新疆東河灘水利工程地質(zhì)問題分析

張躍軍，尚 柯，王 潘

（黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司，鄭州450003）

1 工程概況

2001年國務院批準的《塔里木河流域近期綜合治理規(guī)劃報告》提出的了干流治理的下游水量目標：“在多年平均來水條件下，至2005年，塔里木河干流水流到達臺特瑪湖， 使塔里木河干流上中游林草植被得到有效保護和恢復， 下游生態(tài)環(huán)境得到初步改善?！倍鴮崿F(xiàn)下游生態(tài)環(huán)境目標的標志性工程是大西海子水庫退出塔里木墾區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)， 同時將墾區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉任務交由恰拉水庫完成。恰拉水庫水源單一依靠孔雀河來水，水源保證率低，供水安全性差，尤其是秋、冬、春灌溉水量調(diào)節(jié)能力不足，為從根本上解決大西海子水庫承擔的灌溉面積，確保其真正退出，在每年汛期，通過新建東河灘樞紐工程適當引用塔河水來補充恰拉水庫水量十分必要。

東河灘水利樞紐工程位于塔里木河中游下段鐵依孜樞紐下游約3km處，其目的是由塔里木河（豐水年份）向恰拉水庫調(diào)水，以提高恰拉水庫控制農(nóng)二師范圍內(nèi)墾區(qū)的灌溉保證率。 樞紐工程由輸水堤 （長3.2km）、節(jié)制分水閘、引水渠（長375m）等建筑物組成。

2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與地震動參數(shù)

工程區(qū)位于輪臺大斷裂的南側(cè)塔里木地臺隆起帶上，構(gòu)造運動以垂直升降為主，中、新生代以下降為主，接納了巨厚的陸相碎屑沉積。區(qū)內(nèi)無大斷裂通過，屬構(gòu)造相對穩(wěn)定地區(qū)。

依據(jù)1/400萬 《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》和GB18306—2015 《中國地震動反應譜特征周期區(qū)劃圖》，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.45s。 相應的地震基本烈度Ⅵ度。

3 地形地貌

塔河干流處于塔里木盆地中北部， 是盆地內(nèi)地形最低的區(qū)域，塔河干流區(qū)地形較平坦，零星分布有風積砂丘，干流總地勢為西北高東南低，塔河干流地貌主要由河流、沼澤、湖泊、牛軛湖、沙壩、河間洼地以及古河道的風蝕半固定、半流動沙丘等地貌景觀組成。

樞紐工程中的引水渠與塔里木河河床呈21°夾角， 沿渠線為沖洪積平原， 地形平坦， 地面高程874.61～876.65m， 塔里木河左岸外側(cè)分布有已建輸水堤、庫塔干渠等工程。

樞紐工程中的節(jié)制分水閘位于塔里木河干流上， 閘址位置塔里木河走向近東西向， 主河槽寬約13.0m，兩岸岸高約2.0m左右，岸坡陡立，塔里木河兩岸為沖洪積平原，地形平坦，地面高程一般874.49～875.45m。 閘址處，塔里木河左岸生長蘆葦、紅柳等植物，地表鹽堿化嚴重；右岸距河岸約25m范圍內(nèi)生長茂密的蘆葦，蘆葦外側(cè)為棉花田。

樞紐工程中的輸水堤距塔里木河主河槽最大距離330m， 左岸分布風積沙丘， 沙丘距塔里木河30～200m，最大寬度約120m，最大高差約8m，地形起伏較大，其余堤段為沖洪積平原，地形平坦，生長蘆葦、紅柳等植物，表層有鹽堿。

4 地層巖性

5 水文地質(zhì)條件

東河灘水利樞紐工程位于塔里木盆地沖洪積平原綠洲帶，其松散沉積物主要為粉砂、極細砂和砂壤土，滲透系數(shù)在1×10-3cm/s左右，具中等富水性和透水性，形成了連通的孔隙潛水含水層。 該區(qū)地下水與地表水呈互補關系， 地下水埋深受河水位變化的影響較大。近河區(qū)的地下水主要受洪水期河水側(cè)向入滲及沼澤、湖泊、水庫、渠系、農(nóng)田灌溉入滲等補給，平水期地下水補給地表水為主要排泄方式。 大氣蒸發(fā)或植物蒸騰。

