漢中石門水庫瀝水溝渡槽工程地質(zhì)條件淺析

韓世鵬

(陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院勘察分院，陜西 咸陽712000)

漢中石門水庫瀝水溝渡槽工程地質(zhì)條件淺析

韓世鵬

(陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院勘察分院，陜西 咸陽712000)

通過對漢中石門水庫瀝水溝渡槽工程地質(zhì)條件的討論，簡要說明了邊坡兩岸傾倒體的形成原因，結(jié)合多種勘察手段查明傾倒體下限，通過邊坡傾倒體的穩(wěn)定計(jì)算，提出兩岸邊坡的工程處理措施和建議。

邊坡;傾倒體;孔內(nèi)電視;條塊分割法

瀝水溝渡槽位于漢中市褒河瀝水溝口，是石門水庫灌區(qū)東干渠渠首跨越瀝水溝的重點(diǎn)建筑物，距石門水庫壩區(qū)以南約2.1 km，渡槽設(shè)計(jì)輸水流量30 m3/s，加大流量32 m3/s，渡槽全長354 m，渡槽為預(yù)應(yīng)力薄殼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，最大建筑高度38.9 m，渡槽屬Ⅱ等工程3級建筑物。

渡槽于1972年5月建成通水。運(yùn)行一年后，渡槽進(jìn)口處由于地基巖體發(fā)生變形，導(dǎo)致有的槽箱變位、支柱擺座傾斜，產(chǎn)生裂縫和滲水流出。鑒于上述情況，85年3月省地有關(guān)部門和石門水庫管理局決定對渡槽進(jìn)口處前50 m渠段進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)水泥襯砌防滲處理，并完成渡槽進(jìn)口地段的山坡坡面排水工程。加固處理后工程的安全性有了較大提高，運(yùn)行至今已20多年。

2008年5月12日，四川汶川發(fā)生了8.0級強(qiáng)烈地震，其后余震不斷。漢江石門水庫灌區(qū)與震中距離140～400 km，水利設(shè)施受地震波及影響較大，渡槽槽箱和排架出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全問題，在大流量運(yùn)行時，渡槽整體搖晃嚴(yán)重，致使工程安全性及適用性銳減，出于安全考慮，只能降低流量運(yùn)行，而這必將影響灌區(qū)約27.0萬畝農(nóng)田灌溉，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生活和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)收入造成損失。為保證灌區(qū)灌溉效益的發(fā)揮，對渡槽進(jìn)行整體性加固或改線重建勢在必行。

瀝水溝渡槽出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題比較復(fù)雜，既有普遍性又有特殊性，因此有加以總結(jié)提高的必要。

1 工程概況

1.1 渡槽的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

工程區(qū)位于秦嶺與巴山山脈之間的漢江盆地北緣。盆地北接秦嶺，南與巴山相連，盆地外緣多有丘陵和低中山區(qū)分布。漢江自西向東從盆地中部通過，河流沿岸階地發(fā)育，地形起伏小，廣泛分布有第四系松散堆積物，為良好的農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)。

工程區(qū)在大地構(gòu)造上屬于秦嶺褶皺帶，經(jīng)歷加里東、華力西和印支三個旋回，于印支運(yùn)動最終回返，為一個旋回褶皺系。沉積層巨厚，巖漿活動頻繁，變質(zhì)作用復(fù)雜，褶皺斷裂發(fā)育。出露地層以寧強(qiáng)群為主，為一套淺變質(zhì)的千枚巖。

工程區(qū)以南為漢中斷凹，受“陽平關(guān)～洋縣斷層帶F27”控制，漢中斷凹東西長約100 km，南北寬5～25 km，凹陷中心在漢中～洋縣附近，沉積物厚度100～900 m?；讟?gòu)造復(fù)雜，但主要為陽子期侵入巖體構(gòu)成。歷史記載地震多沿北東向構(gòu)造帶活動，曾發(fā)生過五次5級以上的地震，但最大震級為1635年洋縣發(fā)生的5.5級地震。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306－2008)標(biāo)準(zhǔn)，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.10 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，相應(yīng)的地震烈度為Ⅶ度。

