【摘要】本文以新疆某輸水總干渠工程為實(shí)例，通過(guò)對(duì)沿線砂巖填筑料場(chǎng)試驗(yàn)資料的歸納分析，簡(jiǎn)析砂巖作為渠道填筑料及換填料的利與弊，以期為相關(guān)類(lèi)似工程提供經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】砂巖；最大干密度；最優(yōu)含水率；滲透系數(shù)

1、工程概況

新疆某輸水工程是一項(xiàng)以解決烏魯木齊經(jīng)濟(jì)區(qū)、北疆油田的城市供水和工業(yè)用水及沿線生態(tài)用水的跨流域、長(zhǎng)距離調(diào)水工程，全長(zhǎng)約134km，輸水方式主要以明渠輸水為主，工程等別為大（2）型Ⅱ等工程。本工程是在已建工程的基礎(chǔ)上對(duì)渠道進(jìn)行加高擴(kuò)建，以增大調(diào)水量，滿足受水區(qū)日益增長(zhǎng)的用水需求。

工程區(qū)地處歐亞大陸腹地中心的新疆地區(qū)，遠(yuǎn)離海洋，緯度高、氣溫低、少酷暑、多嚴(yán)寒，屬大陸性寒溫帶氣候，四季中春秋兩季不明顯，大致可分為冷半年和暖半年，區(qū)域內(nèi)凍土層深度約1.5～2m。

2、基本地質(zhì)條件

輸水工程沿線通過(guò)的主要地貌單元為干燥剝蝕起伏平原，其次為渠道尾部的沖洪積平原。剝蝕起伏平原發(fā)育在軟弱平緩的古近系地層之上，后期經(jīng)臨時(shí)性的暴雨沖刷和風(fēng)蝕等因素的作用，逐漸形成平臺(tái)與洼地相間的地形，還零星分布有風(fēng)蝕殘丘和風(fēng)積砂丘等。沖洪積平原，地形平坦開(kāi)闊，與剝蝕起伏的平原的過(guò)渡帶上發(fā)育一系列的沖溝，沖溝切割深度不大。總地勢(shì)由北東向南西緩傾。

沿線僅渠首段分布有古生界泥盆系和石炭系地層，其余出露的地層主要為古近系（E2-3）地層，巖性多為砂巖、泥質(zhì)砂巖、泥巖和砂質(zhì)泥巖，夾少量含礫砂巖及砂礫巖，多呈巨厚層狀，局部為中～薄層狀或透鏡體，結(jié)構(gòu)一般為弱膠結(jié)，少量無(wú)膠結(jié)或中等膠結(jié)，均屬于軟巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般1～3m，弱風(fēng)化層厚度10m左右。其次還分布有覆蓋于古近系地層之上的第四系中更新統(tǒng)沖洪積（Q2al+pl）含細(xì)粒土砂，一般厚度1～3m，少量4～6m，局部6～10m。

各類(lèi)巖石均具有成巖作用差，弱膠結(jié)，強(qiáng)度低，抗風(fēng)化能力差，砂巖遇水軟化、崩解，泥巖、砂質(zhì)泥巖遇水膨脹、失水干縮等特點(diǎn)。

工程區(qū)內(nèi)地下水類(lèi)型可分為河谷第四系松散層內(nèi)的孔隙水和渠道沿線古近系、新近系地層內(nèi)的基巖裂隙潛水及承壓水。

3、砂巖作為渠道填筑料及換填料的技術(shù)指標(biāo)

本工程主要的建設(shè)內(nèi)容主要有兩項(xiàng)，一是對(duì)全線明渠的加高擴(kuò)建，二是對(duì)中～強(qiáng)膨脹巖（如泥巖、砂質(zhì)泥巖）基礎(chǔ)段渠道進(jìn)行換填，并且在渠底設(shè)置縱橫向排水設(shè)施。其中中～強(qiáng)膨脹巖基礎(chǔ)換填的原理是采用砂巖等相對(duì)不透水性巖體對(duì)膨脹巖進(jìn)行換填封閉隔水處理，再在渠底設(shè)置排水設(shè)施對(duì)渠道運(yùn)行過(guò)程中的滲漏水進(jìn)行抽排或自流排出，以保護(hù)渠道基礎(chǔ)不受破壞。

由于本工程屬于長(zhǎng)距離跨流域調(diào)水工程，沿線古近系地層分布較廣，因此在確保工程質(zhì)量的前提下，本著由近到遠(yuǎn)的原則，選取了近50個(gè)砂巖填筑料場(chǎng)，對(duì)沿線渠道進(jìn)行加高填筑及對(duì)渠基內(nèi)中～強(qiáng)膨脹巖進(jìn)行換填處理。

