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民调工程沙漠渠段工程地质勘察研究(编写:张海元、单福聪,审查:梁宗仁)
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来源: 作者: 编辑: 阅读: 发布时间:2011-4-26
    1 工程概况

  景电二期延伸向民勤调水工程位于甘肃省河西走廊东部古浪、武威、民勤三县市境内,是一项穿越腾格里沙漠南缘的跨流域调水工程,是专门解决民勤水资源短缺的应急工程。该工程是利用已建成的景泰川电力提灌第二期工程(简称景电二期工程)的空闲容量和景泰、古浪的灌溉间隙向民勤调水,设计流量6m3/s,年调水量6100万m3,可灌溉面积15万亩,年保灌面积13.2万亩,可解决10万口人、12万头牲畜的饮水问题,为三等、中型工程,主要建筑物级别为三级。

  景电二期延伸向民勤调水工程全程258km,分三段:第一段99.6km为景电二期工程段,始于黄河五佛寺,经13梯级泵站提水后至古浪新井村的总干渠末南北干分水闸;第二段99km为新建的自流输水渠,是景电二期延伸向民勤调水的主体工程,始于南北干分水闸,至武威长城乡五墩的5号泄水渠进入洪水河;第三段利用58km长的洪水河下游天然河道及石羊河河道输水,最后进入红崖山水库。

  景电二期延伸向民勤调水工程自1995年11月8日开工以来,建设者历经五年的艰苦奋战,建成输水渠道99km,于2000年9月竣工,10月20日进行了通水试验,经实际运行检验,工程规模、质量达到设计要求,试通水一次成功。

  2 勘察过程、勘察方法

  景电二期延伸向民勤调水工程的前期勘测工作由甘肃省水利水电勘测设计研究院第三总队(现为甘肃省水利水电勘测设计研究院第二分院)完成。

  1993年我队组织勘测技术人员,收集了大量的地形、地质、水文地质资料及景电二期工程的有关资料,准备了争光10型钻机、轻型动力触探仪、改进型洛阳铲等勘探设备,在北线踏勘和草测定线的基础上,进行了输水线路工程地质剖面测绘、建筑物工程地质平、剖面测绘以及天然建筑材料料场地质平、剖面测绘,并进行了大量的勘探、取样和室内试验工作,较为圆满地完成了可行性研究阶段的工程地质勘察工作。

  1995 年在可行性研究阶段工程地质勘察工作的基础上,进行了输水线路工程地质剖面测绘、建筑物工程地质平、剖面测绘和天然建筑材料料场地质平、剖面测绘,并进行了坑、槽探及钻探和现场静载荷试验、标准贯入试验,取样进行了室内试验,顺利地完成了初步设计阶段的工程地质勘察工作。

  工程于95年11月8日开工后,我队施工地质组于1996年7月~2001年3月进行了历时近五年的景电二期向民勤调水工程技施设计阶段的施工地质与设代工作,先后完成了五座渡槽和八座消力井基坑的地质编录,海子滩段14.13km明渠的地质编录,以及沙漠段、白板滩段83.3km暗渠的地质编录,期间参与了重要建筑物的地基验收,确定地基处理方案,提出了不良地基土的处理建议,如《关于民勤调水工程风积砂地基处理的要求》、《民勤调水工程白板滩暗渠地基处理建议》、《民勤调水工程长城乡四段暗渠地基处理建议》等。期间完成了数次为优化线路而进行的改线渠段的工程地质勘察及白板滩渠段补充地质勘察工作。对施工中新出现的地质问题及初设勘察中遗留的地质问题进行了补充勘察研究或专题研究,先后提交了《沙漠渠段砂土类地基工程地质特性研究》、《白板滩改线段饱和粘性土工程地质特性补充研究报告》等专题报告,满足了设计及施工需要。

  3 沙漠渠段工程地质特点

  3.1 地形地貌

  工程区地处河西走廊东端的内陆河流域,西南为祁连山及其分支秦家大山等,东北为腾格里沙漠,中部为山前洪积波状丘陵及冲、洪积平原,地形大致向北及北东方向倾斜。

  沙漠区分布在大土沟~洪水河以东、古山墩~石峡子~冰草湾以北的广大地区,为腾格里沙漠。输水线路15+460 ~ 改4 13+060段(含3号、4号、5号渡槽及1号~7号消力井)穿越腾格里沙漠南缘。

