沁阳市沁河段某下穿供水管线场地工程地质稳定性及适宜性评价

钱志芳

摘 要：供水管线穿越区位于济源凹陷冲积平原中部，地势平坦开阔，场区地貌为河漫滩及河床，地层分布稳定，适宜管道工程建设。两岸及河床地下水埋深为1.70～7.70 m，稳定地下水位标高111.44～113.25 m，年变幅1.00～3.00 m。河床为“U”形，河势较稳定，管线穿越断面百年一遇冲刷深度为13.50 m；穿越段两侧堤内砂土均不具液化性，堤外漫滩、沁河主河道附近的砂土存在液化的可能，液化等级为轻微；穿越断面河床稳定性较好。穿越场区在枯水期适宜大开挖方式施工，管道埋深应小于最大冲刷深度，穿越地层可选取相对稳定的下部粉质黏土、粉细砂、粉质黏土层。

关键词：沁河；供水管线；下穿工程；工程地质特性；适宜性

1 工程地质条件

1.1  地形地貌

供水管线穿越区地处济源凹陷冲积平原中部，场区地貌为河漫滩及河床，穿越轴线方向与沁河河道近直交。河道断面总体呈宽缓的“U”形，河道北岸地势平坦开阔，地面高程在117.16～120.02 m，岸坡多见崩塌现象；河道南岸沿河分布沁阳大堤，堤内地势较平坦开阔，地面高程一般在114.50～118.09 m，南北两岸岸坡高2.00～2.50 m。

1.2  地层结构

研究区地层分布较稳定，主要为第四系冲洪积粉质黏土、中砂、粉细砂、卵石。

（1）黄土状粉质黏土：表层0.40 m为耕植土，可塑状，无摇振反应，结构及韧性差，厚3.50～6.00 m，层底标高112.09～116.20 m。

（2）粉质黏土：可塑状，无摇振反应，干强度及韧性中等，有4个分层，①层厚1.40～10.80 m，层底标高100.32～108.59 m；②层厚1.00～12.30 m，层底标高80.00～97.32 m；③层厚2.50～13.00 m，层底标高74.15～83.73 m；④层未揭穿。

（3）中砂：松散状，局部稍密，湿～饱和，局部夹胶结状砂，粉土薄层。多见灰白色螺壳碎屑，偶见小砾石，厚1.00～24.20 m，层底标高89.59～112.82 m。

（4）卵石：稍密状，饱和，卵石质量分数在55%左右，粒径主要为2～4 cm，局部分布，厚0.80～9.10 m，层底标高89.11～100.79 m。

（5）粉细砂：稍密～中密状，饱和，局部胶结状，夹砂结石，厚1.80～12.50 m，层底标高78.90～93.87 m。

1.3  水文地质

1.3.1  地表水

沁河属于常年性河流，河道比降为0.57‰。平水期水面宽85.00 m，水位在110.00 m，水深2.00 m，流速为0.7 m/s；洪水期最高水位在119.68 m，最大流速为3.0 m/s，最大流量为5 980 m3/s。根据经验统计[1]，沁河穿越断面建议百年一遇冲刷深度取值为13.50 m。

1.3.2  地下水

研究区地下水主要为第四系松散层孔隙水，赋存于场地表层松散堆积的卵石层、砂土层内，渗透性能好，富水性好，含水量大。两岸及河床地下水埋深为1.70～7.70 m，稳定地下水位标高111.44～113.25 m，年变幅1.00～3.00 m。地下水水位的变化主要受沁河水涨落控制，河水上涨时，河水补给地下水；河水水位下降时，地下水向河流排泄。

1.4  特殊性土及不良地质作用

研究区存在季节性冻土，标准冻深小于60 cm。不良地质作用主要是河流左岸的表层岩体（中砂）较为松散，加之整体地形较陡，有发生崩塌的危险，建议施工时做好临时监测，同时辅以被动网等相关保护措施，保证施工安全[2]。

2 环境水、场地土的腐蚀性评价

2.1  环境水的腐蚀性评价

在穿越区取地下水样3组、地表水样1组进行水质分析。地下水硫酸盐（SO₄^2-）质量浓度为146.0 mg/L，腐蚀等级为微；镁盐（Mg²⁺）质量浓度为49.7 mg/L，腐蚀等级为微；总矿化度为517.0 mg/L，腐蚀等级为微。研究区环境水对混凝土结构及其中的钢筋具有微腐蚀性，对钢结构（如管道）具有弱腐蚀性[2]。

2.2  场地土的腐蚀性评价

在穿越区测量土壤视电阻率3处，测试值分别为50.3 Ω·m和88.7  Ω·m。取土试样4组，场地土中Cl-的质量分数为4.95 mg/kg，pH为8.80，腐蚀等级为微，对混凝土结构及其中的钢筋具有微腐蚀性，对钢结构（如管道）具有弱腐蚀性[2]。

3 河床及岸坡的穩定性评价

3.1  地基土承载力

为了判别土层均匀性和划分土层、地基液化可能性及等级，估算地基承载力和压缩模量[1]，本次勘查分层进行了标准贯入试验，测试结果统计如表1所示。

在卵石地层中进行了超重型动力触探试验，累计进尺20.20 m。按地层实测击数和修正击数分别进行统计，结果如表2所示。

根据场地土的物理力学性质指标、原位测试统计结果，中砂标贯击数（修正值）为7.9～13.1，粉细砂标贯击数（修正值）为9.7～11.2，松散～稍密卵石N₁₂₀击数（修正值）为1.5～5.2，标准值为3.3，综合确定地基土的承载力特征值（f_ak）如表3所示。

