挖方渠道為主，局部半挖半填，基礎為人工填土、洪積砂碎石土和粉質壤土為主，下伏第三系上新統(tǒng)臨夏組沙質粘土巖；四支渠1#隧洞前渠道為傍山明渠，以挖方渠道為主，局部半挖半填，渠基為馬蘭黃土和第三系上新統(tǒng)臨夏組沙質粘土巖，局部為洪積砂碎石土；四支渠3#-4#隧洞間渠道為傍山明渠，以挖方渠道為主，局部半挖半填，渠基為馬蘭黃土和第三系上新統(tǒng)臨夏組沙質粘土巖，局部為洪積砂碎石土。

4.5.2 隧洞地質條件

隧洞進出口部分段為馬蘭黃土或砂碎石土，洞身表層為馬蘭黃土，土質疏 松，具濕陷性。隧洞圍巖以上第三系上新統(tǒng)臨夏組砂質粘土巖為主，局部為砂巖和 砂礫巖，巖性軟弱、易風化、遇水軟化、崩解、膨脹及失水干縮，圍巖類別以III、IV、V類為主。大部分洞室已進行襯砌支護，進出口洞臉邊坡穩(wěn)定。

4.5.3 泵站地質條件

一級泵站泵房基礎為前震旦系馬啣山群云母石英片巖、角閃片巖夾白云質大理巖，巖層產(chǎn)狀NW330°NEZ55°,巖石致密堅硬，裂隙發(fā)育，取水口兩側基巖坡度近80°,局部卸荷和風化裂隙發(fā)育，產(chǎn)生局部崩塌和掉塊。

二級泵站泵房及壓力管道段鎮(zhèn)墩基礎為馬蘭黃土，厚度5～20 m，壓力管道邊坡和鎮(zhèn)墩基礎穩(wěn)定。馬蘭黃土屬自重濕陷性黃土。下伏基巖為加里東中期邊緣相石英閃長巖，巖石堅硬。

五級泵房進水口前池及泵房基礎表層為人工填方，厚度1～2 m，下部為洪積砂碎石土，厚度3～5 m。

4.6 建筑材料

4.6.1 土料

紅峴子灌區(qū)干渠及四支渠引水線路，工程呈線狀分布，沿線廣泛分布馬蘭黃土，土質疏松，根據(jù)各段渠道橫斷面，渠道開挖土料量均大于回填量，因此回填土料以采用開挖料為主，各項指標均滿足土料質量指標要求。

4.6.2 砼骨料

塊石料及混凝土粗細骨料從當?shù)夭少徆?，根?jù)前期調查，劉家峽鎮(zhèn)料場儲量豐富，質量符合技術質量標準，完全滿足設計要求。料場至項目區(qū)平均運輸距離30 km。

4.6.3 其他建筑材料

本工程所需的水泥、鋼筋、木材等可直接從蘭州市購買，運距70 km。

5 結語

紅峴子灌區(qū)改造部位相對分散，掌握工程區(qū)工程地質條件是對灌區(qū)實施維修改造的前置條件，通過工程勘察、結合歷史工程地質資料分析可見，工程維修改造的范圍主要分段布置在 III、IV、V級階地上及階地前緣和斜坡腳地段，多數(shù)也布置在黃土梁昴上。研究區(qū)地質條件以粉質壤土和馬蘭黃土為主，在主體工程施工前，建議對渠道、隧洞及建筑物基礎進行換填，回填土料可采用開挖料，塊石料及混凝土粗細骨料應從當?shù)夭少彛屹|量應符合技術質量標準。在工程全面實施過程中，也應加強地質工作，保證工程安全高質量實施完成，從而保障灌區(qū)干渠的正常運行，為當?shù)厝罕娹r(nóng)業(yè)灌溉及基本生活提供水資源保障。