綜上所述可知，工程區(qū)出露的區(qū)域地層軟弱，易風(fēng)化，受重力影響，多有傾倒現(xiàn)象發(fā)生，使巖體容易產(chǎn)生變形，而影響到建筑物的安全。

1.2 渡槽邊坡巖體變形穩(wěn)定的工程地質(zhì)因素

渡槽位于瀝水溝入褒河匯流處，為丘陵和低山地形，溝口有褒河一、二級階地分布。兩岸山坡不對稱，左緩右陡，基巖出露于兩岸山坡，出露高程分別為585 m和565 m以上，以下大面積覆蓋人工堆積和第四系的松散土、石，厚度一般在5～10 m。

工程區(qū)內(nèi)的基巖主要為前寒武系綠泥石絹云母千枚巖，第四系松散地層廣泛出露于基巖之上。綠泥石絹云母千枚巖，片理發(fā)育，巖性軟弱、破碎，綠泥石絹云母千枚巖中穿插大量的石英細(xì)脈(厚0.5～3.0 cm，或石英巖薄層(厚5～10 cm)，由于石英脈的穿插和綠泥石絹云母千枚巖的特性，薄片和變質(zhì)礦物間的結(jié)合不密實(shí)，手可剝成碎片，吸濕性強(qiáng)，透水性差，遇水易軟化，風(fēng)化后多成泥狀，因此綠泥石絹云母千枚巖的力學(xué)強(qiáng)度非常低，屬軟巖。

第四系松散地層廣泛出露，成因類型復(fù)雜，有下更新統(tǒng)湖積漂卵石層(Q11)、中更新統(tǒng)湖洪積層(Q21+p1)、中更新統(tǒng)洪積層(Q2p1)、上更新統(tǒng)風(fēng)洪積層(Q3eo1+p1)和全新統(tǒng)沖洪積層、沖積層、坡積層、滑坡堆積、人工堆積等。

工程區(qū)內(nèi)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育。主要表現(xiàn)有基巖傾倒。瀝水溝左岸傾倒巖體厚度為15～25 m，右岸約30 m左右。傾倒體巖層產(chǎn)狀為10°～30°∠30°～60°，下伏正常巖層產(chǎn)狀為340°～355°∠70°～85°。基巖傾倒現(xiàn)象是巖體長期變形的結(jié)果，對建筑物的穩(wěn)定帶來不利的影響。另外不穩(wěn)定巖體形成的崩塌、滾石等現(xiàn)象也比較發(fā)育。

巖石風(fēng)化特征:測區(qū)范圍內(nèi)基巖的風(fēng)化程度可分為:全風(fēng)化帶、強(qiáng)風(fēng)化帶和弱風(fēng)化帶三種:

①全風(fēng)化帶:在傾倒巖體范圍內(nèi)，全風(fēng)化巖體的厚度一般5～8 m，局部可達(dá)9.5 m，巖石風(fēng)化后雖保持原巖的片理結(jié)構(gòu)，但已風(fēng)化成土狀.或碎片，石英脈已成碎石。

②強(qiáng)風(fēng)化帶:傾倒巖體范圍內(nèi)和深度到正常巖層1 m左右，均為強(qiáng)風(fēng)化帶，厚度達(dá)10～20m，在傾倒體范圍以外，其厚度為3～15 m。該巖體多呈碎塊狀，節(jié)理面均具鐵銹色、石英巖節(jié)理面上多見銹斑，巖石點(diǎn)載荷試驗(yàn)的Rb=13～18Mpa，為Ⅴ級。

③弱風(fēng)化帶:傾倒體分界線1m以下的正常巖層和傾倒體以外地段的深度3～15 m以下巖層為弱風(fēng)化帶。巖體較完整、堅(jiān)硬、裂隙減少，巖石斷口新鮮，強(qiáng)度較高，巖石點(diǎn)載荷試驗(yàn)的Rb=25～30 Mpa，為Ⅳ級。

