若羌河山口二級(jí)電站引水渠和泄水渠工程地質(zhì)條件與評(píng)價(jià)研究

脫云飛,王克勤,張振偉,景世紅,張麗娟

(1.西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,云南 昆明650224;2.云南大唐國際電力公司,云南 昆明650011;3.新疆巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,新疆烏魯木齊 830000)

1 工程概況

若羌河山口二級(jí)水電站是一座日調(diào)節(jié)引水式水電站,以發(fā)電為主,兼顧引水灌溉。電站位于若羌縣城以南28.0 km,距若羌河山口一級(jí)水電站2.0 km,地理坐標(biāo)為東經(jīng)88°10′45″～ 88°12′15″,北緯 38°43′30″～ 38°52′20″,距庫爾勒市 442.0 km,交通方便。該電站年發(fā)電量7.2×106kW·h,設(shè)計(jì)水頭60.0 m,過水流量 4.0 m3/s,工程規(guī)模為小(一)型,工程等級(jí)為四級(jí)[1]。若羌河山口二級(jí)水電站建成后將緩解若羌縣城以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活用電和用水不足的局面。該水電站的水渠工程主要有引水渠、泄水渠、事故泄水渠和冬季退水渠,本文主要對(duì)若羌河山口二級(jí)水電站引水渠和泄水渠工程地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)分析[2]。

2 地質(zhì)概況

若羌河山口二級(jí)水電站工程區(qū)位于塔里木盆地東南緣-阿爾金山北麓,區(qū)域性斷裂主要有:阿爾金山南緣斷裂(F2),若羌河山口斷裂(F1),龍口一帶的斷裂(F3),若羌縣城北的矛頭山斷裂(F4),其中F1斷裂穿越工程區(qū),該斷裂是盆地與阿爾金山的分界斷層,產(chǎn)狀為 40°～ 60°SE∠40°～ 50°,長 200.0 km,破碎帶寬0.7 m～1.0 m,由碎裂巖、角礫巖和斷層泥組成,該斷裂錯(cuò)斷Q1和Q2地層,可見到元古界地層逆沖到Q1和Q2地層上[3]。

工程區(qū)構(gòu)造活動(dòng)主要表現(xiàn)在F1斷裂上,在第四系Q1和Q2時(shí)期由于受F1斷裂活動(dòng)的影響,造成元古界(Pt)老地層逆沖到Q1和Q2地層之上,并沿F1斷層在山口水電站以西126.0 km處于1993-09-26發(fā)生過一次6.75級(jí)地震,在該工程以南75.0 km處沿阿爾金山南緣斷裂發(fā)生過一次6.6級(jí)地震,以上地震對(duì)工程均屬于遠(yuǎn)震[4]。據(jù)國標(biāo)GB18306-2001和1/400萬《中國地震動(dòng)態(tài)參數(shù)區(qū)劃圖》劃分,50年超越概率10.0%的地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g所對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度,故該區(qū)為地殼穩(wěn)定性較好區(qū)[5]。

工程區(qū)位于阿爾金山北緣的若羌河山前傾斜沖洪積平原上,地形南高北低,河流總體流向?yàn)橛赡舷虮?引水渠和泄水渠均位于Ⅱ級(jí)階地平臺(tái)上,地形平坦。巖性為沖積含漂石的砂卵石層,該層主要分布于Ⅰ和Ⅱ級(jí)階地上部,厚度大于80.0 m,巖性為沖積砂卵石層(Q4al)分布于河床中。

3 地質(zhì)條件分析

通過對(duì)若羌河山口二級(jí)水電站的引水渠和泄水渠的鉆孔探井試驗(yàn)、顆粒分析試驗(yàn)、土壤化學(xué)分析試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)和重型動(dòng)力觸探試驗(yàn),推斷出若羌河山口二級(jí)水電站的引水渠和泄水渠工程地質(zhì)條件和工程地質(zhì)問題,并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,具體結(jié)果如下:

3.1 引水渠工程地質(zhì)條件

若羌河山口二級(jí)水電站引水渠是從K 0+000處引水,渠道沿線地形起伏不大,引水渠沿線位于若羌河洪積平原上,屬Ⅱ級(jí)階地平臺(tái),根據(jù)引水渠道沿線的地貌和地層巖性,可以將電站引水渠劃分為一個(gè)工程地質(zhì)單元,有灰色～灰白色的卵石,該層最大厚度5.0 m,顆粒呈圓狀或亞圓狀,骨架顆粒呈交錯(cuò)排列,粒徑為2.0 mm～50.0 mm,還有以花崗巖、石英巖成分為主的漂石,硬度較高,礦物成分以長石、石英和云母為主,以干～稍濕砂土和稍密～中密充填。

通過土工試驗(yàn)可知引水渠沿線土壤的不均勻系數(shù)Cu為7.8～12.9,曲率系數(shù) Cc為1.3～1.9,承載力特征值fak為300 kPa～500 kPa,滲透系數(shù) k為0.15 cm/s～0.23 cm/s,內(nèi)摩擦角 φ為 38°～45°,比重 Gs為 2.7,最大干密度 2.232 g/cm3～2.331 g/cm3,最優(yōu)含水率5.637%～5.860%。根據(jù)土工試驗(yàn)可知,引水渠工程的地質(zhì)屬級(jí)配良好的土,屬中強(qiáng)透水性的砂土,干密度大,最優(yōu)含水率小,沒有地質(zhì)災(zāi)害。

3.2 引水渠工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

根據(jù)渠道沿線地下水埋深,地層巖性及地下水與地表水的補(bǔ)排關(guān)系,利用垂向滲漏公式,其計(jì)算公式為:

