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.pdf

-81-第3期2023年6月No.3June，2023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（河南省地质勘查开发局第三地质勘查院，河南 洛阳 471023）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1.707.70 m，稳定地下水位标高111.44113.25 m，年变幅1.003.00 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；适宜性作者简介：钱志芳（1974），男，河南郸城人，水工环工程师，本科；研究方向：水工环勘查与技术管理。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117.16120.02 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114.50118.09 m，南北两岸岸坡高2.002.50 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3.506.00 m，层底标高112.09116.20 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，层厚1.4010.80 m，层底标高100.32108.59 m；层厚1.0012.30 m，层底标高80.0097.32 m；层厚2.5013.00 m，层底标高74.1583.73 m；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1.0024.20 m，层底标高89.59112.82 m。（4）卵石：稍密状，饱和，卵石质量分数在55%左右，粒径主要为24 cm，局部分布，厚0.809.10 m，层底标高89.11100.79 m。（5）粉细砂：稍密中密状，饱和，局部胶结状，夹砂结石，厚1.8012.50 m，层底标高78.9093.87 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1.707.70 m，稳定地下水位标高111.44113.25 m，年变幅1.003.00 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（SO42-）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 m和88.7 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。现代盐化工Modern Salt and Chemical Industry-82-第3期2023年6月No.3June，20233 河床及岸坡的稳定性评价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。表1标准贯入试验成果统计层号最大值/击最小值/击平均值/击标准值/击标准差变异系数修正系数黄土状粉质黏土实测值8.06.07.26.50.7530.1050.913修正值7.95.96.96.20.8040.1170.903-1粉质黏土实测值11.07.09.08.01.4140.1570.884修正值9.06.37.56.70.9660.1300.904-2中砂实测值18.08.013.712.53.1420.2290.908修正值13.17.911.010.31.5630.1430.942-1粉质黏土实测值13.010.011.310.11.5060.1330.890修正值9.26.67.86.91.1790.1510.876-2粉细砂实测值16.014.015.014.50.6320.0420.965修正值11.29.710.29.80.5560.0540.955-4粉质黏土实测值16.010.013.712.02.0660.1510.875修正值10.56.69.07.91.3200.1470.879-5粉质黏土实测值17.010.015.012.92.5300.1690.861修正值10.66.39.58.21.6070.1690.860表2超重型动力触探试验成果统计项目岩土名数值类型范围值/击平均值/击标准差变异系数修正系数标准值/击-3卵石实测值2.09.05.71.3770.2400.9525.4修正值1.55.23.50.7470.2120.9573.3-3卵石实测值4.08.06.1修正值2.64.73.7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7.913.1，粉细砂标贯击数（修正值）为9.711.2，松散稍密卵石N120击数（修正值）为1.55.2，标准值为3.3，综合确定地基土的承载力特征值（fak）如表3所示。表3岩土承载力特征值一览表岩土层编号及名称承载力特征值/kPa黄土状粉质黏土100-1粉质黏土110-2中砂120-3卵石200-1粉质黏土130-2粉细砂140-3卵石220-4粉质黏土150-5粉质黏土1803.2 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”字形后现代盐化工 经验与技术-83-第3期2023年6月No.3June，2023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1.0024.20 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。表4钻孔标贯试验判别砂土液化穿越段孔号标贯点孔深/m 土层名称 黏粒质量分数/%标贯实测击数N标贯击数临界值Ncr液化判别液化指数液化等级南岸堤内Zk216.00中砂31615.68不液化/17.0031716.05不液化/18.0031816.39不液化/Zk318.0031716.37不液化/Zk414.0031514.86不液化/16.0031716.03不液化/18.0031716.37不液化/漫滩Zk512.00中砂31213.90液化2.80轻微13.0031314.37液化2.50轻微ZK73.003107.59不液化/6.0031110.60不液化/ZK93.00386.40不液化/6.00399.90液化1.87轻微北岸ZK115.00398.80不液化/11.0031413.28不液化ZK149.0031312.08不液化/15.0031615.14不液化根据分析结果，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-1粉质黏土、-2粉细砂、-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1.707.70 m，稳定地下水位标高111.44113.25 m，年变幅1.003.00 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。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-1粉质黏土、-2粉细砂、-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.现代盐化工 经验与技术