西泉眼河?xùn)|分灌區(qū)渠首溢流壩壩址工程地質(zhì)條件分析

伊大巍

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況與自然地理?xiàng)l件

1.1 工程概況

西泉眼灌區(qū)河?xùn)|分灌區(qū)渠首樞紐始建于日偽時(shí)期，為柳條壩，1989年重建為堆石壩，主要由溢流壩、副壩、沖砂閘和進(jìn)水閘組成，大體為東西走向，總長約270 m。樞紐區(qū)位于哈爾濱市阿城區(qū)交界鎮(zhèn)老山頭屯南約700 m處的阿什河上，樞紐自東向西依次為進(jìn)水閘、沖砂閘、溢流壩、副壩，東端為山體，西端為耕地。

溢流壩，也叫主壩，由進(jìn)口段、溢流壩段、消力池段及海漫段組成。進(jìn)口段采用干砌石護(hù)砌加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。溢流壩段采用漿砌石重力壩。消力池段底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，現(xiàn)已被嚴(yán)重沖蝕，右側(cè)與泄洪沖砂閘共用導(dǎo)墻，左側(cè)采用懸臂式擋墻。海漫段采用鋼筋石籠加干砌石護(hù)砌。

該樞紐經(jīng)多年運(yùn)行，漏水嚴(yán)重，影響正常引水灌溉。整個(gè)樞紐已于2010年9月—2011年5月進(jìn)行了重建。

1.2 自然地理?xiàng)l件

阿什河流域位于松花江右岸，是松花江一級(jí)支流，干流總長約213 km，流域面積約3 581 km2。樞紐區(qū)屬于大陸性季風(fēng)氣候，春季風(fēng)大少雨而干旱，夏季溫暖多雨，秋季冷涼而早霜，冬季漫長寒冷。

2 工程地質(zhì)概況及勘察方法

2.1 地質(zhì)概況

渠首溢流壩壩址區(qū)處于阿什河漫灘區(qū)，河谷呈不對(duì)稱U型，地勢(shì)比較平緩，地面高程154～156 m，左岸平緩(10°左右)，右岸臨山，坡陡(40°左右)。壩線沿線覆蓋層為第四系全新統(tǒng)沖積層(alQ4)，其下部基巖為華力西期晚期花崗巖溢流壩東段處于低漫灘，地面高程 150.70～152.00 m;溢流壩西段處于高漫灘，地面高程 152.50～153.50 m左右。

2.2 地層巖性

2.3 侵入巖

主要為華力西期晚期侵入巖(γ43)，巖性為花崗巖，肉紅色或紅褐色，塊狀構(gòu)造，中、粗粒結(jié)構(gòu)，礦物成分主要為石英和長石。

2.4 水文地質(zhì)條件

壩址區(qū)主要分布地表水和第四系松散層弱承壓水。地表水即河水，地下水含水層巖性主要為級(jí)配不良中礫，分布連續(xù)，厚度較穩(wěn)定，滲透系數(shù)(經(jīng)驗(yàn)值)K=120 m/d，屬強(qiáng)透水層。地下水主要接受大氣降水、地表水入滲補(bǔ)給，以蒸發(fā)排泄為主。地下水礦化度 0.219～0.326 g/L，主要為—Ca2+Mg2+型水。

2.5 勘察方法

根據(jù)壩址區(qū)場(chǎng)地特點(diǎn)和重建物特征，本次勘察方法主要采用工程測(cè)量，工程地質(zhì)調(diào)查，鉆探(設(shè)備型號(hào)選用SH—30型)，原位測(cè)試(標(biāo)準(zhǔn)貫入、超重型動(dòng)力觸探)，室內(nèi)試驗(yàn)等綜合勘察方法。

3 溢流壩工程地質(zhì)條件及分析

3.1 壩基抗滑穩(wěn)定性

溢流壩壩基上部為第四系松散層，地貌單元為低漫灘和高漫灘。地層巖性為:粉土質(zhì)中礫和低液限黏土、級(jí)配不良中礫。其下為花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化。設(shè)計(jì)壩基座于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中，地基承載力建議值［R］=300kPa，抗滑穩(wěn)定性較好。

巖體的抗剪斷參數(shù)及巖體與混凝土間的抗剪斷參數(shù)建議值見表1。

3.2 壩基滲透穩(wěn)定性

溢流壩壩基座于花崗巖強(qiáng)風(fēng)化層中，裂隙發(fā)育，巖體較破碎。但鑒于溢流壩最大壩高5.31 m(設(shè)計(jì)值)，水頭較低，不致造成花崗巖強(qiáng)風(fēng)化層發(fā)生滲透變形破壞，上覆又有松散層做反濾保護(hù)，故壩基滲透穩(wěn)定性亦良好。