  沙漠区风沙地貌是在原始地形及地层岩性的基础上经风沙作用改造而形成的。按照沙丘的活动性将沙漠区划分为三个亚区,即活动沙丘区、半固定沙丘区和固定沙丘区。

  1)活动沙丘区:分布于沙漠区垄岗高地,多由连续分布的新月形沙丘链组成,沙丘相对高差2~5m,个别达8~10m。背风坡以约32°的天然休止角堆积,迎风坡较缓。无植被,砂质疏松,易风蚀流动。

  2)半固定沙丘区:分布于沙漠边缘与冲洪积平原的过渡带,草丛覆盖较好,沙丘形态退化,迎背风坡不明显。

  3)固定沙丘区:分布于沙漠区垄岗高地间的低地(即塘地),植被较好,多为草滩,地表多为砂土化层。

  沙漠区地貌形态较为复杂,边缘地带呈无规律的波状起伏,而沙漠腹地地形起伏有较强的规律性:固定沙丘区与活动沙丘区相间分布,且大致呈北西~南东向展布,相对高差8~20m,总地势向北倾斜。

  3.2 地层岩性

  民调工程沙漠渠段东起大靖河,西止武威长城乡五墩的洪水河,全长83.3km,其中大靖河至黄花滩段为沙漠地貌区;黄花滩、白板滩为冲洪积平原区,其上活动性沙丘断续分布,呈现沙漠地貌景观。

  沙漠渠段砂土类地基按其成因、岩性可分为风洪积砂壤土、粉质壤土以及风积细砂、极细砂等。

  1)沙漠区岩性及其分布特征

  沙漠区岩性主要为风积细砂,在低洼的塘地表部分布有风、洪积砂壤土、粉质壤土。根据风积细砂形成的早晚可将其分为eolQ43和eolQ44两个层位。

  eolQ43细砂为早期风积砂,分布于固定沙丘区及现代活动沙丘之下或塘地风、洪积物之下,砂体结构中密~密实。局部夹有砂土或极细砂透镜体。eolQ43细砂是沙漠渠段地基土的主体,与工程建设关系密切。

  eolQ44 细砂为最新风积砂,主要分布在活动沙丘区或半固定沙丘区的表层,厚度变化大,一般厚2~5m,最厚达8~10m,背风坡的砂体结构疏松,迎风坡的砂体结构稍密实。在工程施工过程中eolQ44细砂大多被挖除。

  风、洪积砂壤土、粉质壤土主要分布于固定沙丘区(塘地),其厚度一般1~3m,局部可达6m,下伏风积细砂。

  在黄花滩~白板滩冲、洪积平原区上部为al-plQ42砂壤土、粉质壤土夹粘土,下部为eol-plQ42细砂。eolQ44细砂不连续分布于平原表部。该渠段地基土主要是冲、洪积砂壤土、粉质壤土夹粘土以及eol-plQ42细砂,而eolQ44细砂在施工过程中大多被挖除。

   2)风积砂的基本工程性质

  (1)风积砂的颗粒组成

  风积砂颗粒形态为浑圆状,多为单质矿物颗粒,以石英、长石为主(二者含量在90%以上)。风积砂粒径以0.25~0.1mm含量最高,多在70%以上,大于0.5mm及小于0.05mm者很少,属于级配不良的细砂。

  (2)风积砂的天然休止角及抗剪强度

  按照砂土的剪切理论,天然休止角代表其内摩擦角,活动沙丘背风坡多处于极限休止状态,据测定休止角31°~35°之间,均值32.3°。

  根据室内试验成果,C值在1.05~12.98kPa之间,平均6.05kPa;Φ值在25°~31°之间,平均28°。

  (3)风积砂的物理状态

  风积砂的比重为2.65,天然含水量一般小于5%,局部可达10%;eolQ43细砂的天然密度1.61~1.72g/cm3 (平均1.67g/cm3),干密度1.56~1.69g/cm3(平均1.62g/cm3),eolQ44细砂干密度平均1.60g/cm3(迎风坡)和1.52g/cm3(背风坡),说明eolQ43细砂比eolQ44细砂密实,而eolQ43极细砂因含较多的细粒组物质,平均干密度为1.56g/cm3,均比eolQ43和eolQ44细砂小,表明eolQ43极细砂结构疏松,孔隙度较大。

  (4)风积砂的相对密度

  风积砂的相对密度随着深度增加而增大,大致规律是0~3m 
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