巴州开都河第二分水枢纽工程地质条件评价

何令涛

（塔里木河流域巴音郭楞管理局，新疆 库尔勒市 841000）

1 工程概况

开都河第二分水枢纽工程坐落于开都河北岸河滩，距焉耆县城约12 km。该工程是开—孔河流域节水改造五年实施方案项目的一部分，工程主要任务是改造具有持久性特点的无坝引水工程，保证灌区水资源供给和优化配置。通过改善灌溉工艺，节约和高效利用水资源，并减少向下游塔里木河的输水量，达到改善塔河下游生态环境的目的[1-2]。工程区位于平原地带，北距天山山脉约30 km，西侧距霍拉山约100 km，南距库鲁克塔格山约40 km，东面地势较为开阔平坦，海拔高度为1 070～1 050 m。工程内容主要包括拦河枢纽、南北岸沿河干渠两部分。

2 枢纽工程地质条件

2.1 地形地貌

工程区位于开都河下游的冲积平原区内，可分为四个地貌单元，依次为中高山区、山前洪积砾质平原区、冲积平原区和湖滨沼泽湿地区。中高山区位于工程区北侧30～35 km以外的中天山和南天山山脉，高程1 500～3 500 m。山前洪积砾质平原区由山前洪积扇（裙）联合组成，在山前呈带状分布，走向近东西，南北宽一般10～20 km，高程1 080～1 500 m。冲积平原区位于洪积砾质平原区以南，南北宽50～60 km，地势平缓，高程一般1 070～1 050 m，目前大都已成为耕地，工程区位于该平原区内，也是区域地表水与地下水的汇集区[3-4]。

2.2 地层岩性

枢纽工程区出露的地层主要有太古界、古生界和新生界地层及侵入岩体。南北岸干渠工程区位于开都河现代三角洲平原区，出露地层主要为第四系全新统冲积层（Q4al）。该层在冲积平原表层有砂土、粉质粘土，以下为砂砾石及砂互层。地层岩性结构经北西向东南逐渐变细，以粉土、粘土、细砂为主，沉积厚度一般不超过200m深度，下伏地层为全新统湖积层[5-6]。本次40 m勘探深度范围内，河床、河滩闸址全为第四系堆积物，地层岩性基本一致。

2.3 地质构造

受工程以北天山隆起带及南部天山褶皱带的影响，工程区内地层存在褶皱和断裂现象。通过调查数据显示，较大规模的褶皱和断裂方向主要集中在东北和东西方向。南北岸干渠工程区，属于焉耆中部的盆地区域，具有阶梯形状的凹陷基底[7]。

河床、河滩闸址所处地质构造环境基本一致，深埋的F2活动断裂（焉耆断裂）大致从两闸址上游穿过，它与两闸址平面距离不超过5 km。两闸址距离其它区域性活动断裂均大于30 km。它们在地形地貌、地质构造环境及稳定性等方面基本一致，场地一处位于河床之上，一处位于左岸河漫滩上。河床闸址闸基直接建于第②层（砂层）、第③层（低液限粘土）；河滩闸址闸基建于第①层（低液限粘土）、第②层（砂层）及第③层上部（低液限粘土）。两闸基砂层的液化深度相差不大，考虑河滩闸址第①层（低液限粘土）的建基稳定性，略优越于河床闸址；河滩闸址施工便利性，优于河床闸址，综合各方因素，推荐河滩闸址。

3 主要工程地质问题及评价

3.1 地基土开挖边坡问题

闸基设计最大开挖深度约7 m，由于河床闸址与河滩闸址岩性及物理力学性质基本一致，其开挖边坡也基本相同[8-9]。第①层（低液限粘土）分布于表部，层厚一般为1.4～2.0 m，结构形式为松散、稍密，一般在地下水位以上，形状为可塑、硬塑状。第②层（砂层）的河床闸址厚3.4 m，河滩闸址厚1.85～5.0 m，结构松散—稍密，以细砂为主，级配不连续，基本位于地下水位以下，渗透系数 8.1～12.4 m/d（9.4×10-3～1.43×10-2cm/s），内摩擦角建议值为20.4°，建议该层开挖边坡值取1∶3.0～1∶3.5。第③层（低液限粘土）挖深范围内，河床闸址厚4.9 m，河滩闸址厚6.0～10.8 m，层顶埋深3.4～7.0 m，位于地下水位以下，结构中密—密实，粘粒含量高，渗透系数 3.31×10-6～1.73×10-7cm/s，属微透水性，建议饱水状态下，内摩擦角φ为18.1°时，抗剪强度C为16.4 kPa，建议该层开挖边坡值取1∶2.0。为了使基坑开挖工作顺利进行，建议在基坑周围采用井点式排水后，再进行基坑开挖。

