三灣水利樞紐及輸水工程地質(zhì)條件評價分析

王 弛

(遼寧省湯河水庫管理局，遼寧遼陽111000)

三灣水利樞紐及輸水工程地質(zhì)條件評價分析

王 弛

(遼寧省湯河水庫管理局，遼寧遼陽111000)

遼寧省丹東市三灣水利樞紐及輸水工程由三灣水利樞紐、輸水管線和凈水廠3部分組成。通過了解區(qū)域地質(zhì)概況，進行區(qū)域穩(wěn)定性研究;查明各工程部位地質(zhì)條件、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造特征、地下水特征等地質(zhì)情況，對場地穩(wěn)定性和適宜性作出評價，對地基基礎(chǔ)設(shè)計方案提出建議，并為設(shè)計提供相關(guān)的物理力學參數(shù)。

樞紐;輸水工程;工程地質(zhì);穩(wěn)定性;地震危險性;評價分析

1 工程概況

遼寧省丹東市三灣水利樞紐及輸水工程由三灣水利樞紐、輸水管線和凈水廠3部分組成。工程是以爭取界河水權(quán)為目標，為丹東市供水提供安全保障，兼顧發(fā)電的大型綜合利用水利工程，是愛河流域骨干工程之一。

該水利樞紐建成后，2025年向丹東市年供水2.05億m3，電站總裝機容量16 000 kW，年發(fā)電量4 346萬 kW·h。

2 評價目的和任務(wù)

目的和任務(wù)有以下5點:

1)通過了解區(qū)域地質(zhì)概況，進行區(qū)域穩(wěn)定性研究，對工程場地的構(gòu)造穩(wěn)定性和地震危險性作出評價。

2)查明擬定各壩線的工程地質(zhì)條件。

3)調(diào)查水庫的主要工程地質(zhì)問題，并作出評價。

4)查明輸水管線各比選線路的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造特征、沿線水文地質(zhì)情況［1］。

5)查明凈水廠擬建場地的地形地貌、地層巖性、構(gòu)造、地下水特征、場地類別，對場地穩(wěn)定性和適宜性作出評價，對地基基礎(chǔ)設(shè)計方案提出建議，并為設(shè)計提供相關(guān)的物理力學參數(shù)［2］。

3 庫區(qū)工程地質(zhì)條件

三灣水利樞紐庫區(qū)位于愛河干流下游的低山丘陵區(qū)，庫區(qū)內(nèi)地形起伏不大，呈北高南低趨勢。庫區(qū)左岸地形陡峻，巖石裸露，為塊狀構(gòu)造，風化強度低，巖石完整性和厚實度較好，且附近無大的臨谷;右岸為丘陵，山體厚實，且附近無大的臨谷。左右岸均未發(fā)現(xiàn)大的導水斷裂帶及洞穴，所以認為兩岸無滲漏危險。

庫區(qū)及兩岸基巖埋藏深度相對較小，裂隙發(fā)育程度、深度及連續(xù)性較差。雖然庫區(qū)中下游及上游有破碎帶經(jīng)過，但破碎帶已被充填且壓性特征明顯，基本不透水。

庫區(qū)兩岸大部分地區(qū)在正常蓄水位以上覆蓋層較薄或基巖裸露，不易發(fā)生浸沒。庫區(qū)兩岸除基巖裸露區(qū)外，大部分地段覆蓋層較薄，即使覆蓋層塌落，很快會接觸到穩(wěn)定層，所以從整體看，庫岸較穩(wěn)定，不易形成大面積塌岸現(xiàn)象［3］。庫區(qū)周邊植被發(fā)育，覆蓋層較薄，大面積塌岸不易形成，因此水庫淤積問題不大。

庫區(qū)內(nèi)巖性較單一，且?guī)r石完整性較好。雖然有兩條構(gòu)造經(jīng)過庫區(qū)，但其以壓性為主，破碎帶內(nèi)被充填，導水性差，水庫最大壩高23.39 m，蓄水高度較小，庫區(qū)產(chǎn)生誘發(fā)地震的機制較差，初步認為本庫區(qū)不易產(chǎn)生誘發(fā)地震。

