沁陽市沁河段某下穿供水管線場地工程地質穩定性及適宜性評價

錢志芳

摘 要：供水管線穿越區位于濟源凹陷沖積平原中部，地勢平坦開闊，場區地貌為河漫灘及河床，地層分布穩定，適宜管道工程建設。兩岸及河床地下水埋深為1.70～7.70 m，穩定地下水位標高111.44～113.25 m，年變幅1.00～3.00 m。河床為“U”形，河勢較穩定，管線穿越斷面百年一遇沖刷深度為13.50 m；穿越段兩側堤內砂土均不具液化性，堤外漫灘、沁河主河道附近的砂土存在液化的可能，液化等級為輕微；穿越斷面河床穩定性較好。穿越場區在枯水期適宜大開挖方式施工，管道埋深應小于最大沖刷深度，穿越地層可選取相對穩定的下部粉質黏土、粉細砂、粉質黏土層。

關鍵詞：沁河；供水管線；下穿工程；工程地質特性；適宜性

1?工程地質條件

1.1? 地形地貌

供水管線穿越區地處濟源凹陷沖積平原中部，場區地貌為河漫灘及河床，穿越軸線方向與沁河河道近直交。河道斷面總體呈寬緩的“U”形，河道北岸地勢平坦開闊，地面高程在117.16～120.02 m，岸坡多見崩塌現象；河道南岸沿河分布沁陽大堤，堤內地勢較平坦開闊，地面高程一般在114.50～118.09 m，南北兩岸岸坡高2.00～2.50 m。

1.2? 地層結構

研究區地層分布較穩定，主要為第四系沖洪積粉質黏土、中砂、粉細砂、卵石。

（1）黃土狀粉質黏土：表層0.40 m為耕植土，可塑狀，無搖振反應，結構及韌性差，厚3.50～6.00 m，層底標高112.09～116.20 m。

（2）粉質黏土：可塑狀，無搖振反應，干強度及韌性中等，有4個分層，①層厚1.40～10.80 m，層底標高100.32～108.59 m；②層厚1.00～12.30 m，層底標高80.00～97.32 m；③層厚2.50～13.00 m，層底標高74.15～83.73 m；④層未揭穿。

（3）中砂：松散狀，局部稍密，濕～飽和，局部夾膠結狀砂，粉土薄層。多見灰白色螺殼碎屑，偶見小礫石，厚1.00～24.20 m，層底標高89.59～112.82 m。

（4）卵石：稍密狀，飽和，卵石質量分數在55%左右，粒徑主要為2～4 cm，局部分布，厚0.80～9.10 m，層底標高89.11～100.79 m。

（5）粉細砂：稍密～中密狀，飽和，局部膠結狀，夾砂結石，厚1.80～12.50 m，層底標高78.90～93.87 m。

1.3? 水文地質

1.3.1? 地表水

沁河屬于常年性河流，河道比降為0.57‰。平水期水面寬85.00 m，水位在110.00 m，水深2.00 m，流速為0.7 m/s；洪水期最高水位在119.68 m，最大流速為3.0 m/s，最大流量為5 980 m3/s。根據經驗統計[1]，沁河穿越斷面建議百年一遇沖刷深度取值為13.50 m。

1.3.2? 地下水

研究區地下水主要為第四系松散層孔隙水，賦存于場地表層松散堆積的卵石層、砂土層內，滲透性能好，富水性好，含水量大。兩岸及河床地下水埋深為1.70～7.70 m，穩定地下水位標高111.44～113.25 m，年變幅1.00～3.00 m。地下水水位的變化主要受沁河水漲落控制，河水上漲時，河水補給地下水；河水水位下降時，地下水向河流排泄。

1.4? 特殊性土及不良地質作用

研究區存在季節性凍土，標準凍深小于60 cm。不良地質作用主要是河流左岸的表層巖體（中砂）較為松散，加之整體地形較陡，有發生崩塌的危險，建議施工時做好臨時監測，同時輔以被動網等相關保護措施，保證施工安全[2]。

2?環境水、場地土的腐蝕性評價

2.1? 環境水的腐蝕性評價

在穿越區取地下水樣3組、地表水樣1組進行水質分析。地下水硫酸鹽（SO₄^2-）質量濃度為146.0 mg/L，腐蝕等級為微；鎂鹽（Mg²⁺）質量濃度為49.7 mg/L，腐蝕等級為微；總礦化度為517.0 mg/L，腐蝕等級為微。研究區環境水對混凝土結構及其中的鋼筋具有微腐蝕性，對鋼結構（如管道）具有弱腐蝕性[2]。

2.2? 場地土的腐蝕性評價

在穿越區測量土壤視電阻率3處，測試值分別為50.3 Ω·m和88.7? Ω·m。取土試樣4組，場地土中Cl-的質量分數為4.95 mg/kg，pH為8.80，腐蝕等級為微，對混凝土結構及其中的鋼筋具有微腐蝕性，對鋼結構（如管道）具有弱腐蝕性[2]。

3?河床及岸坡的穩定性評價

3.1? 地基土承載力

為了判別土層均勻性和劃分土層、地基液化可能性及等級，估算地基承載力和壓縮模量[1]，本次勘查分層進行了標準貫入試驗，測試結果統計如表1所示。

在卵石地層中進行了超重型動力觸探試驗，累計進尺20.20 m。按地層實測擊數和修正擊數分別進行統計，結果如表2所示。

根據場地土的物理力學性質指標、原位測試統計結果，中砂標貫擊數（修正值）為7.9～13.1，粉細砂標貫擊數（修正值）為9.7～11.2，松散～稍密卵石N₁₂₀擊數（修正值）為1.5～5.2，標準值為3.3，綜合確定地基土的承載力特征值（f_ak）如表3所示。

