依干其水利樞紐主要工程地質(zhì)問(wèn)題探討

周清麗

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 樞紐區(qū)工程地質(zhì)概況

1.1 工程概況

依干其引水樞紐工程是葉爾羌河流域規(guī)劃中的第三級(jí)引水樞紐工程，主要承擔(dān)著向下游灌區(qū)灌溉引水任務(wù)。本文主要對(duì)該樞紐的地質(zhì)概況及主要工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析探討。該工程等別為Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)。樞紐由泄洪閘、沖沙閘、溢流堰、進(jìn)水閘、上下游導(dǎo)流堤及引水渠等建筑物組成。

1.2 基本地質(zhì)條件

樞紐區(qū)河道寬約1.5 km，河道被束縛在兩岸的階地之間。水流在河道內(nèi)左右擺動(dòng)，形成了較多的河叉，主要為東叉、西叉兩條主流，東叉、西叉又分為若干個(gè)叉流，枯水期水流主要從東叉河通過(guò)。河叉之間河心灘發(fā)育，東叉、西叉之間的河心灘規(guī)模較大、延伸較長(zhǎng)，上部植被發(fā)育，高出河床約1.0 m。

兩岸階地為侵蝕堆積階地，階坎一般高1 m～2 m，最高3 m～4 m。Ⅰ級(jí)階地比高1m，現(xiàn)狀主要為紅柳、蘆葦，部分為農(nóng)田，常受洪水沖刷側(cè)蝕；Ⅱ級(jí)階地比高2 m～4 m，階地面平坦寬闊，現(xiàn)狀主要為居民點(diǎn)及農(nóng)田。該河段兩岸均由抗沖刷較強(qiáng)的砂礫石組成，河床在天然狀態(tài)下，側(cè)蝕不嚴(yán)重。由于人為因素的影響，河岸變遷較大，河床基本控制在Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地內(nèi)。

閘址區(qū)出露地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積物（Q4alp），巖性主要為砂卵礫石，部分地段有粉細(xì)砂。

閘址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件簡(jiǎn)單，無(wú)斷裂及其他構(gòu)造通過(guò)，閘址區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

閘址區(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水，賦存于第四系上更新統(tǒng)～全新統(tǒng)沖洪積層中，主要接受河水及上游地下水的徑流補(bǔ)給?？辈炱陂g地下水位埋深0.3 m～2.7 m（2017.10.19），水位變幅0.5 m。

2 主要工程地質(zhì)問(wèn)題

2.1 地震液化

樞紐區(qū)基礎(chǔ)為卵石混合土層，根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487-2008）附錄P初判泄洪閘及沖沙閘基礎(chǔ)卵石混合土不液化，進(jìn)水閘閘基卵石混合土存在液化的可能，采用附錄P.0.4標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)對(duì)進(jìn)水閘基礎(chǔ)卵石混合土進(jìn)行復(fù)判。

式中:ρc為土的粘粒顆粒含量質(zhì)量百分率（%），ρc當(dāng)小于3%，ρc取1.4%；Ncr為液化判別動(dòng)探貫入錘擊數(shù)臨界值；dS為工程正常運(yùn)用時(shí)，動(dòng)探貫入點(diǎn)在當(dāng)時(shí)地面以下的深度，m；N0為液化判別動(dòng)探貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值；dw為工程正常運(yùn)用時(shí)，地下水位在當(dāng)時(shí)地面以下的深度，m，當(dāng)?shù)孛嫜蜎](méi)于水面以下時(shí)dw取0。

符合下式要求的土應(yīng)判為液化土:

表1 地震液化判別表

續(xù)表1

由表1數(shù)據(jù)分析可知:進(jìn)水閘地面以下3.6～15.0范圍內(nèi)飽和卵石混合土為不液化土。

2.2 滲透穩(wěn)定性

（1）閘、堰基礎(chǔ)滲透變形形式的判別

樞紐區(qū)基礎(chǔ)地層巖性主要為卵石混合土，查顆分試驗(yàn)成果表2及圖1～圖4，查得泄洪閘、沖沙閘、進(jìn)水閘及溢流堰Pc值分別為15.75%、16.85%、45.2%、29.6%，泄洪閘、沖沙閘基礎(chǔ)土滲透破壞形式為管涌，進(jìn)水閘基礎(chǔ)土滲透破壞形式為流土，溢流堰基礎(chǔ)土滲透破壞形式為過(guò)渡型。