4 壩址選擇

從地層巖性上看，上、下壩址河床部位及右岸均為前震旦系花崗巖，河谷部位均為砂卵礫石等河流沖洪積物，上壩址主河床左側(cè)局部至左岸山體為前震旦系閃長巖，下壩址左壩肩為前震旦系混合花崗巖，巖性差別不大。

從河床覆蓋層厚度及巖體風化程度看，上壩址主河床覆蓋層較薄，最大深度為6.5 m，壩址處強風化巖厚度為0.2～1.1 m。

下壩址主河床覆蓋層較厚，最大深度為10.0 m，壩址處強風化巖厚度1.6～2.6 m。

本工程推薦壩型為混凝土重力壩，壩基礎(chǔ)需坐落在弱風化巖基內(nèi)，因此從地層巖性及風化程度方面看上壩址優(yōu)于下壩址。

從地質(zhì)構(gòu)造上看，下壩址未發(fā)現(xiàn)有斷層等不利構(gòu)造通過，上壩址有4條較小規(guī)模的斷層通過，但斷層處理工程量不大。因此從地質(zhì)構(gòu)造角度分析，下壩址略優(yōu)于上壩址。

壩體建基面以下巖石絕大部分屬于弱透水，防滲處理工程量均比較小，兩壩址壩基滲漏條件基本一致［4］。

通過分析，上、下壩址在地形地貌、地層巖性、壩基滲漏等方面各有優(yōu)缺點存在，均可滿足筑壩和建庫的要求。

從工程地質(zhì)條件總體上看，上壩址雖然有4條小規(guī)模斷層通過，但斷層處理工程量較小，且具有覆蓋層及強風化巖厚度較薄的優(yōu)點。

因此從地質(zhì)條件上看上壩址優(yōu)于下壩址，選擇上壩址作為本工程的推薦壩址。

5 壩址建筑物區(qū)的工程地質(zhì)條件

5.1 壩基與壩肩工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察資料表明:上壩址主河床左側(cè)局部至左岸山體為前震旦系閃長巖，主河床均為第四紀覆蓋層，覆蓋層較薄，壩基礎(chǔ)需坐落在中等風化層和弱風化巖基內(nèi)，巖石強度較高，可滿足筑混凝土重力壩的要求［5］。

5.2 各壩段工程地質(zhì)條件

各壩段工程地質(zhì)條件包括:左側(cè)擋水壩段覆蓋層、溢流壩段覆蓋層和左側(cè)擋水壩段覆蓋層。

5.2.1 右側(cè)擋水壩段覆蓋層

右側(cè)擋水壩段覆蓋層最大揭露厚度為1.5 m，位于山腳及階地上。風化層情況:全風化厚度為0～8.58 m，向山腳逐漸尖滅;強風化厚度為0～1.82 m，向山腳逐漸尖滅;中等風化厚度為0～3.6 m，向山腳逐漸尖滅;微風化厚度為0.2～5.13 m，向山腳逐漸變薄。建議基礎(chǔ)坐落于中等風化層上。

5.2.2 溢流壩段覆蓋層

溢流壩段覆蓋層厚度為4.5～6.5 m。風化層情況:

1)全風化厚度為1 m，只在局部出現(xiàn)。

2)強風化厚度為0.2～1.1 m。

3)中等風化厚度為0.9～3.95 m。

4)微風化最大厚度為7 m。中等風化層分布均勻，巖面起伏不大，通過壓水試驗，除局部段外，其滲透性較小，建議基礎(chǔ)坐落于中等風化層上。

5.2.3 河床式廠房覆蓋層

河床式廠房覆蓋層最大揭露厚度為1.7～4.25 m，位于主河床中。風化層情況:強風化最大揭露厚度為0.6 m，向左岸方向逐漸尖滅;中等風化最大揭露厚度為0.55 m，向左岸方向逐漸尖滅。下部為微風化和未風化層。由于強風化～中等風化層厚度較小，且向左岸逐漸尖滅，建議基礎(chǔ)坐落于微風化層上。