現(xiàn)就試驗(yàn)資料結(jié)果歸納如下：

①?gòu)念w分資料以及凍脹試驗(yàn)分析，各類(lèi)砂巖均屬凍脹性土。其凍脹性特征： 隨著干密度和含水率的增加凍脹率也隨之增加；當(dāng)干密度達(dá)1.85g/cm3時(shí)，不同含水率條件下的凍脹率均為最大值；當(dāng)干密度大于1.85g/cm3以上，不同含水率條件下的凍脹率均逐漸減小，但在飽和狀態(tài)下，當(dāng)干密度大于1.67g/cm3時(shí)，凍脹率在2.1～2.9%，屬弱凍脹土，凍脹等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

②從各類(lèi)砂巖擊實(shí)后的力學(xué)性質(zhì)可以看出（見(jiàn)表3-1），在輕型功能擊實(shí)下中粗砂巖的最優(yōu)含水率一般為9.0%～12.0%，最大干密度一般為1.87～2.10g/cm3，中細(xì)砂巖、細(xì)砂巖最優(yōu)含水率一般為10.2%～13.8%，最大干密度一般為1.77～1.91g/cm3，在重型功能擊實(shí)下，粗砂巖的最優(yōu)含水率一般為5.7%～9.7%，最大干密度一般為2.15～2.0g/cm3，中細(xì)砂巖、細(xì)砂巖最優(yōu)含水率一般為6.6%～12.0%，最大干密度一般為1.91～2.08g/cm3。

③從各類(lèi)砂巖不同壓實(shí)功能后的滲透系數(shù)分析（見(jiàn)表3-1）：粗砂巖滲透系數(shù)平均值K=2.8×10-4～7.3×10-5cm/s，為弱透水性；中粗砂巖在輕型功能擊實(shí)下，滲透系數(shù)K=6.7×10-5cm/s，屬弱透水性，在重型功能擊實(shí)下，滲透系數(shù)K=1.3×10-5～8.0×10-6cm/s，屬微透水性；中細(xì)砂巖、細(xì)砂巖在輕、重型功能擊實(shí)下，滲透系數(shù)平均值K=4×10-7～2.1×10-8cm/s，均屬微～極微透水性。

4、砂巖作為渠道填筑料及換填料的利與弊

通過(guò)上述試驗(yàn)資料的歸納結(jié)果可以對(duì)砂巖作為渠道填筑料及換填料的利與弊分析如下：

①沿線分布的粗砂巖、中粗砂巖、中細(xì)砂巖、細(xì)砂巖料場(chǎng)，作為渠道填方料，各類(lèi)工程性能較好。

②從砂巖作為分布于渠基內(nèi)的中～強(qiáng)膨脹巖的換填料來(lái)看：粗砂巖透水性偏大，作為膨脹巖換填料來(lái)看不能完全起到隔水的作用，效果不理想；中粗砂巖須增大壓實(shí)功能條件下，滲透系數(shù)基本可滿足膨脹巖換填料要求，所以也不太理想；而中細(xì)砂巖及細(xì)砂巖在輕、重型擊實(shí)功能下滲透系數(shù)K<6.0×10-7，均可滿足膨脹巖換填料要求，并且隔水性能以中細(xì)砂巖良好，細(xì)砂巖優(yōu)良。

③各類(lèi)砂巖，只要控制一定的含水率，增大壓實(shí)功能，就有較好的壓實(shí)效果。

④砂巖具有遇水軟化的特性，作為渠道基礎(chǔ)，如果長(zhǎng)期受水浸泡處于飽和狀態(tài)，會(huì)使砂巖強(qiáng)度下降，可能導(dǎo)致渠道產(chǎn)生滑坡，威脅渠道基礎(chǔ)安全。

5、結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)各砂巖料場(chǎng)的試驗(yàn)資料的歸納分析得出，砂巖作為填方渠道的填筑料，工程性能較好，作為渠道中～強(qiáng)膨脹巖的換填料，建議采用中細(xì)砂巖、細(xì)砂巖，但是中粗砂巖只要增大壓實(shí)功能，也可作為膨脹巖的換填料。此外，砂巖具有遇水軟化崩解的特性，所以以砂巖為基礎(chǔ)的填方、挖方渠道一定要對(duì)渠道設(shè)置相應(yīng)的防滲及排水措施。