白家坡溝尾礦壩攔河壩工程地質(zhì)及巖土分析

張美華

(山西省第二建筑工程公司，山西太原 030013)

1 工程概況

山西省代縣白家坡溝尾礦庫位于代縣灘上鎮(zhèn)西會村北西。壩體高31 m，壩體長46 m，壩頂寬度為5 m，其堆積壩高68 m，總壩高99 m。庫容223.4 ×104m3，有效庫容189.9 ×104m3，尾礦庫等別三等，使用年限14.3年。

攔洪壩建筑物為漿砌石結(jié)構(gòu)，壩高6.0 m，壩頂寬1.0 m，壩底寬3.65 m。庫左側(cè)開挖隧洞，洞斷面為城門洞形，排洪隧洞斷面尺寸為:底寬2.0 m，直墻高 2.0 m，矢高0.6 m。

2 尾礦壩工程地質(zhì)

尾礦壩由初期壩和堆積壩組成，初期壩為碎石碾壓壩，壩高31 m，壩頂標高1 426 m，壩頂寬5 m。堆積壩壩高68 m，總壩高99 m，最終壩頂高程為1 494.0 m。

壩址區(qū)溝谷狹窄，溝谷斷面呈“V”字形，兩岸較陡，左岸坡度約 48°，右岸坡度約 65°。

壩基、壩肩地層巖性為五臺超群高凡群羊蹄溝組(Ar33y)千枚巖夾綠泥千枚巖及石英巖，強風化帶厚度3.0 m～4.1 m。壩址處于庫區(qū)背斜構(gòu)造的北東翼，巖層產(chǎn)狀135°∠53°～87°，傾向左岸偏下游。構(gòu)造節(jié)理主要發(fā)育兩組，其產(chǎn)狀分別為:L135°∠65°，L220°∠71°，節(jié)理間距一般為0.15 m ～0.5 m，部分地段節(jié)理間距1.0 m ～1.7 m。主要節(jié)理與壩軸線近似于直交，層面與壩軸線小銳角斜交(見圖1)。層面裂隙對壩基滲漏有一定影響。壩址區(qū)勘察深度范圍內(nèi)未見地下水。

圖1 尾礦壩區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)面赤平投影圖

壩址兩岸邊坡陡峻，巖層陡立，岸坡整體穩(wěn)定，但這類條件的地質(zhì)結(jié)構(gòu)易發(fā)生傾倒、崩塌、板裂、潰曲等邊坡破壞，需采取針對性的措施加以防護。

初期壩左壩肩為風化基巖和部分殘坡積，其工程性質(zhì)不良，可引起不均勻變形，應(yīng)挖除。壩基、壩肩建基面應(yīng)將殘坡積和強風化巖體挖除，建基面達中等(弱)風化巖體，這樣既能保證壩肩的穩(wěn)定性，又能防止壩基和繞壩滲漏。

3 攔洪壩工程地質(zhì)條件及評價

攔洪壩位于庫尾狹窄處，將上游洪水導入尾礦庫左岸的隧洞中流向下游的集水池。攔洪壩為漿砌石結(jié)構(gòu)，屬于重力壩性質(zhì)，壩高6.0 m，壩頂寬1.0 m，壩底寬3.65 m。

壩基、壩肩地層巖性為五臺超群高凡群羊蹄溝組(Ar33y)千枚巖夾綠泥千枚巖及石英巖，強風化帶厚度3.0 m～4.1 m。壩址處于庫區(qū)背斜構(gòu)造的南西翼，巖層產(chǎn)狀40°∠36°，傾向左岸偏下游。

壩址兩岸邊坡陡峻，巖層陡立，岸坡整體穩(wěn)定，但這類巖坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)易發(fā)生傾倒、崩塌、板裂、潰曲等邊坡破壞，需采取針對性的措施加以防護。

攔洪壩右壩肩為風化基巖和部分殘坡積碎石土，其工程性質(zhì)不良，可以引起不均勻變形，應(yīng)全部挖除。壩基、壩肩建基面應(yīng)將殘坡積和強風化巖體挖除，漿砌石壩建基面達中等(弱)風化巖體一定深度時，可以增強壩體的抗滑穩(wěn)定性，又能防止壩基和繞壩滲漏。

