塔里木河干流中游输水堤工程地质分析

杨 锐

(塔里木河流域工程建设处，新疆 库尔勒 841000)

1 概 况

工程区位于塔里木盆地北部塔里木河干流中游英巴扎至阿其克区间河段，属弯曲型河道，该河段为自由河湾，流路弯曲，弯曲系数在 1.6～2.0 之间，呈“Ω”型和“之”型等不规则河湾，年内流量变化大，洪水期、枯水期水位变化也大[1]。凹岸坍塌、凸岸淤积，洪水季节顶冲剧烈，岸坡后退逼近输水堤，影响输水堤的安全。该段河床宽 50～500 m，高差1～3 m，河道平均比降为 1/7000，现有堤防距河面平均为 0.5～1.5 km。工程属塔里木坂块构造单元，区内构造形迹基本上呈北西西向展布，以短轴褶皱及高角近东西向逆断层为主[2]。地震动峰值加速度为 0.05 g，地震动反应谱特征周期为 0.45 s，相应地震基本烈度为Ⅵ度。

2 工程地质条件分析

2.1 堤防工程地质条件

工程区的地形地貌、地层岩性及土的物理力学性质分别描述如下：

(1)592+650～593+080 段、599+850～600+200 段右护岸。工程区为冲洪积平原，地形较为平坦。生长植物有胡杨、红柳等，地表盐碱化。浅层地层岩性主要为第四系人工堆积物和第四系冲洪积粉砂、粉质黏土、壤土及砂壤土，以粉砂为主[3]。粉细砂物理力学性质指标见表1。

(2)672+325～673+500 段右护岸。 此段防洪堤两侧为胡杨林、芦苇、洼地、沼泽地及局部地段的农田，为冲洪积平原区。地层岩性主要为第四系全新统(Qa1+p1)粉土及粉细砂层为主。表层局部有 0.2～0.5 m 厚以粉土层为主的覆盖层，土黄～灰色, 松散～稍密,摇震反应迅速、干强度低，物理力学性质指标见表2。其下以粉细砂层为主，青灰色,松散～稍密～中密,饱和、抗剪强度低，黏聚力较小，地下水位埋深 0.5～1.0 m。物理力学性质指标见表3。

表1 粉细砂物理力学性质指标统计情况

表2 粉土层物理力学性质指标统计情况

表3 粉细砂层物理力学性质指标统计情况

(3)693+450 ～ 693+800 段、 712+800 ～ 713+200 段、 718+330 ～718+790 段、728+200～728+605 段左护岸。此段输水堤两侧为胡杨林、芦苇、洼地、沼泽地及局部地段的农田，为冲洪积平原区。地层岩性主要为第四系全新统(Q4a1+p1)粉土及粉细砂层为主。表层局部有以粉土层为主的厚度为 0.2～0.5 m 覆盖层，物理力学性质指标与表2相同。其下以粉细砂层为主，物理力学性质指标与表3相同。

2.2 水文地质条件

工程区位于塔里木河干流中游冲积平原上，地层岩性以粉土、粉砂和少量黏土夹层为主。根据现场勘探，工程区的地下水主要为孔隙潜水，地下水埋深一般 1.0～2.5 m，地下水位在不同的区段变化较大，且受河水位、季节的影响较大。因此，在施工时，应注意了解当时的地下水位，要考虑稳定开挖边坡及施工排水问题，以免影响工程的进度。

3 工程地质评价

区内存在的主要不良物理地质现象是河岸坍塌、风沙危害和土壤渍化。

3.1 堤基的抗冲稳定性

根据试验资料，区内沉积物的粒度大多在 0.075～0.005 mm 之间，其抗冲流速小于 1 m/s，在汛期堤防附近水流流速一般为 2～3 m/s。因此，堤基和堤身物质极易被水冲走，给堤基和堤身的稳定带来不利影响。

