阿勒泰富蕴峡口南干渠第三系岩土工程地质问题的探讨

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摘 要 在阿尔泰山南麓至两河（额尔齐斯河和乌伦古河）流域地带，广泛分布着第三系中-上新世（N）碎屑岩类地层，本文就针对峡口南干渠穿越第三系岩层时所发生的不良工程地质问题进行简单的探讨，根据其物理特性和分布片区的不同需有针对性地研究、处理。

关键词 第三系 工程地质 问题

峡口南干渠位于新疆富蕴县喀拉布勒根乡境内，属哈拉恰海水利枢纽工程的配套项目，引水干渠总长29.8 km，引水流量4.86 m3/s。渠道多沿第三系台地边缘陡坡布置，地形坡度15°～ 45°，为边坡渠道。干渠穿越的主要为内陆湖相沉积建造第三系地层，为一套灰白、浅灰黄色泥岩、砂质泥岩和砂岩等碎屑岩类，解决好第三系碎屑岩类不良工程地质问题是工程成败的关键。

一、工程地质条件

1.地形地貌。项目区位于准噶尔盆地北部边缘和卡拉麦里山北西端低山丘陵区，地面高程在690 m～750 m之间，所属地貌可分为：剥蚀残山丘陵、山前洪积倾斜平原、河流阶地和现代河谷等四大基本地貌单元。项目区渠道大部分穿越山前洪积倾斜平原后缘地带和乌伦古河Ⅲ、Ⅳ阶地，地形总体自SE向NW缓倾，地形坡降1 ‰～3 ‰。

2.地层岩性。项目区内的地层除第三系上新统昌吉河组（N2cj）和广泛出露的第四系松散岩层外，最古老的地层为古生界泥盆系上统江孜尔库都克组（D3j）。（1）泥盆系（D3j）：主要分布在项目区北东部高台地至河流两岸峡谷段，其岩性系一套黑色浅褐色的杏仁状安山岩、硅质安山岩和晶屑安山岩类。（2）新生界第三系（N2）：呈近水平产状覆于上古生界泥盆系之上，岩性系泥岩、砂岩、砾岩和泥质砂岩类等。（3）第四系（Q）：遍及项目区，按成因分为中更新统冲洪积砂砾石层（Q2apl）、上更新统冲洪积砂砾石层（Q2apl）、全新统（Q4）残积、坡洪积、洪积和风成砂等。

3.地质构造。项目区位于准噶尔盆地北部边缘和卡拉麦里山北西端低山丘陵区，褶皱构造形迹不明显，但从区域构造来看，属一系列290°～ 340°的压性和压扭性结构面，断裂构造主要以乌河南岸乌伦古河大断裂的分枝断裂为主，该断裂与河流行发育，其余属该分枝断裂的旁侧构造，故而造成近垂直河岸的小断裂发育。此断裂面向西南倾，最近以来未见活动迹象。

二、第三系岩层分布规律

阿勒泰地区第三系岩层分布较广，在阿尔泰山南麓山前洪积地带、额尔齐斯河及乌伦古河间地块等广大地带均有分布，但大都被第四系松散层所覆盖而隐伏，仅局部沿断裂挤压隆起带、新构造运动引起的上升区直接出露于地表，风化剥蚀后多形成第四系洪坡积物。如：阿勒泰市“640”台地隆起、克兰河以南至额河“2817”隆起、乌伦古河北岸隆起地带第三系砂、泥岩、泥砂岩均于地表，其空间分布受地壳差异性升降和基岩顶板起伏影响，存在不均一性，但总体自山前向洪积倾斜平原呈梯状递增，水平状互层产出，沉积韵律明显，单层厚2 m～5 m，总沉积厚度10 m～80 m不等，中部最厚可达100 m以上。项目区所在峡口南干渠位于乌伦古河南岸倾斜平原向低山丘陵的过渡区，第三系地层沉积厚度向边缘渐变薄，渐渐灭在剥蚀残山低山前，沉积厚度50 m～10 m不等。

三、第三系岩土主要工程地质问题

第三系岩土体性状比较特殊，风化后的产物具有第四系某些土层的特性，新鲜岩体则具有软岩特性，因其成因不同，分类不同，工程地质特性也就各异，对应工程地质问题也存在多样性和复杂性。

1.边坡稳定性。桩号7+040～17+900渠道穿越乌河Ⅲ、IV级阶地及前缘坡坎，沿线渠道坡高15 m～40 m，组成坡面主要为薄层第四系砂砾石和第三系泥岩、砂岩和砂质泥岩类，呈互层状水平产出，单层厚3 m～5 m。渠道形成后，打破原岩土体平衡状态，渠道两侧形成临空面，尤其是高边坡地段，在自重应力、土体抗滑阻力和剪切力等相互作用的稳定平衡打破时，就会发生边坡失稳塌滑现象。诱发边坡失稳因素很多，有加载、工程开挖、震动、暴雨、库水浮托力以及河水位骤然消涨等。天然状态下主要影响因素是岩土体的抗剪强度和含水量。