4 筑壩材料

初期壩壩型為碎石碾壓壩，所需建筑材料主要為塊石或碎石料。經(jīng)現(xiàn)場查勘，根據(jù)尾礦庫地形地質(zhì)條件，石料場選在尾礦庫左岸中部(堆積壩—排洪壩之間)，長度250 m。石料場地層巖性為五臺超群高凡群羊蹄溝組(Ar33y)千枚巖夾綠泥千枚巖及石英巖。巖石的容重2.73 g/cm3，吸水率0.25%，抗壓強度29.1 MPa～75.6 MPa，軟化系數(shù) 0.70，屬于較軟巖 ～ 較硬巖，經(jīng)過一定的篩選，去除軟弱巖石后，基本適合用于筑壩碎石料。

選定料場地段主溝右岸為陰坡，覆蓋層較厚，左岸為陽坡，基巖出露或覆蓋較薄，石料場處在尾礦庫內(nèi)的左岸，開采棄料較少，在庫區(qū)內(nèi)開采石料，一方面是料場設(shè)于庫內(nèi)不涉及占地問題，運距較近，另一方面還可適當增大庫容。另外隧洞開挖的石碴也可作為筑壩碎石料，可以起到一舉兩得之效。庫區(qū)石料儲量大，開采運輸較方便。

庫周千枚巖為較軟巖～較硬巖，經(jīng)過一定篩選后用做碎石碾壓壩填筑壩材料質(zhì)量尚可。其他質(zhì)量要求較高的建筑石料建議另行選擇或外購。

5 巖土工程分析評價

5.1 巖土分層及特性

通過地質(zhì)測繪和勘探測試，按工程地質(zhì)性質(zhì)對尾礦庫區(qū)內(nèi)的地層進行了劃分，各巖土層的分布特征見表1。

表1 地層統(tǒng)計表 m

5.2 巖土物理力學性質(zhì)

本次勘察布置鉆孔采取巖樣，進行了巖石物理力學試驗。對碎石土層進行了原位測試——動力觸探試驗，重型動力觸探試驗統(tǒng)計表見表2，巖石物理力學試驗見表3。

表2 碎石土重型動力觸探試驗統(tǒng)計表

從試驗結(jié)果看，巖石試驗的物理力學數(shù)據(jù)比較分散，其堅硬程度從較軟巖～堅硬巖都有分布，主要應(yīng)歸屬于較軟巖～較硬巖。碎石土的密實度屬于稍密。

表3 巖石物理力學試驗統(tǒng)計表

5.3 巖土層承載力特征值

根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，同時結(jié)合地區(qū)建筑經(jīng)驗綜合確定。各巖土層承載力特征值結(jié)果列于表4。

表4 巖土層承載力特征值建議表

5.4 地基均勻性評價

場地為典型山區(qū)地基，地形高低起伏，但大部分屬于基巖，局部分布殘坡積碎石土(最大厚度4 m)，無軟弱土層分布，在這些地段，巖土層水平方向巖性變化大，最大底面坡度大于10%，構(gòu)成不均勻地基，大部分地段基巖出露地表，綜合考慮，本工程天然地基大部分為均勻地基，局部地段為不均勻地基。

5.5 環(huán)境水和土的腐蝕性

本區(qū)地下水位深埋，根據(jù)臨近區(qū)資料，地基土和地下水對混凝土結(jié)構(gòu)不具腐蝕性，地基土和地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

1)庫區(qū)設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g，相應(yīng)抗震設(shè)防烈度為8度。

2)初期壩和攔洪壩壩基穩(wěn)定性良好，但壩址兩岸邊坡陡峻，巖層陡立，易發(fā)生傾倒、崩塌等邊坡破壞，需采取針對性的措施加以防護。

3)巖土層的承載力特征值見表4。

4)庫周千枚巖為較軟巖～較硬巖，經(jīng)過一定篩選后用作碎石碾壓填筑壩材料質(zhì)量尚可，也可將隧洞開挖石碴用于碎石料。其他質(zhì)量要求較高的建筑石料建議另行選擇或外購。

6.2 建議

1)建議清除初期壩和攔洪壩基巖體強風化層，將壩基置于弱風化巖層。

2)必須經(jīng)常巡視庫周圍的山體，發(fā)現(xiàn)滑坡以及異?，F(xiàn)象時要及時處理。