3.2 堤基抗滑稳定性

输水堤的地基岩性主要为粉细砂和细砂层，细砂层边坡基本稳定。地基土位于粉细砂层，边坡稳定性较差，在水动力作用下，会形成流砂，边坡有变形破坏的可能。

根据现场和室内试验所得的成果，休止角为 22°～28°, 建议边坡系数内坡不应陡于 1∶3.0，外坡不应陡于 1∶2.0。

总体来看，堤基土的抗剪强度能够满足本区输水堤防(低堤)的要求，但堤基表层易冻胀的盐渍化土、腐殖土、植物根系发达的土层给堤身的稳定性带来了不利影响，应予以清除。

3.3 堤基的渗透稳定性

3.3.1 土体的渗透性

地层岩性以粉土和粉砂为主。粉土渗透系数为 3.45×10-5cm/s，粉砂渗透系数为6.68× 10-4cm/s。

3.3.2 渗透变形分析

勘察表明，0～12.0 m 深度范围内土的岩性为粉土和粉细砂为主，土的颗粒细而均一，除部分风积沙丘区土为粗粒砂性土外，区内大部分土为细粒土。根据土的颗分资料，粉细砂的不均匀系数Cu为 2.22，曲率系数Cc为1.34，属连续级配均匀土， 输水堤渗透变形破坏的类型为流土型。

3.3.3 临界水力比降和允许水力比降的确定

流土型土临界水力坡降可用公式(1)确定[4]：

Jc r=(Gs-1)(1-n)

(1)

式中：Jc r为临界水力比降；Gs为土的比重，取2.67 g/cm3；n为土的孔隙率，取44.3%。

经计算Jc r=0.93。 堤基允许水力比降可以公式(2)计算：

J允=Jc r/m

(2)

式中：J允为坝基允许水力比降；m为安全系数，取 2.0。 则J允=0.46。

经计算允许水力比降是0.46，临界水边比降是0.93，实际水力比降选取0.56，在允许和临界范围内，所以不会发生渗漏和变形。

3.4 堤基的沉陷

堤基土质松散，且夹层多，土质极不均匀，但因夹层呈透镜状分布，厚度较薄，地下水埋藏深，输水堤防又低，因此，在堤身重力的作用下堤基产生的沉降不会太大。

3.5 砂土液化判别

项目区属地震Ⅵ度区，地下水为地面以下 0.4～1.2 m。输水堤地层岩性为粉土和粉砂，饱和、稍密～中密、颗粒细。项目区可不考虑液化问题。

3.6 水腐蚀性评价

水的腐蚀性包括地表水的腐蚀性和地下水的腐蚀性。根据化学分析结果， 判定英巴扎至阿其克河口段地表水(塔河水)对混凝土结构有弱腐蚀；地下水对混凝土结构有中等腐蚀、对钢筋混凝土结构中钢筋具有弱腐蚀。

3.7 土腐蚀性评价

3.8 土冻胀性评价

尉犁县最大冻土深度0.80 m,为季节性冻土。经现场勘查和颗分试验可知：输水堤土平均含水率> 19.5%，冻结期间地下水位低于冻深的最小距离一般<1.5 m；粉砂平均含水率>26.3%。<0.075 mm 土的含量均>10%，输水堤土属冻胀土；冻胀类别为强冻胀，需进行抗冻处理。

3.9 风蚀分析

干流区多风沙、浮尘天气。据统计，尉犁县附近每年 8 级以上大风(即>17.2 m/s)天气达 16 d。堤身土黏粒含量较少，黏结力小，其粒径适宜于风力搬运。大风对输水堤的破坏主要表现在两个方面：一是将堤身土搬运它处，使堤身断面变小、变窄，堤身变低；二是将输水堤附近砂土颗粒搬运逼近堤身，掩埋输水堤，从而影响输水堤的正常运用。

因此，建议对堤顶进行砂砾石盖顶压砂处理；位于风积沙丘区的堤段进行防风固沙处理。

4 结 论

(1)该工程区处于一级构造单元塔里木地台区，位于轮台大断裂的南侧塔里木地台隆起带上。区内没有发现大断裂通过，属构造相对稳定地区。区内地震动峰值加速度为 0.05 g，地震动反应谱特征周期为 0.45 s，地震基本烈度为Ⅵ度。

(2)拟建的输水堤附近地形基本平坦、开阔，地表植被为胡杨、红柳、农作物等。区内地貌类型以冲洪积平原为主，局部堤段零星分布有风积沙丘。

(3)拟建的输水堤的地层岩性主要为第四系全新统冲洪积粉土、粉砂及少量黏土夹层，全区分布广泛；其次为第四系全新统风积、残积的粉细砂，分布于各种形态的沙丘附近。

(4)本次勘探工作所揭示出的地层均为第四系全新统(Q4)松散冲积物，自上而下依次为：第一层粉土层承载力100 kPa；第二层青灰色粉砂层承载力为 80 kPa。

(5)防洪工程一带地下水埋深为 1.0～2.5 m，施工期需做好排水措施。取水样分析结果，河水对混凝土结构微腐蚀性；工程区地下水对混凝土结构有弱腐蚀性。