沁陽(yáng)市沁河段某下穿供水管線場(chǎng)地工程地質(zhì)穩(wěn)定性及適宜性評(píng)價(jià)

錢志芳

摘 要：供水管線穿越區(qū)位于濟(jì)源凹陷沖積平原中部，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，場(chǎng)區(qū)地貌為河漫灘及河床，地層分布穩(wěn)定，適宜管道工程建設(shè)。兩岸及河床地下水埋深為1.70～7.70 m，穩(wěn)定地下水位標(biāo)高111.44～113.25 m，年變幅1.00～3.00 m。河床為“U”形，河勢(shì)較穩(wěn)定，管線穿越斷面百年一遇沖刷深度為13.50 m；穿越段兩側(cè)堤內(nèi)砂土均不具液化性，堤外漫灘、沁河主河道附近的砂土存在液化的可能，液化等級(jí)為輕微；穿越斷面河床穩(wěn)定性較好。穿越場(chǎng)區(qū)在枯水期適宜大開(kāi)挖方式施工，管道埋深應(yīng)小于最大沖刷深度，穿越地層可選取相對(duì)穩(wěn)定的下部粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土層。

關(guān)鍵詞：沁河；供水管線；下穿工程；工程地質(zhì)特性；適宜性

1?工程地質(zhì)條件

1.1? 地形地貌

供水管線穿越區(qū)地處濟(jì)源凹陷沖積平原中部，場(chǎng)區(qū)地貌為河漫灘及河床，穿越軸線方向與沁河河道近直交。河道斷面總體呈寬緩的“U”形，河道北岸地勢(shì)平坦開(kāi)闊，地面高程在117.16～120.02 m，岸坡多見(jiàn)崩塌現(xiàn)象；河道南岸沿河分布沁陽(yáng)大堤，堤內(nèi)地勢(shì)較平坦開(kāi)闊，地面高程一般在114.50～118.09 m，南北兩岸岸坡高2.00～2.50 m。

1.2? 地層結(jié)構(gòu)

研究區(qū)地層分布較穩(wěn)定，主要為第四系沖洪積粉質(zhì)黏土、中砂、粉細(xì)砂、卵石。

（1）黃土狀粉質(zhì)黏土：表層0.40 m為耕植土，可塑狀，無(wú)搖振反應(yīng)，結(jié)構(gòu)及韌性差，厚3.50～6.00 m，層底標(biāo)高112.09～116.20 m。

（2）粉質(zhì)黏土：可塑狀，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，有4個(gè)分層，①層厚1.40～10.80 m，層底標(biāo)高100.32～108.59 m；②層厚1.00～12.30 m，層底標(biāo)高80.00～97.32 m；③層厚2.50～13.00 m，層底標(biāo)高74.15～83.73 m；④層未揭穿。

（3）中砂：松散狀，局部稍密，濕～飽和，局部夾膠結(jié)狀砂，粉土薄層。多見(jiàn)灰白色螺殼碎屑，偶見(jiàn)小礫石，厚1.00～24.20 m，層底標(biāo)高89.59～112.82 m。

（4）卵石：稍密狀，飽和，卵石質(zhì)量分?jǐn)?shù)在55%左右，粒徑主要為2～4 cm，局部分布，厚0.80～9.10 m，層底標(biāo)高89.11～100.79 m。

（5）粉細(xì)砂：稍密～中密狀，飽和，局部膠結(jié)狀，夾砂結(jié)石，厚1.80～12.50 m，層底標(biāo)高78.90～93.87 m。

1.3? 水文地質(zhì)

1.3.1? 地表水

沁河屬于常年性河流，河道比降為0.57‰。平水期水面寬85.00 m，水位在110.00 m，水深2.00 m，流速為0.7 m/s；洪水期最高水位在119.68 m，最大流速為3.0 m/s，最大流量為5 980 m3/s。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)[1]，沁河穿越斷面建議百年一遇沖刷深度取值為13.50 m。

1.3.2? 地下水

研究區(qū)地下水主要為第四系松散層孔隙水，賦存于場(chǎng)地表層松散堆積的卵石層、砂土層內(nèi)，滲透性能好，富水性好，含水量大。兩岸及河床地下水埋深為1.70～7.70 m，穩(wěn)定地下水位標(biāo)高111.44～113.25 m，年變幅1.00～3.00 m。地下水水位的變化主要受沁河水漲落控制，河水上漲時(shí)，河水補(bǔ)給地下水；河水水位下降時(shí)，地下水向河流排泄。

