地下水位变化对渠道基础的影响分析

吴 超

（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，新疆 乌鲁木齐 830091）

1 工程概况

新疆北疆供水一期工程位于阿勒泰地区福海县境内，全长约134 km，是一项以解决乌鲁木齐经济区、北疆油田的城市供水和工业用水及沿线生态用水的跨流域、长距离调水工程。渠道引水流量为68 m3/s，加大75 m3/s，工程规模属大型二等工程。渠道设计上口宽24 m，底宽4 m，渠深5.4～6.2 m，边坡 1 ∶2，渠道纵坡为 1/10000～1/12500。

2 基本工程地质条件

（1）地形地貌：渠道位于准噶尔盆地西北部边缘，渠线先后穿越E河Ⅳ级阶地和剥蚀起伏的平原地貌。地形总体东高西低，北高南低，由北东向南西逐渐降低，属剥蚀起伏的平原，观测渠道段主要分布在软弱平缓的古近系地层之上，地形平坦开阔，局部段有冲洪沟穿越渠道，冲沟1～2 m深，宽2～5 m不等。

（2）地层岩性：观测段渠道广泛分布有古近系、第四系地层，仅渠首段分布有古生界泥盆系地层，为泥盆统北塔山组（D2b）凝灰质粉砂岩、石英砂岩，岩层产状 310°SW∠75°，D2b与石炭系地层呈断层接触，与上覆古近系地层呈角度不整合接触，该地层主要分布在渠道桩号2+000～4+750段。渠道桩号4+750以后渠道段广泛分布古近系渐新统乌伦古河组（E2～3w）地层，岩性为灰、桔黄夹砖红色、桔黄、褐、灰色泥质砂岩、砂质泥岩、石英砂岩、含砾石英砂岩，产状为60°NW∠3～5°。第四系上更新统冲积物（Q3al），岩性为砂砾石，厚3～5 m，主要分布在渠首河床Ⅳ级阶地处。全新统洪坡积物（Q4pl+dl），岩性为含砾粉土质砂、厚1～5 m，主要分布在各级台地斜坡地带及冲沟内。全新统残积物（Q4el）：岩性为含砾粉土质砂，厚0.5～2 m不等，主要分布在剥蚀起伏的平台前缘及坡麓地带。

（3）地质构造：渠道位于准噶尔坳陷盆地西北边缘隆起部位，工程区内主要发育古近系地层，地层产状60°NW∠3°～5°，近水平，经受构造活动次数少，区域构造相对简单。根据渠线地面地质测绘及隧洞，渠道施工开挖揭露出一些小构造裂隙，以走向 310°～320°的裂隙较发育：其次是走向 60°～70°的张性和张扭性裂隙。E河断裂在渠线桩号1+953～2+193处通过，断层产状 290°NE∠75°～85°，与渠道走向交角 70°。

（4）水文地质条件：在渠道施工开挖情况看，沿渠道基本未见地下水出露，个别地段地层潮湿，有少许基岩裂隙潜水。基岩裂隙水分布于古近系的泥岩、砂岩、砂砾岩中。泥岩的渗透系数在 2.1×10-7～8.8×10-8cm/s之间，为极微透水层，砂岩渗透系数在1.8×10-6～8.9×10-7cm/s之间，为微透水～极微透水层；砂砾岩、含砾砂岩地层渗透系数在 1.4×10-4～7.1×10-4cm/s、3.5×10-5～9.4×10-5cm/s，为中等透水～弱透水层。据勘察资料渠道沿线施工深度范围基本无地下水或有少许的基岩裂隙水。在渠道所经过的一些洼地、冲沟，由于地表暂时性洪流的入渗，加之下部水平泥岩的阻水作用，局部段形成上层滞水，埋藏深浅与相对不透水层有关，水量贫乏。

3 渠道基础地下水位变化分析及对渠道的破坏影响

针对渠道53 km以前，基础以泥岩、砂岩为主渠道段，每到春季融雪期或秋季渠道停水期均有渠道滑坡、变形破坏现象发生。本次结合渠道挖、填方形式及衬砌破坏、滑坡情况确定16个断面，总计布置了63眼观测孔，每个断面布置3～4眼观测孔，渠道左右岸各2眼，其中1眼布置于渠堤上，井深设计为12 m，另1眼布置于渠体外侧，井深设计为15 m。对各观测孔的水位进行一年观测。本文选取其中具有代表性的典型断面之一进行分析。

该断面位于渠道桩号6+862处，该段渠道为半挖半填渠道，据孔岩芯资料可知，该段渠道渠体部分上部为人工填筑砂或含细粒土砂，其成分为风化砂岩或含砾砂岩，深度在1.8～2.4 m，以下至孔底为风化砂岩或泥质砂岩，其中砂岩的渗透系数为1.9×10-6cm/s，泥质砂岩的渗透系数为6.1×10-7cm/s。该断面观测孔布设完成时渠道尚未通水，根据勘察资料可知（见图1）：①孔内地下水位左岸接近渠底，略高于渠底高程，右岸孔内地下水位低于渠底高程，总体表现为向右岸方向补给（渠道内无水）；②左岸ZG38号孔水位略高于ZG37孔水位，表现为渠道下部水向左岸边补给趋势；③右岸渠堤外地形低洼，ZG39孔水位高于ZG40孔水位，表现为向右岸地形低洼方向补给。对观测孔长观一年后可知（见图2～5）：①5月渠道通水后，观测孔水位明显升高，9月渠道停水后，观测孔水位明显下降，观测孔水位与渠道水位有明显的同步性，且略有滞后，说明渠道有一定渗漏量产生。②由于渠堤两侧地层渗透系数小，观测孔水位低于渠水位1.5～2.5 m；③在渠道停水后（9月中旬～10份）以后观测孔水位表现为缓慢下降，这时地下水补给渠水。

图1 渠道桩号6+682段横剖面图

图2 观测孔水位与渠道水位对比图

图3 观测孔水位与渠道水位对比图

图4 观测孔水位与渠道水位对比图

图5 观测孔水位与渠道水位对比图

通过上述看出该段渠道基础主要以泥岩、砂岩为主，渗透系数较小，基础范围内地层中基本无地下水位。渠道运行过程中受渠道渗漏入渗补给影响，在渠体基础地层范围内形成了局部上层滞水，此时为渠道水补给地下水，径流方向为渠道水向两岸方向径流。渠道停水以后，由于失去了补给水源，地下水径流方向发生了翻转，改由渠道两岸向渠道内径流。由于两岸地层向渠道内渗水，且渠底未设置排水设施，导致渗水无法及时从渠体内排出，造成泥岩基础膨胀，砂岩基础浸水软化，土体强度降低，从而形成渠道滑坡破坏或变形破坏。

4 结论

通过对该段渠道基础内地下水位一年的观测看出，渠体基础受渠道渗漏影响而产生局部上层滞水，在以泥岩、砂岩为基础的渠道中，该部分上层滞水会在渠道停水后反渗回渠道内，影响渠道边坡稳定。要抑制此种破坏产生，可在渠坡设置排水体，并在渠底设置排水设施，可及时将渗水排出保证渠道边坡稳定。

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