由于長期不斷蒸發(fā)積聚， 形成流域性的高礦化度的地下水，深部礦化度皆大于10g/L；而在補給區(qū)則有低礦化度地下水，礦化度一般小于3g/L，并呈透鏡體狀懸浮于高礦化度水層之上。 其淡水層厚一般為20～30m， 其中河流附近為30～60m， 洪泛區(qū)為10～20m。 非汛期塔里木河水質(zhì)較差，河水礦化度已超過農(nóng)田灌溉水使用標準。

勘察期間， 地下水埋深2.5m左右， 地下水位為870.82～872.46m，基本位于設計渠底高程以下。

6 工程區(qū)主要工程地質(zhì)問題

東河灘水利樞紐工程主要由輸水堤、 節(jié)制分水閘、引水渠組成，不同工程類別存在的主要工程地質(zhì)問題既有共性，也略有差異，工程區(qū)普遍存在抗沖刷掏蝕問題、滲透穩(wěn)定問題、環(huán)境介質(zhì)腐蝕性問題、土體的凍脹性問題、沉降變形等共性地質(zhì)問題，其中輸水堤還存在風蝕問題， 閘基和引水渠還存在基坑排降水等工程地質(zhì)問題。

6.1 抗沖刷掏蝕問題

工程區(qū)位于沙漠的邊緣地帶， 區(qū)內(nèi)沉積物以粉細砂為主，主要粒徑集中于粉粒和砂粒如表1，其結(jié)構(gòu)松散，抗沖流速較小，土極易被水沖走，影響輸水堤、岸坡、渠堤和閘前、后邊坡穩(wěn)定性。

表1 東河灘水利樞紐工程地層土體顆分試驗成果統(tǒng)計

6.2 滲透穩(wěn)定性

工程區(qū)土的巖性為粉質(zhì)黏土、壤土、砂壤土、粉砂，以粉砂為主，土的顆粒細而均一，除部分風積砂丘區(qū)土為粗粒砂性土外，區(qū)內(nèi)大部分土為細粒土，其不均勻系數(shù)一般小于5，依據(jù)SL 188—2005《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》 判定其滲透變形破壞的類型為流土型。 流土型的安全系數(shù)為2.0，閘基臨界水力坡降計算值及建議值如表2。

表2 工程區(qū)土體允許水力坡降

6.3 環(huán)境介質(zhì)腐蝕性

工程區(qū)地表水主要為塔里木河水， 地下水主要為賦存于地層上部的第四系松散巖類孔隙潛水。 根據(jù)試驗資料，工程區(qū)河水對混凝土無腐蝕性，地下水對混凝土具有強腐蝕性，對抗硫酸水泥無腐蝕性（＜3000mg/L），建議采用抗硫酸水泥。

工程區(qū)沖洪積平原表層土鹽堿化較為明顯，屬弱～中鹽漬土，局部表層為超強鹽漬土，鹽漬土類型為氯鹽漬土、亞氯鹽漬土。 場地表層0.3m深范圍內(nèi)土層對混凝土及混凝土中鋼筋具有強腐蝕作用， 表層0.3～1.0m范圍內(nèi)土對混凝土及混凝土中鋼筋具有弱～強腐蝕性。

6.4 土體的凍脹性

塔里木河干流兩岸土層凍結(jié)始于每年的11月中旬，來年2月初開始融化，區(qū)內(nèi)凍脹性土為季節(jié)性凍土，平均凍結(jié)深度52mm，最大凍結(jié)深度82mm。 區(qū)內(nèi)表層2.5m深土粒徑主要集中于0.075～0.005mm （粉粒），以細粒土為主，土樣中粒徑小于0.075mm的土粒重量占土樣總重量的59.2%以上， 依據(jù)SL23—2006《渠系工程抗凍脹設計規(guī)范》，區(qū)內(nèi)土多為凍脹性土。

6.5 沉降變形

工程區(qū)閘基地基土層以粉砂為主， 其壓縮系數(shù)為0.10～0.13MPa-1，屬中等壓縮性土，在上部荷載作用下，存在沉降變形問題。

7 結(jié)語

東河灘水利樞紐工程是塔里木河綜合治理的重要的配套工程，文中對該工程的基本地質(zhì)條件進行了闡述，對工程存在的主要工程地質(zhì)問題進行了分析與評價，為設計提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)和地質(zhì)參數(shù)。