1.4? 特殊性土及不良地質(zhì)作用

研究區(qū)存在季節(jié)性凍土，標(biāo)準(zhǔn)凍深小于60 cm。不良地質(zhì)作用主要是河流左岸的表層巖體（中砂）較為松散，加之整體地形較陡，有發(fā)生崩塌的危險(xiǎn)，建議施工時(shí)做好臨時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)輔以被動(dòng)網(wǎng)等相關(guān)保護(hù)措施，保證施工安全[2]。

2?環(huán)境水、場(chǎng)地土的腐蝕性評(píng)價(jià)

2.1? 環(huán)境水的腐蝕性評(píng)價(jià)

在穿越區(qū)取地下水樣3組、地表水樣1組進(jìn)行水質(zhì)分析。地下水硫酸鹽（SO₄^2-）質(zhì)量濃度為146.0 mg/L，腐蝕等級(jí)為微；鎂鹽（Mg²⁺）質(zhì)量濃度為49.7 mg/L，腐蝕等級(jí)為微；總礦化度為517.0 mg/L，腐蝕等級(jí)為微。研究區(qū)環(huán)境水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及其中的鋼筋具有微腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)（如管道）具有弱腐蝕性[2]。

2.2? 場(chǎng)地土的腐蝕性評(píng)價(jià)

在穿越區(qū)測(cè)量土壤視電阻率3處，測(cè)試值分別為50.3 Ω·m和88.7? Ω·m。取土試樣4組，場(chǎng)地土中Cl-的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.95 mg/kg，pH為8.80，腐蝕等級(jí)為微，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及其中的鋼筋具有微腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)（如管道）具有弱腐蝕性[2]。

3?河床及岸坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1? 地基土承載力

為了判別土層均勻性和劃分土層、地基液化可能性及等級(jí)，估算地基承載力和壓縮模量[1]，本次勘查分層進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。

在卵石地層中進(jìn)行了超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，累計(jì)進(jìn)尺20.20 m。按地層實(shí)測(cè)擊數(shù)和修正擊數(shù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)場(chǎng)地土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、原位測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果，中砂標(biāo)貫擊數(shù)（修正值）為7.9～13.1，粉細(xì)砂標(biāo)貫擊數(shù)（修正值）為9.7～11.2，松散～稍密卵石N₁₂₀擊數(shù)（修正值）為1.5～5.2，標(biāo)準(zhǔn)值為3.3，綜合確定地基土的承載力特征值（f_ak）如表3所示。

3.2? 河床穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

該河屬于常年性河流，上下游河道較順直，河床為“U”形，地形起伏小，河勢(shì)較穩(wěn)定。研究區(qū)覆蓋層巖性主要為中砂、粉質(zhì)黏土及卵石，其中，揭穿中砂最大厚度為9.80 m，平均厚度約為8.00 m，密實(shí)度為松散～稍密，表層中砂在洪水期易被沖刷移動(dòng)，為不穩(wěn)定層。下部粉質(zhì)黏土層抗沖能力強(qiáng)，為穩(wěn)定層；卵石分布不均勻，最大厚度約為3.20 m，平均厚度約為2.00 m，呈松散狀，抗沖能力差，為不穩(wěn)定層。穿越段河床總體以淤積為主，并形成了穿越區(qū)河道的“地上懸河”；相對(duì)而言，河床的沖刷情況不明顯。

穿越區(qū)為河道清淤段，主要采用人工采砂對(duì)河床進(jìn)行清理。因此，穿越段上游多分布人工采砂場(chǎng)，目前采砂最大深度約為4.00 m，穿越工程應(yīng)考慮上述變化趨勢(shì)對(duì)工程建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的不利影響。雨季和冰雪融化季節(jié)河水流量大、流速快，對(duì)河床的沖刷作用較強(qiáng)。整體來(lái)看，該穿越斷面河床穩(wěn)定性較好。

3.3? 岸坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)穿越區(qū)所處沁河河道起伏彎曲，河床第四系沖、洪積物厚度變化及物質(zhì)組成相變，兩岸堆積物明顯的不對(duì)稱性等綜合分析，穿越區(qū)河谷經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的演變。

雖然河道兩岸受河床邊界及堤防的約束，但近年來(lái)沁河下游河槽萎縮，排洪能力降低，河勢(shì)變化頻繁。在穿越軸線下游約500.00 m處形成了一個(gè)較大彎道，彎道上游河勢(shì)不順，致使穿越軸線附近左岸漫灘逐年后退，形成“U”字形后流向下游。雖然近年來(lái)采取了工程措施，但是該段不利河勢(shì)并未改變，下游張村附近形成的“U”形彎繼續(xù)朝著彎底方向發(fā)展，河勢(shì)更加彎曲。