3.2? 河床穩定性評價

該河屬于常年性河流，上下游河道較順直，河床為“U”形，地形起伏小，河勢較穩定。研究區覆蓋層巖性主要為中砂、粉質黏土及卵石，其中，揭穿中砂最大厚度為9.80 m，平均厚度約為8.00 m，密實度為松散～稍密，表層中砂在洪水期易被沖刷移動，為不穩定層。下部粉質黏土層抗沖能力強，為穩定層；卵石分布不均勻，最大厚度約為3.20 m，平均厚度約為2.00 m，呈松散狀，抗沖能力差，為不穩定層。穿越段河床總體以淤積為主，并形成了穿越區河道的“地上懸河”；相對而言，河床的沖刷情況不明顯。

穿越區為河道清淤段，主要采用人工采砂對河床進行清理。因此，穿越段上游多分布人工采砂場，目前采砂最大深度約為4.00 m，穿越工程應考慮上述變化趨勢對工程建設與運營的不利影響。雨季和冰雪融化季節河水流量大、流速快，對河床的沖刷作用較強。整體來看，該穿越斷面河床穩定性較好。

3.3? 岸坡穩定性評價

根據穿越區所處沁河河道起伏彎曲，河床第四系沖、洪積物厚度變化及物質組成相變，兩岸堆積物明顯的不對稱性等綜合分析，穿越區河谷經歷了漫長的演變。

雖然河道兩岸受河床邊界及堤防的約束，但近年來沁河下游河槽萎縮，排洪能力降低，河勢變化頻繁。在穿越軸線下游約500.00 m處形成了一個較大彎道，彎道上游河勢不順，致使穿越軸線附近左岸漫灘逐年后退，形成“U”字形后流向下游。雖然近年來采取了工程措施，但是該段不利河勢并未改變，下游張村附近形成的“U”形彎繼續朝著彎底方向發展，河勢更加彎曲。

從河道變化情況來看，穿越軸線沁河下游岸坡的演變可能逐漸上移，并影響穿越段的岸坡，威脅管道的安全[3]。岸坡坍塌后，坍滑體堆積于河床之上，若河床下伏管道埋深較小，可能將其擠壓變形，影響管道安全運行，且洪水季節河流沖刷淘蝕較為劇烈，容易造成塌岸等邊坡隱患，現場也發現岸坡局部（北岸）有輕微垮塌現象，岸坡穩定性差，因此，建議對岸坡采用漿砌塊石護岸墻或混凝土護岸墻。

3.4? 場地液化評價

穿越段地表以下20.00 m范圍內以第四系全新統的砂性土為主，一般厚1.00～24.20 m，砂土大部分處于水下，呈飽和狀態，需進行砂土液化判別，鉆孔標貫試驗結果如表4所示。

根據分析結果，穿越段兩側堤內砂土均不具液化性；堤外漫灘、沁河主河道附近的砂土有液化的可能，液化等級為輕微。需注意，在管道施工掘進中，機械的振動作用較強，易誘導砂土液化，應防止機械接觸振動液化的產生[2-3]。

4?管道穿越方式適宜性評價

研究區地形平坦開闊，交通便利，場地條件利于設備展布及施工；河床和南岸岸坡穩定性較好，北岸岸坡穩定性較差，需要采取護岸措施；研究區地層分布穩定，穿越斷面地層主要有粉質黏土、粉細砂、中砂、卵石；穿越斷面河水面較寬，勘查期間水面寬約77.70 m，最大水深約為2.0 m，水流較緩；研究區無活動構造通過。綜合考慮，若在枯水季節施工，河水較淺時，研究區適宜大開挖方式穿越，管道埋深應小于最大沖刷深度，建議在滿足管道覆蓋層厚度要求后，選取相對穩定的③-1粉質黏土、③-2粉細砂、③-4粉質黏土為主要管道穿越地層。

5?結論

（1）研究區地層分布穩定，地貌為沖積平原、漫灘及河床，地形平坦開闊；沁河屬常年性河流，河道比降為0.57‰，管道穿越斷面百年一遇沖刷深度為13.50 m；兩岸及河床地下水埋深1.70～7.70 m，穩定地下水位標高111.44～113.25 m，年變幅1.00～3.00 m。研究區適宜管道工程建設。

（2）河床為“U”形，地形起伏小，河勢較穩定，穿越段河床總體以淤積為主，該穿越斷面河床穩定性較好。由于河道沖刷，岸坡穩定性差，建議對岸坡采用漿砌塊石護岸墻或混凝土護岸墻。

（3）穿越段兩側堤內砂土均不具液化性；堤外漫灘、沁河主河道附近的砂土存在液化的可能，液化等級為輕微。在管道施工掘進過程中，機械的振動作用較強，易誘導砂土的液化，應防止施工過程中機械接觸振動液化的產生。

（4）穿越研究區在枯水期，河水較淺時，適宜大開挖方式穿越，管道埋深應小于最大沖刷深度，可選取相對穩定的③-1粉質黏土、③-2粉細砂、③-4粉質黏土為主要穿越地層。

[參考文獻]

[1]荊宇.鄭州上街區某公租房項目巖土工程條件及適宜性評價[J].現代鹽化工，2022（2）：81-82.

[2]趙凱軍，曾桐蕊，羅凌云.天燃氣管道定向鉆穿越工程地質評價及工程影響[J].有色金屬設計，2022（2）：93-95.

[3]周先成，俞劍，黃茂松.隧道開挖對有接頭地埋管線影響的工程評價方法[J].巖土工程學報，2020（1）：181-187.