北票市供水工程地质条件分析

谢丙春，王玉涛

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006)



北票市供水工程地质条件分析

谢丙春，王玉涛

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006)

本管道管材为球磨铸铁管。通过钻探和地质测绘等地质勘察手段，查明管道沿线的地形地貌、地层岩性、岩体风化程度、存在的不良地质条件，查明沿线的地下水位、埋深及地下水对钢结构腐蚀性，确定各地质单元岩体的物理力学性质参数，评价各地质单元管道地基稳定性、基坑降水、基坑支护等问题。

磨铸铁管；钻探；地质测绘；基坑降水；基坑支护

1 工程概况

北票市供水线路由朝阳市(县)供水线路分水口至北票市台吉净水厂，全长约24443m，双根管径为0.8m球磨铸铁管。

2 管线工程地质条件

2.1 地形地貌

区内地形起伏较大，地势呈东北高西南低，地面高程145.0-267.0m，按地表形态分为两个地貌单元，即低山丘陵区、沟谷区。

2.2 地层岩性

本线路穿越的地层岩性主要有元古代震旦系雾迷山组(Z2w)灰岩、中生界侏罗系中统蓝旗组(J2l)砂岩、白垩系阜新组(K1f)砂岩夹页岩、新生界中更新统(Q2dpl)粉质黏土、上更新统(Q3dpl)粉质黏土和全新统(Q4pal)砂卵石等。

2.3 水文地质条件

2.3.1 地下水类型

本线路地下水类型为第四系孔隙潜水，在勘察期间分布于桩号2+510-4+618、20+056-20+478段的河漫滩和阶地中，总长2530m。含水层岩性主要为粉砂、粗砂、砾砂和圆砾；该层地下水主要接受地表水和大气降水补给，以侧向径流为排泄方式，易受气象因素及季节变化影响。

2.3.2 地下水埋深

本管线段地下水变幅按1.5m考虑。管道一般开挖深度2.8m，穿越河流开挖深度6.8-9.2m。勘察期间地下水位与管线共分3种位置关系，具体如下：

1)勘察期间未见地下水或管基在地下水变幅之上：分布于桩号0+000-2+510、3+840-4+418、4+618-24+433，总长22903m。

2)勘察期间地下水位于管基附近：分布于桩号3+700-3+840、4+418-4+618，累计总长340m，勘察期间地下水埋深2.8-3.9m，位于管基附近。

3)勘察期间地下水位于管基以上：分布于桩号2+510-3+700，长1190m。勘察期间地下水埋深0.0-1.8m，位于管基以上。

2.3.3 地下水水质分析

勘察期间针对位于管基以上或管基附近的地下水采取水样进行水质分析试验，本线路共取样25组。

2.3.4 岩土层渗透性

各岩土层渗透系数建议值见表1。

表1 各岩土层渗透系数建议

2.4 管道地基岩土体特征

根据地貌类型、地下水埋深情况、岩土体的状态进行了地质单元划分，共分为52个地质单元、1个穿越单元。各地质单元的岩土体在原位测试、边坡坡比、承载力方面均做单独统计。

2.5 主要工程地质问题

2.5.1 地基稳定性评价

根据本工程段管道的埋设特点，主要管基岩性为粉质黏土、粉砂、粗砂、砾砂、圆砾、碎石夹黏土和全-弱风化岩。粉质黏土，可塑，地基承载力特征值为150kPa；粉砂，稍密，地基承载力140kPa；粗砂，稍密，地基承载力120-200 kPa；砾砂，中密，地基承载力300 kPa；圆砾，稍密，地基承载力400-500kPa；碎石夹黏土，稍密，地基承载力400kPa；全风化岩，地基承载力300kPa；强风化岩，地基承载力500-600kPa；弱风化安山岩，地基承载力1000kPa[1]。以上岩性承载力均能满足设计承载力要求，地基稳定。

2.5.2 基坑降水问题

根据本管线勘察期间地下水类型、分布特征及埋深情况，采取的降排水措施建议如下：

1)无需采取降排水措施：勘察期间未见地下水或管基在地下水变幅之上，总长22903m。

2)建议根据季节情况采取降排水措施：勘察期间为枯水期，地下水位相对较低，而管线位于地下水位的变幅范围内，丰水期地下水位会上升至管基以上，该种情况段长370m。建议采用明排降水。其中桩号0+000-0+611段管基岩性为粉砂、圆砾，属于中等-强透水，建议井点降水；桩号7+926-8+126段管基主要为粗砂，强透水，建议采用垂直防渗降排水。

2.5.3 基坑岩土体边坡稳定性

开挖边坡应按临时边坡考虑，本工程区涉及到开挖岩土体主要包括：粉质黏土、中砂、圆砾、碎石夹黏土、黏土、白云质灰岩。各地质单元在开挖深度内，由一种或多种岩土组成，根据地层分布组合特征，临时开挖边坡按不利情况考虑；考虑地下水埋藏情况和动静荷载情况的影响，在有效降水条件下各地质单元开挖坡比建议值[2]。

