新疆玛河水源地输水区工程地质分析

王 芳

（新疆玛纳斯河流域管理局，新疆 石河子 832000）

1 玛河水源地输水区工程概况

新疆玛河输水工程取水地，位于玛河流域低山丘陵区。水源地36 眼集水井呈线性分布，布置于玛河左、右岸，压力引水池位于水源地集水井下游约4.4 km 处，输水管线沿玛河右岸布置，至压力引水池约9 km。玛河河谷水源地工程采用管井开采地下水方案，年总供水量0.74 亿m3，用于下游玛纳斯县和石河子市生活、工业用水，同时为缓解玛河灌区春旱和“卡脖子旱”供水。玛河水源地输水工程主要由左岸集水管线、右岸集水管线、输水管线三部分组成。

2 输水区工程地质条件

2.1 左岸集水管线

左岸集水管线位于玛河左岸，桩号0+000—3+559。其中，桩号0+000—3+280 段位于玛河Ⅰ、Ⅱ级阶地，南西高、北东低，地形坡度约15.9‰，岩性以冲积含漂卵石层为主，勘察查明地下水埋深一般大于3.0 m。桩号3+280—3+559 段位于玛河河床，地形南西高、北东低，顺管线方向地形坡度约2.5‰，其地层为含漂卵砾石层，地下水埋深一般0～0.5 m，在勘察期间河水深0.3 m 左右；含漂石卵砾石层富水性较强，渗透系数介于61.74～127.72 m/d。

2.2 右岸集水管线

右岸集水管线位于河床及河漫滩上，桩号0+000—4+359.5。地形南西高、北东低，地形坡度约9.1‰，岩性为冲洪积含漂卵石层，桩号0+000—2+500，地下水埋深一般3～19 m（向北渐浅）、2+500—4+359.58，地下水埋深一般0～3.0 m，勘察期间集水管线上河水深0.3 m 左右。含漂石卵砾石层富水性较强，渗透系数介于61.74～127.72 m/d。

2.3 输水管线

输管管线经过河床、河漫滩及河谷Ⅰ、Ⅱ级阶地，地形南高北低，总地形坡度约7‰。桩号0+000.0—8+782.5。其中，桩号0+000—5+15 位于河床及河漫滩上，局部为Ⅰ级阶地，地形总体平坦，坡度约7.0‰；桩号5+150—7+360 位于河谷Ⅰ、Ⅱ级阶地上，岩性为含砾粉土；桩号7+360—8+782.5，位于河谷Ⅱ级阶地上，岩性为卵砾石，地下水埋深大于7 m。

3 输水区工程地质评价

输水区工程场地位于Ⅰ、Ⅱ级阶地及玛河河床，无陡坡，仅老渠道段处于Ⅲ阶地前缘，坡角较大，但阶地陡坎为第三系泥岩与泥质砂岩，陡坡较稳定。同时无大的陡坡与深切洪沟，现场勘察表明场地不具备泥石流、滑坡等地质灾害的形成条件，但赋存环境（土和环境水）对输水工程建筑物具有一定影响。

3.1 土的冻胀性

依据《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL 211-2006）规定：“土中粒径小于0.075 mm 的土粒质量大于总质量10%的土为冻胀土”来评价工程区土的冻胀性。

工程区最大冻土深度1.4 m，左岸集水管线中部（桩号0+265—3+280）及输水管线在老渠道段（桩号5+150—7+360），分布有厚度1.5～3.0 m 低液限粉土与粘性土；根据颗粒分析资料，其小于0.075 mm 的土粒质量占总量的61.8%～92.0%，远远大于10%的标准，因此为冻胀土，设计时应注意防冻措施。其它管线段的地基岩性主要为卵砾石、砂砾石混合土，小于0.075 mm 的土粒质量占总量1.5%～3.0%，远远小于10%的标准，为非冻胀性土。

3.2 土的腐蚀性

在供水管线基础覆盖土层，取24 组土样进行易溶盐分析，含盐量介于0.06%～0.3%，表面地基土均为非盐渍土。根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）的土壤腐蚀性评价标准，对于Ⅲ类环境的地基土进行评价。