（2）臨界水力比降及允許水力比降的確定

1）泄洪閘、沖沙閘及溢流堰

泄洪閘及沖沙閘滲透破壞形式為管涌，溢流堰滲透破壞形式為過(guò)渡型，臨界水力比降均采用下式計(jì)算:

式中:Jcr為臨界水力比降；GS為土的顆粒密度與水的密度之比，泄洪閘、沖沙閘及溢流堰分別取2.72、2.71、2.70；n為土的孔隙率，%，泄洪閘、沖沙閘及溢流堰分別取25.3%、24.9%、25.0%；d5為占總土重的5%的土粒粒徑，mm，泄洪閘、沖沙閘及溢流堰分別取0.085 mm、0.089 mm、0.073 mm；d20為占總土重的20%的土粒粒徑，mm，泄洪閘、沖沙閘及溢流堰分別取10.55 mm、9.43 mm、0.13 mm。

計(jì)算得泄洪閘、沖沙閘及溢流堰Jcr分別為0.017、0.019及1.18。按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487-2008）附錄G第G.0.4規(guī)定對(duì)無(wú)粘性土可采用下述公式計(jì)算J允=Jcr/m。m為安全系數(shù)，取2.0。

通過(guò)上述公式計(jì)算得出泄洪閘、沖沙閘及溢流堰基礎(chǔ)卵石混合土J允分別為0.01、0.01及0.59，泄洪閘及沖沙閘計(jì)算結(jié)果偏小，建議均取經(jīng)驗(yàn)值0.15。

2）進(jìn)水閘

進(jìn)水閘滲透破壞形式為流土，臨界水力比降Jcr值計(jì)算如下:

其中GS取2.7，n取24.7%，計(jì)算得進(jìn)水閘基礎(chǔ)卵石混合土J允為1.2801。按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487-2008）附錄G第G.0.4規(guī)定對(duì)無(wú)粘性土可采用下述公式計(jì)算J允=Jcr/m，安全系數(shù)m取2。

通過(guò)上式計(jì)算得進(jìn)水閘基礎(chǔ)卵石混合土J允為0.64。

2.3 水土的腐蝕性

（1）水的腐蝕性評(píng)價(jià)

根據(jù)地表水水質(zhì)分析成果:地表水pH為8.2，侵蝕性CO2含量為0 mg/L，HCO3-含量為1.575 mmol/L，對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性；Mg2+含量15.163 mg/L，SO42-含量為119.883 mg/L，對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，綜合評(píng)定地表水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性；Cl-含量折算后（即Cl-+SO42-×0.25）為99.03 mg/L，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無(wú)腐蝕性；pH值為 8.2，（Cl-+SO42-）含量為 188.94 mg/L，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)為弱腐蝕性。

根據(jù)地下水水質(zhì)分析成果:地下水pH為8.0～8.2，侵蝕性CO2含量為 0 mg/L，HCO3-含量為 1.69 mmol/L～1.805 mmol/L，對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性；Mg2+含量 12.636 mg/L～17.69 mg/L，SO42-含量為109.893 mg/L～119.883 mg/L，對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，綜合評(píng)定地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性；Cl-含量折算后（即Cl-+SO42-×0.25）為87.9 mg/L～90.4 mg/L，對(duì)混凝土中的鋼筋無(wú)腐蝕性；pH值為 8.0～8.2，（Cl-+SO42-） 含量為 170.318 mg/L～180.308 mg/L，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)為弱腐蝕性。

（2）土的腐蝕性評(píng)價(jià)

