巴楚工业园区地面塌陷地质因素及管理
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随着西部大开发的不断深入，作为叶尔羌河流域唯一通铁路的县，巴楚县成为叶尔羌河流域重要的铁路物资中转枢纽，面临良好的经济发展前景。巴楚县是新疆喀什地区东端一个发展较为独立的农业大县，是喀什地区重要的粮棉基地，是国家优质棉生产基地，巴楚县工业以粮油、棉花、甘草、罗布麻、原盐加工为主，地缘优势和资源优势开发潜力较大。工业园区就是为铁路物资中转枢纽而规划建设的，2004～2006年已有十多家物流、仓库、棉花加工业等企业单位进入该区，出现如火如荼繁荣景象，但每到春季地表向上冒水、翻浆、墙倒、厂房塌、地面凹凸不平，新规划柏油路面破坏严重等。不良工程地质问题，使许多投资者失取信心，工业园区的建设受到严重的挑战。解决工业园区地面塌陷的工程地质问题成为当务之急。
1区域性水文地质工程地质条件
工业园区位于巴楚县城以北，火车站以南一带，东西宽5km左右，南北7km，占地面积35km2。地处喀什噶尔河流域与叶尔羌河流域下游交错冲积平原，地形西南高、北东低，地面海拔1415～1410m，坡降为2‰～3‰。地层岩性主要为第四系上更新统粉土、粉质粘土、粉细砂、粘土为主。地下水主要来自上游红海水库渗漏、渠系渗漏、田间入渗及喀什噶尔河的渗漏补给，地下水位高，地下水埋藏深度较浅，一般为1～3m，土壤盐碱化程度严重。地下水含水层主要为粉细砂，富水性较差，单位出水量0．7～1．2L／s•m，地下水水质差，矿化度高，一般为3～10g／L，为Cl－Na型水。本区属于暖温带大陆性干旱气候，其特点是热量丰富、光照充足、无霜期长、温差大、降水稀少、湿度小、蒸发强、光热资源丰富。多年平均降水量54．7mm，多年平均气温11．9℃，7月份气温最高月平均26．2℃，1月份气温最低月平均－6．8℃，极端最高气温42．7℃，极端最低气温－24．2℃。最大冻土深度0．61m。
2地面塌陷工程地质条件分析
2．1水文地质条件分析
对工业区进行水文地质勘察工作，该区200m深度内分布有1层潜水和2层承压水。潜水一般埋藏于地表以下80m地层之中，含水层以中细砂为主，水位埋深为1～2m（据2006年12月调查），矿化度为5g／L左右。第一层承压水其隔水顶板埋藏于80～100m，厚5～10m，岩性为粉质粘土、粉土，第二层含水层分布于100～160m，岩性以细砂为主，据前人资料水量较小，水质较差。据调查地下水位年变幅0．8～1．2m。地下潜水动态观测数据见表1。潜水位埋藏较浅，地下水位埋藏深度在0．6～1．2m，地下水位高是影响地面塌陷的原因之一。从表1可以看出：每年5～8月地下水位开始下降，地下潜水位埋藏深度1．4～2．8m，地基中粉土、粉质粘土层处于脱水状态，地层含水率低，地基承载力高，工程地质条件良好；每年9月份开始地下水位回升，到元月份达到最高水位，这时气温最低，形成厚0．5～0．6m的冻土层。每年2月中旬气温回升，冻土层开始融化，消融水由于冰层隔水，赋存在冰层之上形成上层滞水，随着气温不断上升，水量越来越多，出现冒水，地层含水量达到饱和状态，承载力极低，地基出现不均匀沉降，形成塌陷不良地质问题。冻层全部融化地下水渗入地下，随着气温不断升高，潜水无效蒸发量大增，尽管灌溉水增加入渗补给，但地下潜水还是呈现不断下降的趋势，每年8月份达到最低水位状态。
2．2工程地质条件分析
对工程区深度15m内地层进行工程地质勘探工作，沉积物主要是第四系上更新统，其地层岩性分布如下：0～0．5m粉土，黄褐色、含较多盐粒及植物根系，稍湿、较密实；0．51～1．2m粉质粘土，黄褐色、潮湿，较密实，层状，含少量植物根系，有盐粒颗粒分布，该层分布不均一；1．21～2．3m粉土，黄褐色、潮湿－饱和状态，流塑状态，含少量盐成份；2．31～3．5m粉细砂，黄色、较密实，层状，饱水状态；3．5～4．1m粉质粘土，黄褐色、层状，含少量植物根系；4．2～8．0m粉细砂，黄褐色、较密实；8．1～10．2m粉质粘土，黄褐色、层状，分布比较均匀；10．2～15m粉细砂层，黄褐色，致密。
（1）承载力变低：对地层取样进行物理力学试验，结果表明：粉土层含水量比原勘察资料（6月）增加较大，原勘察资料地层含水量8％～12％，现含水量25％～30％；孔隙比与原来的相比有所增大。粉质粘土层，含水量比原勘察资料增加50％～60％，孔隙比与原相比变化也有所增大。说明地下水位升高，地层中含水量增大，地层承载力变小，引起地基变形破坏。