從河道變化情況來(lái)看，穿越軸線沁河下游岸坡的演變可能逐漸上移，并影響穿越段的岸坡，威脅管道的安全[3]。岸坡坍塌后，坍滑體堆積于河床之上，若河床下伏管道埋深較小，可能將其擠壓變形，影響管道安全運(yùn)行，且洪水季節(jié)河流沖刷淘蝕較為劇烈，容易造成塌岸等邊坡隱患，現(xiàn)場(chǎng)也發(fā)現(xiàn)岸坡局部（北岸）有輕微垮塌現(xiàn)象，岸坡穩(wěn)定性差，因此，建議對(duì)岸坡采用漿砌塊石護(hù)岸墻或混凝土護(hù)岸墻。

3.4? 場(chǎng)地液化評(píng)價(jià)

穿越段地表以下20.00 m范圍內(nèi)以第四系全新統(tǒng)的砂性土為主，一般厚1.00～24.20 m，砂土大部分處于水下，呈飽和狀態(tài)，需進(jìn)行砂土液化判別，鉆孔標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

根據(jù)分析結(jié)果，穿越段兩側(cè)堤內(nèi)砂土均不具液化性；堤外漫灘、沁河主河道附近的砂土有液化的可能，液化等級(jí)為輕微。需注意，在管道施工掘進(jìn)中，機(jī)械的振動(dòng)作用較強(qiáng)，易誘導(dǎo)砂土液化，應(yīng)防止機(jī)械接觸振動(dòng)液化的產(chǎn)生[2-3]。

4?管道穿越方式適宜性評(píng)價(jià)

研究區(qū)地形平坦開(kāi)闊，交通便利，場(chǎng)地條件利于設(shè)備展布及施工；河床和南岸岸坡穩(wěn)定性較好，北岸岸坡穩(wěn)定性較差，需要采取護(hù)岸措施；研究區(qū)地層分布穩(wěn)定，穿越斷面地層主要有粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、中砂、卵石；穿越斷面河水面較寬，勘查期間水面寬約77.70 m，最大水深約為2.0 m，水流較緩；研究區(qū)無(wú)活動(dòng)構(gòu)造通過(guò)。綜合考慮，若在枯水季節(jié)施工，河水較淺時(shí)，研究區(qū)適宜大開(kāi)挖方式穿越，管道埋深應(yīng)小于最大沖刷深度，建議在滿足管道覆蓋層厚度要求后，選取相對(duì)穩(wěn)定的③-1粉質(zhì)黏土、③-2粉細(xì)砂、③-4粉質(zhì)黏土為主要管道穿越地層。

5?結(jié)論

（1）研究區(qū)地層分布穩(wěn)定，地貌為沖積平原、漫灘及河床，地形平坦開(kāi)闊；沁河屬常年性河流，河道比降為0.57‰，管道穿越斷面百年一遇沖刷深度為13.50 m；兩岸及河床地下水埋深1.70～7.70 m，穩(wěn)定地下水位標(biāo)高111.44～113.25 m，年變幅1.00～3.00 m。研究區(qū)適宜管道工程建設(shè)。

（2）河床為“U”形，地形起伏小，河勢(shì)較穩(wěn)定，穿越段河床總體以淤積為主，該穿越斷面河床穩(wěn)定性較好。由于河道沖刷，岸坡穩(wěn)定性差，建議對(duì)岸坡采用漿砌塊石護(hù)岸墻或混凝土護(hù)岸墻。

（3）穿越段兩側(cè)堤內(nèi)砂土均不具液化性；堤外漫灘、沁河主河道附近的砂土存在液化的可能，液化等級(jí)為輕微。在管道施工掘進(jìn)過(guò)程中，機(jī)械的振動(dòng)作用較強(qiáng)，易誘導(dǎo)砂土的液化，應(yīng)防止施工過(guò)程中機(jī)械接觸振動(dòng)液化的產(chǎn)生。

（4）穿越研究區(qū)在枯水期，河水較淺時(shí)，適宜大開(kāi)挖方式穿越，管道埋深應(yīng)小于最大沖刷深度，可選取相對(duì)穩(wěn)定的③-1粉質(zhì)黏土、③-2粉細(xì)砂、③-4粉質(zhì)黏土為主要穿越地層。

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