3.2  河床稳定性评价

该河属于常年性河流，上下游河道较顺直，河床为“U”形，地形起伏小，河势较稳定。研究区覆盖层岩性主要为中砂、粉质黏土及卵石，其中，揭穿中砂最大厚度为9.80 m，平均厚度约为8.00 m，密实度为松散～稍密，表层中砂在洪水期易被冲刷移动，为不稳定层。下部粉质黏土层抗冲能力强，为稳定层；卵石分布不均匀，最大厚度约为3.20 m，平均厚度约为2.00 m，呈松散状，抗冲能力差，为不稳定层。穿越段河床总体以淤积为主，并形成了穿越区河道的“地上悬河”；相对而言，河床的冲刷情况不明显。

穿越区为河道清淤段，主要采用人工采砂对河床进行清理。因此，穿越段上游多分布人工采砂场，目前采砂最大深度约为4.00 m，穿越工程应考虑上述变化趋势对工程建设与运营的不利影响。雨季和冰雪融化季节河水流量大、流速快，对河床的冲刷作用较强。整体来看，该穿越断面河床稳定性较好。

3.3  岸坡稳定性评价

根据穿越区所处沁河河道起伏弯曲，河床第四系冲、洪积物厚度变化及物质组成相变，两岸堆积物明显的不对称性等综合分析，穿越区河谷经历了漫长的演变。

虽然河道两岸受河床边界及堤防的约束，但近年来沁河下游河槽萎缩，排洪能力降低，河势变化频繁。在穿越轴线下游约500.00 m处形成了一个较大弯道，弯道上游河势不顺，致使穿越轴线附近左岸漫滩逐年后退，形成“U”字形后流向下游。虽然近年来采取了工程措施，但是该段不利河势并未改变，下游张村附近形成的“U”形弯继续朝着弯底方向发展，河势更加弯曲。

从河道变化情况来看，穿越轴线沁河下游岸坡的演变可能逐渐上移，并影响穿越段的岸坡，威胁管道的安全[3]。岸坡坍塌后，坍滑体堆积于河床之上，若河床下伏管道埋深较小，可能将其挤压变形，影响管道安全运行，且洪水季节河流冲刷淘蚀较为剧烈，容易造成塌岸等边坡隐患，现场也发现岸坡局部（北岸）有轻微垮塌现象，岸坡稳定性差，因此，建议对岸坡采用浆砌块石护岸墙或混凝土护岸墙。

3.4  场地液化评价

穿越段地表以下20.00 m范围内以第四系全新统的砂性土为主，一般厚1.00～24.20 m，砂土大部分处于水下，呈饱和状态，需进行砂土液化判别，钻孔标贯试验结果如表4所示。

根据分析结果，穿越段两侧堤内砂土均不具液化性；堤外漫滩、沁河主河道附近的砂土有液化的可能，液化等级为轻微。需注意，在管道施工掘进中，机械的振动作用较强，易诱导砂土液化，应防止机械接触振动液化的产生[2-3]。

4 管道穿越方式适宜性评价

研究区地形平坦开阔，交通便利，场地条件利于设备展布及施工；河床和南岸岸坡稳定性较好，北岸岸坡稳定性较差，需要采取护岸措施；研究区地层分布稳定，穿越断面地层主要有粉质黏土、粉细砂、中砂、卵石；穿越断面河水面较宽，勘查期间水面宽约77.70 m，最大水深约为2.0 m，水流较缓；研究区无活动构造通过。综合考虑，若在枯水季节施工，河水较浅时，研究区适宜大开挖方式穿越，管道埋深应小于最大冲刷深度，建议在满足管道覆盖层厚度要求后，选取相对稳定的③-1粉质黏土、③-2粉细砂、③-4粉质黏土为主要管道穿越地层。

5 结论

（1）研究区地层分布稳定，地貌为冲积平原、漫滩及河床，地形平坦开阔；沁河属常年性河流，河道比降为0.57‰，管道穿越断面百年一遇冲刷深度为13.50 m；两岸及河床地下水埋深1.70～7.70 m，稳定地下水位标高111.44～113.25 m，年变幅1.00～3.00 m。研究区适宜管道工程建设。

（2）河床为“U”形，地形起伏小，河势较稳定，穿越段河床总体以淤积为主，该穿越断面河床稳定性较好。由于河道冲刷，岸坡稳定性差，建议对岸坡采用浆砌块石护岸墙或混凝土护岸墙。

（3）穿越段兩侧堤内砂土均不具液化性；堤外漫滩、沁河主河道附近的砂土存在液化的可能，液化等级为轻微。在管道施工掘进过程中，机械的振动作用较强，易诱导砂土的液化，应防止施工过程中机械接触振动液化的产生。

（4）穿越研究区在枯水期，河水较浅时，适宜大开挖方式穿越，管道埋深应小于最大冲刷深度，可选取相对稳定的③-1粉质黏土、③-2粉细砂、③-4粉质黏土为主要穿越地层。

[参考文献]

[1]荆宇.郑州上街区某公租房项目岩土工程条件及适宜性评价[J].现代盐化工，2022（2）：81-82.

[2]赵凯军，曾桐蕊，罗凌云.天燃气管道定向钻穿越工程地质评价及工程影响[J].有色金属设计，2022（2）：93-95.

[3]周先成，俞剑，黄茂松.隧道开挖对有接头地埋管线影响的工程评价方法[J].岩土工程学报，2020（1）：181-187.