式中:G為單位長度渠道的滲漏量(cm3/s);k為土層滲透系數(shù)(cm/s);A1為系數(shù),與B,H0和渠道邊坡系數(shù)m有關(guān),其值查表可得;B為渠水面寬度(cm);H0為渠水深度(cm);L為渠段長度(cm)。

因?yàn)槿羟己由娇诙?jí)電站引水渠地層為卵石,稍密～中密,滲透系數(shù)為0.15 cm/s～0.23 cm/s,利用垂向滲漏公式對(duì)引水渠單位長度滲漏量計(jì)算,其結(jié)果見表1,由表1可知,引水渠地層屬強(qiáng)透水性地層,會(huì)造成引水渠水的大量滲漏損失,因此必須對(duì)引水渠道進(jìn)行防滲措施處理。

引水渠沿線地層土壤粒徑小于0.075的顆粒含量為0.1%～0.3%,為卵石層,地下水埋深大于20.0 m,可不考慮土壤的凍脹性和地震液化。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)附錄G“場地環(huán)境類型”中G0.1條的規(guī)定,確定渠線環(huán)境類型為Ⅲ類,通過試驗(yàn)測得引水渠土壤的腐蝕性評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。經(jīng)過計(jì)算分析引水渠沿線土壤對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性,對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋無腐蝕性。

表1 引水渠單位長度滲漏量

表2 引水渠土壤腐蝕性評(píng)價(jià)

引水渠地層地下水埋深大于20.0 m,因此不考慮地下水對(duì)混凝土的腐蝕性,因此對(duì)地表水(若羌河河水)進(jìn)行化學(xué)分析,分析結(jié)果見表3。根據(jù)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-85)和中華人民共和國農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB5084-92),從表3可知地表水滿足發(fā)電、居民生活用水和農(nóng)田灌溉用水的水質(zhì)要求。

表3 地表水化學(xué)成份含量

3.3 泄水渠工程地質(zhì)條件

泄水渠沿線處于若羌河洪積平原上,Ⅱ級(jí)階地平臺(tái)上,勘探深度5.0 m范圍內(nèi)出露地層主要為第四系地層,地層內(nèi)有灰色～灰白色卵石,最大厚度為5.0 m,顆粒呈圓狀或亞圓狀,骨架顆粒呈交錯(cuò)排列,粒徑2 mm～50 mm,還有以花崗巖和石英巖為主要成分的漂石,硬度較高,礦物成分以長石、石英和云母為主,充填干～稍濕和稍密～中密砂土。

通過試驗(yàn)可知泄水渠沿線土壤的不均勻系數(shù)Cu為36.7～40.9,曲率系數(shù) Cc為 3.4～5.2,屬級(jí)配良好的土,承載力特征值 fak為300 kPa～500 kPa,滲透系數(shù) k為0.19 cm/s,屬中強(qiáng)透水性,內(nèi)摩擦角 φ為38°～45°,比重 Gs為2.7,最大干密度為2.21 g/cm3～2.33 g/cm3,最優(yōu)含水率為5.52%～5.92%。根據(jù)土工試驗(yàn)可知,泄水渠工程的地質(zhì)屬級(jí)配良好的土,屬中強(qiáng)透水性的砂土,干密度大,最優(yōu)含水率小,沒有地質(zhì)災(zāi)害。

3.4 泄水渠的工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

根據(jù)泄水渠道沿線的地下水埋深,地層巖性及地下水與地表水的補(bǔ)排關(guān)系,利用公式G=k(B+A1H0)對(duì)泄水渠垂向滲漏進(jìn)行計(jì)算,泄水渠單位長度滲漏量計(jì)算結(jié)果見表4,由表4可知,泄水渠地層為卵石,稍密～中密,滲透系數(shù)為0.19 cm/s,屬強(qiáng)透水性地層,會(huì)造成泄水渠水的大量滲漏損失,因此必須對(duì)泄水渠道進(jìn)行防滲措施處理。

表4 泄水渠單位長度滲漏量

泄水渠沿線地層土壤粒徑小于0.075的顆粒含量為0.3%～0.5%,該段地層為卵石層,地下水埋深大于20.0 m,可不考慮土壤的凍脹性和地震液化。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)附錄G“場地環(huán)境類型”中G0.1條的規(guī)定,確定渠線環(huán)境類型為Ⅲ類,通過試驗(yàn)測得泄水渠土壤的腐蝕性評(píng)價(jià)結(jié)果見表5。經(jīng)過計(jì)算分析泄水渠沿線土壤對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性,對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋無腐蝕性。

表5 泄水渠土壤腐蝕性評(píng)價(jià)

4 結(jié) 語

(1)根據(jù)若羌河山口二級(jí)水電站引水渠的地質(zhì)試驗(yàn),確定了引水渠的工程地質(zhì)條件。利用垂向滲漏公式計(jì)算得引水渠單位長度滲漏量為1.19×10-2m3/s,引水渠沿線地層屬強(qiáng)透水性地層,滲漏損失較大,必須對(duì)引水渠道進(jìn)行防滲措施處理。引水渠沿線土壤對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性,對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋無腐蝕性。從引水渠中引入的地表水滿足發(fā)電、居民生活用水和農(nóng)田灌溉用水的水質(zhì)要求。

(2)根據(jù)若羌河山口二級(jí)水電站泄水渠的地質(zhì)試驗(yàn),確定了泄水渠的工程地質(zhì)條件。利用垂向滲漏公式計(jì)算得泄水渠單位長度滲漏量為9.79×10-3m3/s,泄水渠沿線地層屬強(qiáng)透水性地層,滲漏損失較大,必須對(duì)泄水渠道進(jìn)行防滲措施處理。泄水渠沿線土壤對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性,對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋無腐蝕性。

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