2.5.4 腐蚀性分析评价

1)对管道的腐蚀性：

本线路管材为球墨铸铁管。地下水对钢结构均有弱腐蚀性。为评价输水管线内土壤对钢结构的腐蚀性，沿拟建管线埋放处呈线状结构布设测试点。测试项目为电阻率测试，pH值测试，氧化还原电位测试，极化电流密度测试和质量损失测试五项指标进行。土壤对钢结构腐蚀性可分为微、弱、中等、强等四类。

2)对混凝土构筑物的腐蚀性：

本线路混凝土构筑物包括镇墩、排气井、排水井以及检修阀井等。本线路按Ⅱ类环境考虑，其地下水对混凝土结构有微腐蚀性；在干湿交替条件下对钢筋混凝土中钢筋有微腐蚀性。本线路土壤对混凝土结构有微腐蚀性，在干湿交替条件下对钢筋混凝土中钢筋有微腐蚀性[3]。

2.5.5 地基土液化评价

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)中4.3.4节判断公式，并考虑地下水变幅，饱和粗砂不存在地震液化问题。

2.5.6 地基土湿陷性评价

此次勘察在粉质黏土层中取3处原状样做室内湿陷试验，分别采用了单线法和双线法两种湿陷试验。

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025—2004，故本管线管基土不具有湿陷性。室内湿陷试验结果见表2。

表2 室内湿陷试验结果统计表

2.5.7 土膨胀性

2.5.7.1 地层分布特征

本工程线路全长24443m，局部位于Ⅱ级阶地及山前坡地，中更新统⑤层粉质黏土基本分布此地形地貌中，在冲沟有直接出露，冲沟两壁易发生坍塌。根据地方经验，初步判断⑤层粉质黏土具有膨胀性。

管基为该层土的共有13段，其中管线埋设深度2.4-5.0m，长589m；其他段管线埋设深度为5.0-9.2m，长1332m。

2.5.7.2 室内试验

在上述13段管基部位共取10组原状样专门进行膨胀性试验。试验成果详见表3。

表3 室内膨胀试验结果统计表

根据试验成果，参照《膨胀土地区建筑技术规范》GB 50112-2013，13段的自由膨胀率均介于39.7%-54.8%，具有膨胀性，膨胀潜势为弱，总长为1921m。其膨胀力为10.339.7-19.0kPa，饱和条件下压缩系数(a1-2)0.18-0.40Mpa-1。

2.5.7.3 膨胀性评价

1)根据现场勘察及室内试验表明，本段线路中更新统黏性土大多具弱膨胀性，总长1921m。

2)根据现阶段初步确定的管道埋设特征，上述膨胀性土穿越段管道埋深为多为5.0m以上，管基上覆盖土较厚，其自重压力相对较大，而土层膨胀力较小，因此，土的膨胀对管道运行期的稳定影响不大；另外，管道埋设深度较大，均位于大气影响急剧层深度以下，局部位于大气影响深度以下，从埋设条件看，上述各段管基运行期含水量变化不大，其涨缩变形对管道稳定的影响较小。综上所述，建议设计根据膨胀土层的分布及特性、管道的埋设情况及大气影响深度，并结合管道的允许变形等，确定是否采取处理措施。

3)鉴于膨胀土的涨缩变形特点，管道施工应尽量安排非汛期施工，且采取必要的防护措施，避免降雨入渗或地表水侵入而造成的地基土变形，影响管道施工及运行安全。

3 结 论

1)本管线段地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.35s。本管线段饱和砂土不存在地震液化问题。

2)管道地基土承载力均较高，满足天然地基稳定要求，地基稳定。地基土为⑧层粉质黏土，具有为膨胀性，长1921m，膨胀潜势为弱。

3)部分管道处于地下水位下，建议采用垂直防渗长1190m、井点降水长340m。

4)本供水线路开挖一般深度为2.8-3.0m。为了保证施工安全，建议按不同管线开挖岩性及地下水分布情况，采取不同的临时开挖边坡。

5)本线路地下水对钢筋混凝土中钢筋有弱腐蚀性长127m；土壤钢结构具有强腐蚀段长11353m、中等腐蚀段长10405m、弱腐蚀段长5596m、微腐蚀段长587m。对具有弱-强腐蚀性的地段采取防腐处理。

6)本场区场地标准冻深1.4m。

[1]李卫红.海绵城市给排水建设注意问题分析[J].科技展望，2016(07)：36-38.

[2]刘纪龙.浅谈城市给排水工程规划的难点和可持续发展动向[J].四川水泥，2016(02)：112-115.

[3]张永平,崔利军.城郊区域供水系统建设规划研究[J].轻工科技，2016(02)：69-72.

1007-7596(2016)10-0069-03

2016-09-22

谢丙春(1965-)，男，辽宁盘锦人，高级工程师，从事水利水电工程地质勘察、地质实验及地基处理等技术工作；王玉涛(1981-)，男，吉林华甸人，高级工程师。

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