3.2 基坑涌水量计算及坑底稳定问题

由河滩闸址轴线工程地质剖面可知，基坑内地下水主要来源于第②层砂层，2003年5月测得该砂层地下水位标高约为1 059 m，其下的第③层低液限粘土层渗透系数为1.44×10-6cm/s，由于其渗透系数小，该层可视为相对隔水层[10]。

经计算，流入基坑的总水量Q=Q1+Q2=793.1 m3/d。

由于W＞P，所以基坑在排水后坑底不会因其下的微承压水顶托作用产生破坏，即基坑底部的低液限粘土（第③层）在排水后是稳定的。

3.3 渠道工程渗漏问题

两岸干渠的地层土壤多以粉土为主，在考虑没有进行防渗处理的前提下，渠道渗漏损失主要与渠堤和渠底的土壤性质、水文地质条件、蒸发量及渠水流量大小等因素有关[11]。

该渠道主要为农业灌溉所用，灌溉用水周期较长（一般为150 d），因此渠道渗漏类型以回水渗漏为主，垂直渗漏为辅。

南岸干渠各分段渠道年渗漏量：桩号0+000—7+950为265.0万m3；桩号 7+950—11+912为 59.6万m3；南岸干渠年总渗漏量为324.6万m3。

北岸干渠（方案一）各分段渠道年渗漏量：桩号0+000—2+060为 82.8万 m3；桩号 2+060—7+730为252.0 万 m3；桩号 7+730—14+360 为 158.6 万 m3；桩号14+360—16+300为36.0万m3；北岸干渠年总渗漏量为 529.4 万 m3。

3.4 渠道工程冻胀问题

渠道防渗工程同时具备以下三个条件时考虑冻胀破坏：一是小于0.05 mm粒径的颗粒含量按质量比≥总质量的6%；二是标准冻深大于0.1 m；三是冻结初期土的含水量大于0.9倍塑限含水量，或地下水位至渠底的埋深小于土的毛管水上升高度加设计冻深。通过对颗粒进行分析试验，得到颗粒粒径小于0.05 mm的占13.3～90.1%，按照规范，依据规范颗粒含量按质量比大于总质量的6%，同时粒径小于0.05 mm的属于冻胀性土[12]。

两岸干渠地层土壤以粉土为主。两岸岩土毛细水上升高度为1.5 m，最大冻深0.95 m，两岸干渠冻结期间地下水位距设计渠底的最小距离小于2.0 m，同时满足以上三个条件，因此判定岩土具有冻胀性，建议换填砂砾料或采取其它防冻胀措施。

3.5 砂土地震液化问题

两岸干渠渠堤地层岩性多以粉土为主，渠底地层岩性多以粉细砂为主，因此应考虑地震液化问题。根据土的结构、粒径组成、松密程度及参考附近工程地质资料，依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50287—99），分析判定如下：

工程区地震设防烈度为7°，根据取样试验可知，该层相对密度在36%～45%，均小于70%，据此判断该层存在液化的可能性。综合判定粉砂、粉土均有液化的可能，抗震设计时应考虑渠基的地震液化。

4 结论

工程区位于南天山褶皱带内的焉耆坳陷中部略偏西，在其60 km范围内，主要存在NWW向 (或近EW向)和NE向两组区域性断裂，根据地震资料，工程区内地震活动相对周边很弱。据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2001），工程区对应的地震基本烈度为7°，其区域构造地段相对稳定。

孔隙潜水、层间承压水是闸址区地下水的主要类型，距地表1.2～2.8 m处存在孔隙潜水。调查显示，闸址承压水头的高程与潜水位相差不大。通过对闸址区的河水、孔隙潜水和层间承压水，分别取样进行水质分析，结果表明，闸址区域同一层位的水质基本相同。从地下水埋深来看，浅层地下水（如潜水层）一般具有腐蚀性，深层地下水（如承压水）一般无腐蚀性。建议对闸基础采取适当的防腐处理措施。

闸址区地基为较厚的砂层与低液限粘土互层，砂层以不良级配的细砂～中细砂为主。经地震液化初判、复判及液化等级的判定，认为闸址区地基土中第②层砂层具有中等液化性，第④层顶面以下1～2 m厚的砂层具极轻微液化性，其它各层基本上不液化。建议设计时应对闸址区第②层液化砂层采取抗液化措施，第④层砂层可酌情处理。

两闸址在地形地貌、地层岩性、地质构造、场地稳定等工程地质条件方面基本一致，两闸址均具备修建分水闸的工程地质条件。两闸基砂层的液化深度相差不大；考虑到河滩闸址第①层（低液限粘土）的建基稳定性略优越于河床闸址。另外，河滩闸址在修建施工过程中也相对优越于河床闸址，综合各方面因素，建议河滩闸址为推荐闸址。