新疆某灌区干管系统灌溉工程地质评价

梁新平

(新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830002)

1 工程概况

某灌区牧区定居饲草料基地位于新疆青河县西部中间，乌伦古河上游河段二台水文站以北 10m处，青河县阿热勒托别乡西南，萨尔托海乡以北，喀旦逊套山以西，青河县与富蕴县交界处的阿苇戈壁上，阿苇灌区距离青河县城 45km，总灌溉面积1.667 万 hm2。

一、四干管系统位于灌区北部和中部，一干管系统位于灌区的北边界，南临二干管系统片区，四干管系统位于灌区的中部，总干渠末端区域。一、四干管系统总灌溉面积 0.508万 hm2，一干管系统控制灌溉面积0.27万hm2，其中自压灌溉面积0.18万 hm2，加压灌溉面积0.09万 hm2；四干管系统控制灌溉面积0.238万亩，其中自压灌溉面积0.077万hm2，加压灌溉面积0.161万hm2。

工程主要建设内容包括：自压进水池2座；自压干管总过滤器两套（共有10台1000m3/h过滤器组成）；自压干管总长 12.21km，配套自压干管及分干管进口附属设备，闸阀井8座，盖板涵14座，干管镇墩40座，过滤器管理房2座，进水池日常管理房2座，闸房12座，10kV电力线14.3km。

2 区域地质概况

2.1 地形地貌

一、四干管管线位于阿尔泰山东段喀旦逊套山南麓的洪积砾质准平原上，测区范围内平原上局部可见剥蚀残丘，其中四干管管线及管网片区内基岩残丘零星分布，出露面积1.0km2。

总体地形北东高南西低，地形坡降15.5‰左右。一、四干管管线走向基本垂直于北干渠。干管沿线地层岩性比较单一，主要为洪积物组成，表层覆盖0.3m左右的洪积含碎石的细粒土砂，下部为细粒土砾层层，沉积厚度大于10m。沿线管道均布置在洪积的细粒土砾层中，随北东至南西向的地形走向，土层中粒径逐渐变细。管道沿线石膏夹层于局部片区沉积。测区范围内地下水位埋深较深，管线施工为无地下水作业。

2.2 地层岩性

一、四干管及管网沿线场地地层岩性较简单，据坑探揭示，在垂直方向勘探深度范围内地层岩性为第四系松散沉积物，最大沉积厚度大于15m，在四干管范围内局部有泥盆系凝灰砂岩残丘零星出露。

2.3 区域稳定及地震

工程区处于西域构造体系的东准噶尔复杂构造带内，位于克孜加尔～玛因鄂博大断裂南25km，南端毗邻乌伦古河大断裂，可可托海～卡拉先格尔断裂（二台断裂）自北西延伸至本区。区内构造线主体大致沿NW290°～330°方向展布，断裂构造相对发育。以区域压扭性玛因鄂博大断裂为界，该断裂以北为加里东期构造层，以南为华丽西期构造层。

玛因鄂博和可可托海至二台两大断裂带是本区区域性的大断裂，对区域的稳定性具有实际意义，尤其是可可托海至二台的大断裂对测区的稳定有直接影响。

3 水文地质

一、四干管及管网主要位于第四系松散沉积层的洪积、冲洪积层上，主要由碎石、砂土组成，属强透水和中等透水层。由于地势较高，多数地段为透水不含水层。由于地处干旱区，山前地下水较为贫乏，多为干岩层，除沟谷地带外，深度30m范围内无连续的地下水面。

根据钻孔资料结合本次勘探工作成果，该区第四系堆积厚度在90～120m，其中含水层厚度约50～80m，岩性以Q2+3apl的砂砾石、土砾为主。构成第四系松散堆积层孔隙潜水。下部为泥盆系基底。

4 工程地质

4.1 工程地质条件

4.1.1 一干管工程地质条件

桩号 0+000～2+000段管道布置在洪积准砾质平原上，自NE向SW缓倾，坡降1‰左右，管道呈NE60°方向展布，顺坡至上而下，走向基本垂直于北干渠，沿线高程 1095～1131m，沿线现代较为冲沟发育，沿线受洪沟的影响，地形起伏。土层结构为：表层0.2～0.5m厚的混杂碎石的含细粒土砂，下部为厚层细粒土砾，沉积厚度大于 10m，中等-密实沉积，属于中等透水层。机械成分：2～60mm碎砾石含量占40%～50%，碎砾石粒径磨圆度差，多呈尖棱角状、不规则状，成分以凝灰岩、变质砂岩、安山玢岩和部分石英、长石等组成；不同粒径的砂占30%～40%，砂为砾砂，多呈次棱角状，砾粒分选性一般，级配不良；其余为粒径＞0.075的粉粘粒，约占10%～25%，细粒含量大于10%，判定为冻胀土。桩号 0+100～0+550、1+100～1+300、1+700～2+000段，地表以下0.2～3.5m范围内石膏结晶体混杂沉积于细粒土砾层中。