（1）通过野外长期观测、室内试验，结合规程规范《工程地质手册》、《岩土工程勘察规范》和“635”水利枢纽工程类比最终判定第三系岩体稳定坡角为：坡高在8 m以内的稳定坡度为45°；坡高在8 m～15 m以内的稳定坡度在40°；坡高大于15 m的稳定坡度30°。

（2）工程区属干旱区，第三系地层属弱透水性，高边坡的稳定与边坡岩体的含水率紧密相关，因此，稳定边坡和坡高及汇水的洪沟地形紧密相关。实测资料，洪沟地带的岩体含水率达15%～45%，湿润层厚度可达5 m以上，其他平缓地带含水率5 %～10 %，降雨和春季融雪期，湿润层仅为0.3 m～0.5 m。因此，平缓地带岩土体边坡稳定可按同等高边坡条件下天然状态下最大含水来取，根据大量实测资料，天然稳定坡角为45°。对洪沟地带，按“u”型部位不同分别取值，两侧为30°，中部取25°，削坡以达到稳定状态为目的。

2.泥岩的膨胀性。膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石（微晶高岭土）和伊利石（水云母），具有较高的亲水性，是一种吸水膨胀，失水收缩变形的高塑性土。成因上主要分三大类：河流相沉积、湖相沉积及残、坡积相沉积。《膨胀土地基设计》中将自由膨胀率≥40%作为判别膨胀土的指标，而以液限≥40%，塑限指数小于0.25作为判别的参考指标。

根据渠道沿线工程地质勘察，第三系地层主要以片区形式在河流的阶地后缘地带分布。第三系泥岩分布地段为渠线桩号3+500-3+940、5+100-5+330、9+100-12+600。根据多项试验资料显示，工程区第三系泥岩的物理力学性质指标：w=1.8%～6.0%，ρ=1.74～1.85g/cm3，Gs=2.66～2.68，e=0.56～0.68，ωL=46～50，Ip=21～26，自由膨胀率=37%～44%；压缩性指数av=0.025～0.033mPa，Es=7.4～21.7；击实性指数ρmax=2.03g/cm～2.12g/cm，wop=8.7%～10.4%；抗剪强度：天然c=28kPa～80kPa，φ=26.3°～34.5°，饱和c=17.5kPa～49.5kPa，φ=21.4°～31.7°；渗透系数k=2.1×10-5～3.44×10-7，属弱透水层。

从试验物性指标可知，泥岩自由膨胀率37 %～42%，液限大于40%，天然液性指数小于零，由此判定属非-轻度膨胀土。泥岩遇水膨胀后内摩擦角比天然状态下降低5°～ 8°，渗透系数也相应减小，说明膨胀土的区域性特点存在较大差异，峡口南干渠泥岩、砂质泥岩存在弱膨胀性。因此，对泥岩段的防渗处理就显得尤为重要，施工中已经对泥岩段进行了双重防渗处理。

3.砂岩的崩解性。（1）软岩中含有的蒙脱石遇水膨胀导致块体崩解。（2）软岩中含有一定量易溶盐固体成分，溶解后产生块体崩解。试验崩解过程采用圆球浸水试验，以一定时间内最终块体崩解为判别标准。渠线桩号6+960-7+040、8+100-9+000、12+800-15+800段为第三系中砂岩、含泥质中粗砂岩层，经室内试验测得如下结果。（见表1）

通过上表试验数据表明，渠道沿线砂岩层遇水后5min完全崩解，成散体结构。由此说明，渠道在无衬砌的条件下，岩体遇渠水会不断崩解，边坡不断再造，导致渠道边坡失稳，工程失利。设计部门依据地质资料，对砂岩段进行了塑膜加混凝土预制板的双重防渗体系，提高防渗等级，很好地预防了第三系砂岩的崩解性带来的不良工程地质问题。

四、结束语

第三系岩层中软岩的种类较多，根据岩石组成中矿物成分及粒径大小，其物理力学性指标差别较大，含水量对边坡的稳定、岩土的膨胀、崩解性工程影响较大，在工程勘察中应该认真区别对待，科学地采取处理措施。峡口南干渠自2003年建成渠道安全运行6年，证明对第三系软岩勘察的结论是正确的，对应的设计方案是合理的。

参考文献

[1]工程地质手册.第四版・北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]GB50021-2001，岩土工程勘察规范.北京：中国建筑工业出版社，2002.