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001）（2009年版）附錄G場(chǎng)地環(huán)境類型G.0.1判定工程區(qū)場(chǎng)地屬Ⅰ類場(chǎng)地。經(jīng)取樣進(jìn)行土化學(xué)分析，卵石混合土易溶鹽含量為0.06%～0.09%，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001）第6.8.1條確定，卵石混合土為非鹽漬土。其中SO42-含量為0.20 g/kg～0.35 g/kg，對(duì)混凝土具弱腐蝕性；Mg2+含量為0.013 g/kg～0.025 g/kg，對(duì)混凝土微腐蝕性；綜合評(píng)定地基土對(duì)混凝土為弱腐蝕性。土中Cl-含量為0.043 g/kg～0.130 g/kg，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋為微腐蝕性。土的pH值為8.03～8.28，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)為微腐蝕性。

2.4 凍脹性

根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 211-2006）3.0.8規(guī)定，土中粒徑小于0.075 mm的土粒質(zhì)量等于或小于總質(zhì)量10%的屬非凍脹土。根據(jù)顆分資料基礎(chǔ)卵石混合土小于0.075 mm的土粒質(zhì)量為1.1%～9.2%，小于10%的標(biāo)準(zhǔn)，為非凍脹土，不存在凍脹破壞問(wèn)題。

2.5 邊坡穩(wěn)定性

樞紐區(qū)兩岸階地均為Ⅰ級(jí)階地，比高較小，且天然狀態(tài)下已經(jīng)處于穩(wěn)定邊坡，故不存在邊坡穩(wěn)定性。根據(jù)本次試驗(yàn)成果，卵石混合土自然休止角為35°（17組平均值），建議基坑臨時(shí)開(kāi)挖邊坡水上 1∶1.0～1∶1.25，水下 1∶1.25～1∶1.5；永久開(kāi)挖邊坡:卵石混合土水上 1∶1.25～1∶1.5，水下 1∶1.5～1∶1.75。

2.6 基坑排水

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察閘基地層巖性為卵石混合土，閘址地下水位埋深0.3 m～1.8 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，卵石混合土單位涌水量4.06 L/（s·m），滲透系數(shù)1.95×10-1cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水層，持水性較差，基坑開(kāi)挖時(shí)應(yīng)考慮排水問(wèn)題。結(jié)果見(jiàn)表2、圖1～圖3。

表2 樞紐區(qū)建筑物基礎(chǔ)卵石混合土顆粒分析試驗(yàn)成果表

圖1 泄洪閘（四組平均）基礎(chǔ)卵石混合土平均顆分曲線圖

圖2 沖沙閘（三組平均）基礎(chǔ)卵石混合土平均顆分曲線圖

圖3 進(jìn)水閘（三組平均）基礎(chǔ)卵石混合土平均顆分曲線圖

圖4 溢流堰（四組平均）基礎(chǔ)卵石混合土平均顆分曲線圖

3 結(jié)論與建議

經(jīng)試驗(yàn)判別泄洪閘、沖沙閘及進(jìn)水閘基礎(chǔ)卵石混合土不存在液化的可能。

泄洪閘及沖砂閘基礎(chǔ)卵石混合土破壞形式為管涌、進(jìn)水閘破壞形式為流土、溢流堰破壞形式為過(guò)渡性。泄洪閘、沖沙閘、進(jìn)水閘及溢流堰基礎(chǔ)卵石混合土J允分別為0.15、0.15、0.64及0.59。

根據(jù)水質(zhì)分析成果:樞紐區(qū)地表水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，對(duì)混凝土中的鋼筋無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)為弱腐蝕性；地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，對(duì)混凝土中的鋼筋為弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)為弱腐蝕性。根據(jù)土化學(xué)分析成果:樞紐區(qū)基礎(chǔ)卵石混合土為非鹽漬土，對(duì)混凝土為弱腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)為微腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋為微腐蝕性。建議施工過(guò)程中可采用抗硫水泥。另建議提高施工技術(shù)水平，掌握好混凝土振搗時(shí)間和振搗工藝，盡量提高混凝土的密實(shí)性，防止環(huán)境水的滲入。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，卵石混合土單位涌水量4.06 L（/s·m），滲透系數(shù)1.95×10-1cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水層，持水性較差，建議基坑開(kāi)挖時(shí)應(yīng)根據(jù)涌水量考慮排水問(wèn)題。