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        塔里木河干流中游輸水堤工程地質(zhì)分析

        2023-01-17 10:24:32
        水利科學(xué)與寒區(qū)工程 2022年12期
        關(guān)鍵詞:粉細砂堤身粉砂

        楊 銳

        (塔里木河流域工程建設(shè)處,新疆 庫爾勒 841000)

        1 概 況

        工程區(qū)位于塔里木盆地北部塔里木河干流中游英巴扎至阿其克區(qū)間河段,屬彎曲型河道,該河段為自由河灣,流路彎曲,彎曲系數(shù)在 1.6~2.0 之間,呈“Ω”型和“之”型等不規(guī)則河灣,年內(nèi)流量變化大,洪水期、枯水期水位變化也大[1]。凹岸坍塌、凸岸淤積,洪水季節(jié)頂沖劇烈,岸坡后退逼近輸水堤,影響輸水堤的安全。該段河床寬 50~500 m,高差1~3 m,河道平均比降為 1/7000,現(xiàn)有堤防距河面平均為 0.5~1.5 km。工程屬塔里木坂塊構(gòu)造單元,區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡基本上呈北西西向展布,以短軸褶皺及高角近東西向逆斷層為主[2]。地震動峰值加速度為 0.05 g,地震動反應(yīng)譜特征周期為 0.45 s,相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。

        2 工程地質(zhì)條件分析

        2.1 堤防工程地質(zhì)條件

        工程區(qū)的地形地貌、地層巖性及土的物理力學(xué)性質(zhì)分別描述如下:

        (1)592+650~593+080 段、599+850~600+200 段右護岸。工程區(qū)為沖洪積平原,地形較為平坦。生長植物有胡楊、紅柳等,地表鹽堿化。淺層地層巖性主要為第四系人工堆積物和第四系沖洪積粉砂、粉質(zhì)黏土、壤土及砂壤土,以粉砂為主[3]。粉細砂物理力學(xué)性質(zhì)指標見表1。

        (2)672+325~673+500 段右護岸。 此段防洪堤兩側(cè)為胡楊林、蘆葦、洼地、沼澤地及局部地段的農(nóng)田,為沖洪積平原區(qū)。地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)(Qa1+p1)粉土及粉細砂層為主。表層局部有 0.2~0.5 m 厚以粉土層為主的覆蓋層,土黃~灰色, 松散~稍密,搖震反應(yīng)迅速、干強度低,物理力學(xué)性質(zhì)指標見表2。其下以粉細砂層為主,青灰色,松散~稍密~中密,飽和、抗剪強度低,黏聚力較小,地下水位埋深 0.5~1.0 m。物理力學(xué)性質(zhì)指標見表3。

        表1 粉細砂物理力學(xué)性質(zhì)指標統(tǒng)計情況

        表2 粉土層物理力學(xué)性質(zhì)指標統(tǒng)計情況

        表3 粉細砂層物理力學(xué)性質(zhì)指標統(tǒng)計情況

        (3)693+450 ~ 693+800 段、 712+800 ~ 713+200 段、 718+330 ~718+790 段、728+200~728+605 段左護岸。此段輸水堤兩側(cè)為胡楊林、蘆葦、洼地、沼澤地及局部地段的農(nóng)田,為沖洪積平原區(qū)。地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)(Q4a1+p1)粉土及粉細砂層為主。表層局部有以粉土層為主的厚度為 0.2~0.5 m 覆蓋層,物理力學(xué)性質(zhì)指標與表2相同。其下以粉細砂層為主,物理力學(xué)性質(zhì)指標與表3相同。

        2.2 水文地質(zhì)條件

        工程區(qū)位于塔里木河干流中游沖積平原上,地層巖性以粉土、粉砂和少量黏土夾層為主。根據(jù)現(xiàn)場勘探,工程區(qū)的地下水主要為孔隙潛水,地下水埋深一般 1.0~2.5 m,地下水位在不同的區(qū)段變化較大,且受河水位、季節(jié)的影響較大。因此,在施工時,應(yīng)注意了解當時的地下水位,要考慮穩(wěn)定開挖邊坡及施工排水問題,以免影響工程的進度。

        3 工程地質(zhì)評價

        區(qū)內(nèi)存在的主要不良物理地質(zhì)現(xiàn)象是河岸坍塌、風(fēng)沙危害和土壤漬化。

        3.1 堤基的抗沖穩(wěn)定性

        根據(jù)試驗資料,區(qū)內(nèi)沉積物的粒度大多在 0.075~0.005 mm 之間,其抗沖流速小于 1 m/s,在汛期堤防附近水流流速一般為 2~3 m/s。因此,堤基和堤身物質(zhì)極易被水沖走,給堤基和堤身的穩(wěn)定帶來不利影響。

        3.2 堤基抗滑穩(wěn)定性

        輸水堤的地基巖性主要為粉細砂和細砂層,細砂層邊坡基本穩(wěn)定。地基土位于粉細砂層,邊坡穩(wěn)定性較差,在水動力作用下,會形成流砂,邊坡有變形破壞的可能。

        根據(jù)現(xiàn)場和室內(nèi)試驗所得的成果,休止角為 22°~28°, 建議邊坡系數(shù)內(nèi)坡不應(yīng)陡于 1∶3.0,外坡不應(yīng)陡于 1∶2.0。