（2）溶陷和吸附软化：孔隙比与原来增大原因主要是：地下水位升高，使土的含水率增加，部分盐颗粒被溶解，盐颗粒原所占据的空间在土中形成空洞，增加了土的孔隙率，土在自重或外力作用下产生溶陷；另方面盐颗粒原本在土中作为骨架颗粒，盐颗粒被溶解后，土骨架的原始应力平衡被打破，土颗粒重新挤压排列，土产生溶陷。
（3）盐渍土的盐胀、冻胀：据有关试验资料：温度5℃～－12℃条件下的盐渍土冻胀试验表明，NaCl2H2O在5℃～－5℃温度区间内，盐渍土的盐份结晶析出量很大，且需要很长时间才能使土的膨胀变形稳定下来。在5℃～－12℃度区间内，盐渍土既有盐胀又有冻胀。所以盐渍土的盐胀、冻胀是工业区地面塌陷的原因之一。
3治理措施
治理措施一般包括以下方法：换土，拉砂砾石对地基粉土层进行替换，填筑一定厚度的碎石或砂砾石，阻止毛细水上升，以提高基础强度；添加化学材料，增强土颗粒间的联结力或提高土颗粒的憎水性；采用桩基、砂砾桩方法，在软土地基的路堤底部填筑卵石，可发挥抛石挤淤、提高软土地基强度和切断毛细水上升通道的多重作用；在地下水位以上的路堤中铺设土工膜，隔断路堤与下伏地层间的水力联系；地基两侧用土工膜包裹，封闭盐渍土并阻止地表水入渗，从而使土的含水率不变；挖排碱渠、竖井排水等降低地下水位等等。由以上分析可知：工业园区地下水位高是造成地面塌陷的主要原因，降低地下水位是彻底改变地基土工程地质条件的措施。本区降水量比较小，对地下水的补给量可忽略不计，地下水主要为上游红海水库的渗漏、渠系渗漏、周围田间入渗补给为主。因此其它方法只对基础进行处理，对工业园区其它地面无法解决。
挖排渠对工业园区不适宜，易塌方，占地面积大，排水易污染，影响工业园区环境，由于受工业园区规划道路的影响，排水效果可能不佳。按竖井排灌工程的设计原理，考虑规划设计原则及要在最短的时间内解决地下水位高、工程地质条件差的状况。竖井排灌水井应最大限度地增加单井出水量，增大降深达到釜底抽薪的效果。此外还要加大水位降深才能形成地下水位漏斗，有利于将地下水位长期稳定在5m以下的临界安全深度。为此按推荐实现方案布井如下：第一排井沿巴莎公路布井10眼，井距0．7km左右。第二排井沿友谊路布置水井12眼，井距0．7km左右。第三排井在友谊路东布置水井10眼，井距0．8km左右。第四排井布在东边新规划路布置10眼，井距0．8km，总共需布井42眼。井深50m，井径700mm，管径325mm，配套水泵QJ50－25型潜水电泵。利用原2个观测井，再布置6个长期观测井，第一排井中间以西500m布置1眼观测井，第一与第二排之间布置2眼观测井，第二与第三排之间布置2眼观测井，第三排以东500m布置1眼观测井，共6眼观测井，观测井深50m，井径300mm，管径127mm。采用管道将抽出水排向下游与渠水汇合，可进行下游农业灌溉。
4治理效果
该项目得到当地有关部门的高度重视，于2007年3月开始施工，8月份全部完成。边施工边排水，当年抽水450×108m3／a，抽水时间从4月份开始，10月份停抽。地下水位动态观测数值见表2。从地下水观测表中可知：地下水受抽水井的影响而出现水位波动，但总的趋势均为下降，地下水位12月份同期相比下降1．0～1．72m，达到降低地下水位的目的。2008年春季工业园区再没有出现翻浆、塌陷、冒水等不良地质现象；2008年抽水570×108m3／a，地下水位下降幅度较为明显，地下水位动态观测数值见表3。
从表3可以分析：抽水主要集中在4～10月份，地下水位12月份同期相比下降0．27～0．28m，地下水位下降幅度达到1．97～2．12m，达到降低地下水位，改善工业园区工程地质条件的目的。对观测资料分析：为了节药资源，减少运行成本，竖井排水工程开采量小于550×108m3／a，是能够保证工业园区地下水埋藏深度控制在2．0m以下，不会出现不良工程地质问题。现工业园区道路宽敞平直，绿树成荫，地基稳定，厂区林立，一派繁荣景象。
5结语
（1）工业园区地处两河流域下游地带，地层为细粒盐渍土，地下水位埋藏深度浅，春季消融水、盐胀、盐溶造成地面塌陷、地基破坏等不良工程地质条件。（2）经水文地质工程地质综合研究，分析了工程地质条件改变的主要因素，采用竖井排水技术，取得了显著效果。（3）建立地下水动态观测自动体系，以地下水位作为约束条件进行自动管理各抽水井的抽水时段，以最少的成本取得最大的经济效益和社会效益。