24 组土样中Tk3（0.5 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m）、Tk4（0.5 m）SO42-离子含量为552～1 665 mg/kg，对混凝土结构具有弱腐蚀性；其余试样中SO42-离子含量为150～451 mg/kg，对混凝土结构具有微腐蚀性。土样中Mg2+离子含量为0.0～89 mg/kg，对混凝土结构具有微腐蚀性。24 组土样中Tk10（0.5 m）、Tk17（0.5 m）、Tk20（0.5 m）的Cl-离子含量为577～931 mg/kg，对混凝土结构中钢筋具有中等腐蚀性。Tk3（1.5 m、2.0 m、2.5 m）、Tk6（0.5 m、1.0 m、）的Cl-离子含量为312～489 mg/kg，对混凝土结构中钢筋具有弱腐蚀性；其余试样中Cl-离子含量在44～226 mg/kg 之间，对混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性。

3.3 环境水的腐蚀性

依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50487-2008）及《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001），对工程区主要分布的地表玛河河水、河床与阶地地下水的腐蚀性分别进行评价：

3.3.1 地表玛河河水腐蚀性评价

根据在水源地上下游取水质分析，环境类别按Ⅲ类考虑，地表水中Mg2+与S042-对混凝土结构具微腐蚀性、Cl-对钢筋混凝土中的钢筋具有微腐蚀性，据PH值与S042-、Cl-含量综合判别，表明地表玛河河水对钢结构具有弱腐蚀性。

3.3.2 河床与阶地地下水的腐蚀性评价

在工程探坑中，取地下水水样分析资料，环境类别按Ⅲ类考虑，左岸集水管线桩号1+200—3+280 段、右岸集水管线2+200—4+359.58 段、输水管线桩号0+000—5+800 段，及前池地下水位，埋藏深度一般在0～2.5 m 之间，地下水中Mg2+与S042-对普通水泥具有微腐蚀性，Cl-对混凝土中的钢筋具有弱腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

4 输水区工程地质评价及建议

4.1 左岸集水管线

0+000—0+265 段，位于玛河左岸河床及河漫滩，岩性为卵石混合土，厚度大于20.0 m。经试验得出，不均匀系数Cu为29.6，曲率系数Cc为7.8，表明级配不良，自然休止角35o，含水率2.2%，含泥量1.6%，比重2.69。开探深度一般小于5 m，地下水埋深大于5 m，地下水对基础无影响，地基土对混凝土结构和钢筋具有微腐蚀性；根据动力融探试验资料，建议卵砾石层，按承载力400 kPa 设计，开挖坡比取1∶1.00～1∶1.25。

0+265—3+280 段，位于玛河左岸Ⅰ、Ⅱ级阶，表层为粉土，厚0.5～2.0 m，下部为卵石混合土，厚度大于20.0 m。经试验，不均匀系数Cu=13～42.9，曲率系数Cc=4.5～10.4，表明级配不良，自然休止角34°～39°，含水率1.2%～1.9%，含泥量1.5%～3.0%，比重2.67～2.68。开探深度一般在3～5 m，地下水埋深1.0～3.2 m。综合判别，表层细粒土具有冻胀性，地基土与地下水对混凝土结构及钢筋具有弱腐蚀性，地下水对钢结构具弱腐蚀性；根据动力融探试验资料，建议卵砾石承载力400 kPa，开挖坡比为水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。由于该段地下水位埋藏浅，水量丰富，管道开挖时应考虑排水方案。

3+280—3+559 段，处于玛河床及河漫滩，岩性为卵石混合土，厚度大于25.0 m。经试验，不均匀系数Cu=20.7～34.7，曲率系数Cc=5.4～7.4，表明级配不良，自然休止角35°～39°，含水率1.1%～2.1%，含泥量2.3%～2.7%，比重2.69。地下水埋深0～0.6 m。综合评价，地基土与地下水对混凝土结构和钢筋具有微腐蚀性，地下水对钢结构具弱腐蚀性；建议卵砾石承载力400 kPa，开挖坡比为水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。本段横穿河床，需采取防洪抗冲刷措施，防止洪水对管道的冲刷破坏作用。由于该段地下水位埋藏浅，水量丰富，管道开挖施工时应考虑排水方案。