管线将布置在细粒土砾层上，设计管线以挖方为主，最大挖深3.0m，地下水位埋藏较深，施工期为无地下水作业。虑到该层中石膏夹层分布较多，属中溶盐，易溶陷，并具有侵蚀性，建议砂土换填夯实处理。

桩号2+00～0+400段管线布置在洪积准砾质平原上，管线呈NE60°方向展布，该段地势平缓，起伏不大。表层为0.2～0.5m的含碎石的细粒土砂，土层中碎石含量较低，约占 5%～10%，碎石粒径以2～3cm为主，碎石多成尖棱角状，不规则状。下部为洪积细粒土砾层，沉积厚度＞10m，中等密实，属中等透水层。建议承载力 fk=200kPa，变形模量Eo=20～30MPa。砾石粒径以2～60mm的为主，含量占 40～50%，细粒含量大于 10%。建议细粒土砾临时开挖边坡 1:0.5，永久开挖边坡 1:1.75。桩号2+000～4+000段，地表以下0.1～3.6m石膏结晶体混杂沉积在细粒土砾层中。

管线将布置在细粒土砾层上，设计管线以挖方为主，最大挖深3.0m，地下水位埋藏较深，施工期为无地下水作业。虑到该层中石膏夹层分布较多，属中溶盐，易溶陷，并具有侵蚀性，应做砂土换填夯实处理。

桩号4+000～7+101段管线布置在洪积准砾质平原，地形总体趋于平缓，由NE向SW缓倾，局部波状延伸，起伏高差2～3m，沿线现代冲沟较为发育。

管道土层结构简单，除了表层混杂碎石的含细粒土砂外，下部均为细粒土砾层，中密沉积。机械成分以粒径 2～60mm碎砾石居多，约占总土重的40%～55%，以棱角状、不规则状为主，属中等透水层；不同粒径砂占 45%左右；粒径＜0.075的粉粘粒含量约占 10%左右，判定为冻胀土。管线将布置在在洪积细粒土砾层上，设计管线以挖方为主，地下水位埋藏较深，施工期为无地下水作业。桩号4+000～4+100、4+350～5+300、5+700～5+850 段，地表以下0.1～3.5m石膏结晶体混杂沉积在细粒土砾层中。

管线将布置在细粒土砾层上，设计管线以挖方为主，最大挖深3.0m，地下水位埋藏较深，施工期为无地下水作业。虑到该层中石膏夹层分布较多，属中溶盐，易溶陷，并具有侵蚀性，建议做砂土夯实换填处理。

4.1.2 四干管工程地质条件

桩号 0+000～2+250段管线布置在洪积准砾质平原上，该段为砂铁矿乱掘乱挖区，原始地貌破坏严重，地面高低起伏变化明显，矿区坑槽最大挖深10m。通过矿区开挖坑槽揭示该区域内土层结构为：表层0.2～0.5m厚的混杂碎石的含细粒土砂，下部为厚层细粒土砾，沉积厚度大于10m。机械成分：2～60mm碎砾石含量占 50%～55%，碎砾石粒径磨圆度差，多呈尖棱角状、不规则状，成分以凝灰岩、变质砂岩、安山玢岩和部分石英、长石等组成；不同粒径的砂占20%～30%，砂为砾砂，多呈次棱角状，砾粒分选性一般，级配不良。细粒土砾层中等密实，属中等透水层。

桩号 2+250～5+105段管线布置在洪积准砾质平原上，管线呈NE60°方向展布，该段地势平缓，起伏不大。表层为0.2～0.5m的含碎石的细粒土砂，土层中碎石含量较低，约占 5%～10%，碎石粒径以2～5cm为主，碎石多成尖棱角状，不规则状。下部为洪积细粒土砾层，沉积厚度＞10m，中等密实，属中等透水层，建议承载力 fk=200kPa，变形模量Eo=20～30MPa。砾石粒径以2～60mm的为主，含量占25%～55%，细粒含量大于10%，其余为不同粒径的砂。建议细粒土砾临时开挖边坡1:0.75，永久开挖边坡1:1.75。