3.3 壩基巖(土)體滲透性及滲漏量計(jì)算

3.3.1 壩基巖(土)體滲透性

壩基第四系松散層上部為①層粉土質(zhì)中礫、②層低液限黏土、③層級(jí)配不良中礫，滲透系數(shù)K分別為100m/d(經(jīng)驗(yàn)值)、0.07m/d(試驗(yàn)值)、120m/d(經(jīng)驗(yàn)值)，①層和③層屬于強(qiáng)透水，②層屬于弱透水。

該研究中一般資料以及結(jié)果資料等數(shù)據(jù)均經(jīng)SPSS20.0分析。計(jì)量資料采用t檢驗(yàn),計(jì)數(shù)資料以x2檢驗(yàn),有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義以P<0.05表示。

壩基巖體為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，屬中等透水。

3.3.2 滲漏量估算

考慮天然無防滲條件下計(jì)算壩基的滲漏量，依據(jù)巖性分布特征將壩段分2段計(jì)算。A段為低漫灘區(qū)，B段為高漫灘區(qū)。見圖1。

表1 巖體力學(xué)參數(shù)表

圖1 溢流壩壩基滲漏量計(jì)算示意圖

滲漏計(jì)算公式取自《水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》P444。

壩基滲漏中單層計(jì)算公式為:

雙層:

式中:K、K1、K2為滲透系數(shù)，m/d;M、M1、M2為含水層厚度，m;H為壩上、下游水頭差(H=正常蓄水高程－河水位);2b為壩底防滲體寬度，擬取36 m;B為滲漏段長度，m。壩基滲漏量計(jì)算結(jié)果見表2。

通過計(jì)算表明:在天然無防滲措施條件下，壩底防滲體寬度擬取36m，溢流壩壩基年滲漏量為20.5320×104m3/a，A段年滲漏量為16.5913×104m3/a，B段年滲漏量為3.9407× 104m3/a。渠首樞紐區(qū)阿什河年徑流量為799×104m3/a，A段年滲漏量占年徑流量的2.08%，B段年滲漏量占年徑流量的0.49%?？梢娭饕獫B漏部位為A段。

3.4 溢流壩壩址區(qū)地下水腐蝕性評(píng)價(jià)

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487—2008)附錄L中表L.0.2～表L.0.4，溢流壩壩址區(qū)環(huán)境水對(duì)混凝土、對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋以及對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性評(píng)價(jià)見表3。

表2 溢流壩壩基滲漏量計(jì)算成果表

表3 渠首樞紐區(qū)地下水對(duì)混凝土腐蝕性評(píng)價(jià)表

3.5 基坑開挖及排水

由于壩址區(qū)在河床上，故基坑開挖排水主要以明排為主?；娱_挖臨時(shí)邊坡比建議值見表4。

表4 基坑開挖臨時(shí)邊坡比建議值表

3.6 溢流壩下游消力池工程地質(zhì)條件

消力池段地面高程150.00～150.50 m，地層巖性主要為粉土質(zhì)中礫，抗沖刷能力一般，根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》第一版表 4.5～8，水深為0.80 m時(shí)的不沖刷流速取1.0 m/s。

4 結(jié)論及建議

河?xùn)|分灌區(qū)渠首溢流壩壩址區(qū)工程地質(zhì)問題首先是壩基強(qiáng)風(fēng)化花崗巖較破碎、強(qiáng)度低，施工過程中應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?其次是壩基松散層滲漏量較大，還應(yīng)當(dāng)采取防滲措施;第三是壩基基坑開挖時(shí)宜采用明排方式進(jìn)行排水。另外，鑒于地下水對(duì)混凝土具有一定的腐蝕性，設(shè)計(jì)和施工過程中還應(yīng)考慮選用適當(dāng)?shù)乃囝愋汀?/p>

［1］工程地質(zhì)手冊(cè)編寫委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè):第一版［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1975.

［2］工程地質(zhì)手冊(cè)編寫委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè):第三版［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1992.

［3］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省哈爾濱市西泉眼灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目2008年度實(shí)施方案設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2008.

［4］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省哈爾濱市西泉眼灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目2009年度實(shí)施方案工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2009.

［5］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江省哈爾濱市西泉眼灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目2010年度實(shí)施方案工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2010.

［6］張海發(fā)，牛冰.某水電站的工程地質(zhì)分析［J］.人民珠江，2011，(S1):32－33.