        總體來看,堤基土的抗剪強度能夠滿足本區(qū)輸水堤防(低堤)的要求,但堤基表層易凍脹的鹽漬化土、腐殖土、植物根系發(fā)達的土層給堤身的穩(wěn)定性帶來了不利影響,應(yīng)予以清除。

        3.3 堤基的滲透穩(wěn)定性

        3.3.1 土體的滲透性

        地層巖性以粉土和粉砂為主。粉土滲透系數(shù)為 3.45×10-5cm/s,粉砂滲透系數(shù)為6.68× 10-4cm/s。

        3.3.2 滲透變形分析

        勘察表明,0~12.0 m 深度范圍內(nèi)土的巖性為粉土和粉細砂為主,土的顆粒細而均一,除部分風(fēng)積沙丘區(qū)土為粗粒砂性土外,區(qū)內(nèi)大部分土為細粒土。根據(jù)土的顆分資料,粉細砂的不均勻系數(shù)Cu為 2.22,曲率系數(shù)Cc為1.34,屬連續(xù)級配均勻土, 輸水堤滲透變形破壞的類型為流土型。

        3.3.3 臨界水力比降和允許水力比降的確定

        流土型土臨界水力坡降可用公式(1)確定[4]:

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

        (1)

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

        經(jīng)計算Jc r=0.93。 堤基允許水力比降可以公式(2)計算:

        J允=Jc r/m

        (2)

        式中:J允為壩基允許水力比降;m為安全系數(shù),取 2.0。 則J允=0.46。

        經(jīng)計算允許水力比降是0.46,臨界水邊比降是0.93,實際水力比降選取0.56,在允許和臨界范圍內(nèi),所以不會發(fā)生滲漏和變形。

        3.4 堤基的沉陷

        堤基土質(zhì)松散,且夾層多,土質(zhì)極不均勻,但因夾層呈透鏡狀分布,厚度較薄,地下水埋藏深,輸水堤防又低,因此,在堤身重力的作用下堤基產(chǎn)生的沉降不會太大。

        3.5 砂土液化判別

        項目區(qū)屬地震Ⅵ度區(qū),地下水為地面以下 0.4~1.2 m。輸水堤地層巖性為粉土和粉砂,飽和、稍密~中密、顆粒細。項目區(qū)可不考慮液化問題。

        3.6 水腐蝕性評價

        水的腐蝕性包括地表水的腐蝕性和地下水的腐蝕性。根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果, 判定英巴扎至阿其克河口段地表水(塔河水)對混凝土結(jié)構(gòu)有弱腐蝕;地下水對混凝土結(jié)構(gòu)有中等腐蝕、對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有弱腐蝕。

        3.7 土腐蝕性評價

        3.8 土凍脹性評價

        尉犁縣最大凍土深度0.80 m,為季節(jié)性凍土。經(jīng)現(xiàn)場勘查和顆分試驗可知:輸水堤土平均含水率> 19.5%,凍結(jié)期間地下水位低于凍深的最小距離一般<1.5 m;粉砂平均含水率>26.3%。<0.075 mm 土的含量均>10%,輸水堤土屬凍脹土;凍脹類別為強凍脹,需進行抗凍處理。

        3.9 風(fēng)蝕分析

        干流區(qū)多風(fēng)沙、浮塵天氣。據(jù)統(tǒng)計,尉犁縣附近每年 8 級以上大風(fēng)(即>17.2 m/s)天氣達 16 d。堤身土黏粒含量較少,黏結(jié)力小,其粒徑適宜于風(fēng)力搬運。大風(fēng)對輸水堤的破壞主要表現(xiàn)在兩個方面:一是將堤身土搬運它處,使堤身斷面變小、變窄,堤身變低;二是將輸水堤附近砂土顆粒搬運逼近堤身,掩埋輸水堤,從而影響輸水堤的正常運用。

        因此,建議對堤頂進行砂礫石蓋頂壓砂處理;位于風(fēng)積沙丘區(qū)的堤段進行防風(fēng)固沙處理。

        4 結(jié) 論

        (1)該工程區(qū)處于一級構(gòu)造單元塔里木地臺區(qū),位于輪臺大斷裂的南側(cè)塔里木地臺隆起帶上。區(qū)內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)大斷裂通過,屬構(gòu)造相對穩(wěn)定地區(qū)。區(qū)內(nèi)地震動峰值加速度為 0.05 g,地震動反應(yīng)譜特征周期為 0.45 s,地震基本烈度為Ⅵ度。

        (2)擬建的輸水堤附近地形基本平坦、開闊,地表植被為胡楊、紅柳、農(nóng)作物等。區(qū)內(nèi)地貌類型以沖洪積平原為主,局部堤段零星分布有風(fēng)積沙丘。

        (3)擬建的輸水堤的地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積粉土、粉砂及少量黏土夾層,全區(qū)分布廣泛;其次為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積、殘積的粉細砂,分布于各種形態(tài)的沙丘附近。

        (4)本次勘探工作所揭示出的地層均為第四系全新統(tǒng)(Q4)松散沖積物,自上而下依次為:第一層粉土層承載力100 kPa;第二層青灰色粉砂層承載力為 80 kPa。

        (5)防洪工程一帶地下水埋深為 1.0~2.5 m,施工期需做好排水措施。取水樣分析結(jié)果,河水對混凝土結(jié)構(gòu)微腐蝕性;工程區(qū)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。

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