4.2 主要工程地质问题

4.2.1 地基土的腐蚀性问题

一、四干管及其管网主要布置在细粒土砾层中，场地属 II类严寒区无干湿交替区。沿管线表层0～1.5m土层为中等～强透水层，岩土中含有的易溶盐受地表水垂直渗透的影响，含量较少，腐蚀性评价为微腐蚀。本次勘察只针对干管埋置 1.5～3.0m深度的岩土取样测试其易溶盐，判定其对普通混凝土及钢筋混凝土中钢筋的腐蚀性，建议作相应的防范。

4.2.2 管道地基石膏层的溶陷问题

该区石膏层的存在主要受表层土壤的含盐量、土层的透水性、大气降水量的控制。该区土壤含盐在500～5000mg/kg，土层的透水性中等，该区气候季节性特点明显，降水少、蒸发强烈，以上诸多因素给石膏层的存在提供了条件。另外场地地形条件也对石膏层的分布深度有影响，地形平缓地带地表水积蓄时间长，悬挂水入渗深度深，石膏层分布较深；地形坡度大的地段地表水排泄条件好，石膏层分布较浅，水流容易集中的洪沟片区，往往石膏含量少。

经勘查，管线沿线石膏呈主要石膏结晶体颗粒或为团块状、或为层状（厚度1～50cm，交替呈层）。石膏属于中溶盐，地下水长期浸泡，会丧失其承载能力，带来建筑物不均匀沉降，属不良工程地质条件。建议作相应的防范处理，对有石膏结晶体明显分布的片区，建议加设砂土垫层夯实处理，防止石膏层溶解塌陷，不均匀沉降带来管线地基的沉陷。砂土垫层可采取沿线的开挖土料筛分获取，选取20mm以下的砂土进行换填夯实处理，筛取获得率较高，在70%～90%。

4.2.3 管壁的保护问题

主要指粒径＞2.5cm的尖棱角砾石对玻璃夹砂管的穿刺破坏采取的保护。

管道布置在细粒土砾层中，从一、四干管及管网沿线的颗分资料中可见，细粒土砾中的砾含量2～60mm的砾石为主，对玻璃夹砂管有穿刺破坏作用，建议对砾石粒径较大、含量较高的片区在管道周边加设砂土垫层，建议厚度20cm，底部及接头镇墩处碾压处理。垫层料可选择就地筛分获取。

5 结论及建议

(1)工程区内构造形迹主要沿 NW290°～330°方向展布，引水一、四干管及管网东部5～10km处发育卡拉先格尔二台深大断裂，属发震断裂。依据GB18306～2001《中国地震动峰值加速度区划图》、《中国地震动反应谱特征周期区划图》（1/400万，设防水准为50年超越概率10%。）本区地震动峰值加速度为 0.2g，地震动反应谱特征周期为 0.4s，对应地震烈度为Ⅷ度。

（2）一、四干管及管网位于阿尔泰山东段喀旦逊套山南麓的洪积准砾质平原上，总体地形北东高南西低，地形坡降15.5‰左右。引水一、四干管及管网长度 12.21km，沿管道表层广泛分布松散—中密沉积的第四系洪积层。由于地处干旱区，山前地下水较为贫乏，多为干岩层，除沟谷地带外，深度30m范围内无连续的地下水面。

（3）一、四干管及管网布设在洪积扇前缘和倾斜平原的过渡带上。管道开挖的岩土主要为洪积物-细粒土砾，沿线洪积物厚度 8～30m，总管道将布置在细粒土砾层中，管沟开挖为无地下水作业。其中的不良地质条件有：地基土腐蚀性。一、四干管沿线游地基土对普通混凝土结构的腐蚀性评价为弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀性评价为微腐蚀性；地基石膏层的溶陷问题。

一干管 0+000～5+900大部分段有石膏结晶体分布，地下水长期浸泡，会丧失其承载能力，属不良工程地质条件，建议作相应的防范处理。

四干管沿线多数片区石膏结晶体分布少，部分片区土层中有少量石膏结晶体混杂，规模不大，不成层分布，可以不考虑四干管石膏混合物不良工程地质问题。

（4）工程区天然建材储量丰富，质量满足设计要求。据工程特点，混凝土骨料从卫东乡料场购买；管道垫层选取无石膏夹层、粒径偏小的土料就地进行筛分。