2 渡槽邊坡巖體變形的穩(wěn)定分析

渡槽除河床部分無傾倒體分布外，兩岸山坡均有分布，而其厚度較大，風(fēng)化嚴(yán)重。

右岸邊坡較陡，約40°～60°，傾倒體從坡腳至坡頂廣泛出露，依據(jù)風(fēng)化程度可分為兩帶，上部為全風(fēng)化帶巖體，厚約10～15 m，下部為強(qiáng)風(fēng)化帶巖體，厚約15～25 m。

左岸邊坡較緩，約30°左右，傾倒體分布于右岸相同，上部為全風(fēng)化帶巖體，厚約10 m，下部為強(qiáng)風(fēng)化帶巖體，厚約5～10 m。

1)本次為確定兩岸邊坡傾倒體下限，采用了鉆探、孔內(nèi)電視、電法測試和聲波測試等多種手段。依據(jù)孔內(nèi)電視成果，傾倒體下限見表1。

表1 鉆孔傾倒體底面深度及產(chǎn)狀對照表

結(jié)合巖芯編錄及電法測試和聲波測試成果，統(tǒng)計(jì)成果見表2。

表2 鉆孔巖體風(fēng)化分帶表

由以上兩個統(tǒng)計(jì)成果，最終確定傾倒體下限如表3。

表3 鉆孔傾倒體底面深度及產(chǎn)狀對照表

2)邊坡巖土體強(qiáng)度計(jì)算建議值如表4。

表4 巖土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)建議值

由于邊坡變形破壞形式，為局部崩塌或滑動(傾倒巖體)，邊坡先期傾體已產(chǎn)生變形，下部未變形弱風(fēng)化巖體為邊坡破壞下限，最不利滑面假定位于傾倒巖體與穩(wěn)定巖體邊界進(jìn)行計(jì)算。本次邊坡穩(wěn)定計(jì)算采用條塊分割法進(jìn)行計(jì)算，在右岸和左岸邊坡分別有條件選擇若干滑面，分別計(jì)算其K系數(shù)，選取最危險滑面。每個滑面分為20個條塊，按非地震和地震兩種工況條件進(jìn)行計(jì)算，地震裂度按Ⅶ度考慮。

根據(jù)各巖土不同抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，分別分析計(jì)算最危險滑面和較安全滑面的K系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表5。

表5 邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

從以上計(jì)算可得知:

①左右岸邊坡不穩(wěn)定滑弧面，均位于傾倒巖體和強(qiáng)風(fēng)化層中。

②左岸邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)K≥1.62，由此說明左岸邊坡基本穩(wěn)定。

③右岸邊坡淺層滑面穩(wěn)定系數(shù)K≥1.33，基本穩(wěn)定，中部及傾倒體滑面天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)K≥1.03，安全系數(shù)偏低，說明邊坡處于極限狀態(tài)。在滑面飽水且有地震時，整體邊坡穩(wěn)定系數(shù)K=0.98～1.01，邊坡整體穩(wěn)定性差。

經(jīng)過對兩岸傾倒體邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算，右岸傾倒體處于臨界狀態(tài)，在滑面飽水且有地震時，安全系數(shù)偏低，穩(wěn)定性差，需要進(jìn)行工程處理;宜進(jìn)行削坡減載或抗滑處理，并應(yīng)做好排水及監(jiān)測措施。左岸傾倒體現(xiàn)狀是穩(wěn)定的，可不進(jìn)行處理，但需設(shè)置變形監(jiān)測設(shè)施。

3 結(jié)語

確定傾倒體下限的最好辦法是通過探硐去揭示，在因工期原因、施工條件或其他因素不能實(shí)施的情況下，通過其他輔助手段也可以查明，如該工程就采用了采用了鉆探、孔內(nèi)電視、電法測試和聲波測試等多種手段。只要把這些方法的結(jié)果仔細(xì)對比可以明確傾倒體的埋深，在其他工程地質(zhì)條件類似的工程地質(zhì)問題中(如滑坡)也可以采取這種方法。

［1］GB50287－99水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［2］漢中市石門水庫瀝水溝渡槽改線初步設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察報告(內(nèi)部資料)2010.

TV697.3

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1004－1184(2012)03－0179－02

2012－03－07

韓世鵬(1973－)，男，陜西渭南人，助理工程師，主要從事工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察工作。