4.2 右岸集水管线

0+000—2+200 段，位于玛河右岸河床及河漫滩，岩性为卵石混合土，厚度大于20.0 m。试验表明，不均匀系数Cu=20.0～74.1，曲率系数Cc=2.7～10.1，表明级配不良，自然休止角35°～40°，含水率1.1～3.0%，含泥量1.0～3.0%，地下水埋深一般3～19 m。地基土对混凝土结构和钢筋具有微腐蚀性；建议卵砾石按承载力400 kPa，开挖坡比为水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。由于该段地下水位埋藏浅，水量丰富，管道开挖施工时应考虑排水方案。

2+200—4+359.5 段，位于玛河右岸河床及河漫滩，岩性为卵石混合土，厚度大于20.0 m。试验表明，不均匀系数Cu=20.0～74.1，曲率系数Cc=2.7～10.1，表明级配不良，自然休止角35°～40°，含水率1.1～3.0%，含泥量1.0～3.0%，开挖深度一般3～4.5 m，地下水埋深一般0～3 m。综合评价，地基土及地下水对混凝土结构和钢筋具有微腐蚀性，地下水对钢结构具弱腐蚀性；建议卵砾石层按承载力400 kPa 设计，开挖坡比为水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。由于该段地下水位埋藏浅，水量丰富，管道开挖施工时应考虑排水方案。

4.3 输水管线

0+000—5+150 段，位于玛河右岸河床及河漫滩，卵石混合土，厚度大于5.0 m，不均匀系数Cu=12.9～50.8，曲率系数Cc=4.3～12.8，表明级配不良，自然休止角33°～37°，含水率1.0～2.4%，含泥量一般1.6～2.7%，地下水埋深0.0～1.6 m，开挖深度一般3～5 m；河水深度一般小于0.5 m，综合评价，地基土及地下水对混凝土结构和钢筋具有微腐蚀性、对钢结构具弱腐蚀性；建议卵砾石承载力400 kPa，开挖坡比为水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。由于本段位于现河床中，供水管道沿线必须进行防洪设计，防止洪水对管道的破坏；该段地下水位埋藏浅，水量丰富，管道开挖施工时应考虑排水方案；本段管线处于河床及河漫滩中，故需采取防洪抗冲刷措施。

5+150—7+360 段，位于玛河东岸的Ⅰ级、Ⅱ级阶地，地形平缓，表层为粉土、粘土，厚0.5～2.5 m，其下为卵砾石层，厚度大于5 m，不均匀系数Cu=17.9～50.8，曲率系数Cc=4.3～10.7，表明级配不良，自然休止角34°～36°，含水率1.0%～1.3%，含泥量一般2.1%～3.1%，地下水位埋藏深度2.5～3.5 m，开挖深度约5 m；基础处于卵砾石地层上，表层细颗粒粉土与粘性土具有冻胀性、对混凝土结构具有微腐蚀性、对钢筋有弱～中等腐蚀性；卵砾石地层对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋具有弱腐蚀性；地下水对混凝土结构和钢筋具有微腐蚀性、对钢结构具弱腐蚀性。综合评价，地基土及地下水对混凝土结构和钢筋具有弱腐蚀性、对钢结构具弱腐蚀性；建议卵砾石承载力400 kPa，开挖坡比为水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。由于该段地下水位埋藏浅，水量较为丰富，管道开挖施工时应考虑排水方案。

7+360—8+782.5 段，位于玛河东岸的Ⅱ级阶地，地层为粉土及粉砂，厚度一般小于0.8 m，呈稍湿状态，结构松散；不均匀系数Cu=17.9～50.8，曲率系数Cc=4.3～10.7，表明级配不良，自然休止角34°～36°，含水率1.0%～1.3%，含泥量2.1%～3.1%，桩号7+360～8+300 段，地下水埋深一般5～8 m、桩号8+300 以北地下水埋深大于50 m。综合评价，地基土及地下水对混凝土结构和钢筋具有弱腐蚀性、对钢结构具弱腐蚀性，根据动力融探试验资料，建议卵砾石承载力400 kPa，开挖坡比为水上1∶1.00～1∶1.25、水下1∶1.50～1∶1.75。

5 结语

新疆玛河河谷水源地工程的修建，为石河子市和玛纳斯县提供了生产、生活及抗旱用水。通过工程地质勘察实践，查明了水源地输水区的地形地貌、岩性物质组成等工程地质条件，根据试验对覆土进行了冻胀性分类，对土和环境水对钢筋混凝土结构的腐蚀性进行了评价，在此基础上分段对集水管线和输水管线进行了综合评价，最终给出了指导工程实践应用的对策建议。