5.2.4 左側(cè)擋水壩段覆蓋層

左側(cè)擋水壩段覆蓋層最大揭露厚度為1.7 m，向左岸方向逐漸尖滅。風化層情況:中等風化層厚度為1.6 m，微風化層厚度為0.56～4.09 m，以下為未風化。建議基礎(chǔ)坐落于微風化層上。

5.3 泵站工程地質(zhì)條件

擬建泵站位于上壩址向下游方向靠近右岸的坡腳的灘地上，距離上壩址29 m，泵站規(guī)模為52.4 m×23 m。

泵站小部分位于一級階地上，大部分位于河漫灘上，地形起伏較小。

地層巖性有素填土、粉質(zhì)黏土、卵石層和強風化花崗巖，其中卵石粒徑多為4～10 cm，最大粒徑14 cm，卵石層中上部松散～稍密狀的承載力特征值為200 kPa，下部為中密～密實狀的承載力特征值為400 kPa。

強風化花崗巖巖體破碎，裂隙發(fā)肓，除石英外，其中大部分礦物成分已蝕變，鉆進厚度為0.2～0.4 m，其承載力特征值為500 kPa。地質(zhì)構(gòu)造主要揭露的斷層有F2和F3兩個斷層，主要為破碎的巖石與其中巖屑、黏粒、粉粒經(jīng)擠壓膠結(jié)而成，壓扭性特征明顯，與區(qū)域特征吻合。此構(gòu)造為鴨綠江構(gòu)造帶的次生構(gòu)造，表現(xiàn)穩(wěn)定。

6 輸水管線工程地質(zhì)條件

工程區(qū)域內(nèi)主要分布在鴨綠江斷裂帶、土城子—大樓房擠壓破碎帶、毛甸子—老古溝擠壓破碎帶。華夏系構(gòu)造鴨綠江斷裂帶西側(cè)次級斷裂構(gòu)造，基本上以北東向沿鴨綠江分布。

歷史上距離震中最近的東港市和遠離震中的丹東市均未發(fā)生過破壞性地震，特別是近年來活動極其微弱。沿江線和山上線均分布在斷裂帶內(nèi)，對其基本沒有影響，可表現(xiàn)為穩(wěn)定，斷裂構(gòu)造只外環(huán)線的影響較大。

抗震設(shè)防標準，輸水管線范圍內(nèi)的地震動參數(shù):在廟嶺至九連城一帶，地面峰值加速度為0.1 g，丹東市區(qū)為0.15 g，在四道溝一帶接近0.2g。

輸水管線位于四道溝凈水廠和廟嶺之間，3個輸水管線方案所在區(qū)域相距最遠不過10～20 km，有些路段還相互交叉和重疊，地震設(shè)防烈度均采用Ⅶ度。

輸水管線主線由三灣取水泵站出口至龍頭一組段，長14.009 km。此段地貌類型是愛河、愛河西支、橫道河一級階地，地形略有起伏，高程 5.60～14.80 m。

按管底埋深≥3 m進行設(shè)計，管線大多坐落在卵石層，少量坐落在強風化花崗右面巖和粉質(zhì)黏土上。根據(jù)地形、地貌、地質(zhì)、施工、管理綜合選定的。由龍頭一組至四道溝凈水廠進行三個方案的比較。通過對各方案管線地質(zhì)構(gòu)造和巖性的分析，推薦選擇山上線［6］。

7 凈水廠工程地質(zhì)條件

7.1 四道溝凈水廠工程地質(zhì)條件

廠區(qū)地形起伏不大，地面相對高差為1.10 m，場地在地貌單元上屬于鴨綠江一級階地。區(qū)域內(nèi)地層巖性為自地表而下依次為雜填土、粉質(zhì)黏土、細砂、粗砂、礫砂、圓礫等層，地層厚度分別為3.9 m、2.6～4.0 m、1.6～1.7 m、1.3 m、1.1～2.2 m和7.3 m。本區(qū)域內(nèi)地下水為第四系孔隙潛水，主要賦存于圓礫層中，其水位主要受大氣降水控制，豐水期水位上升，枯水期水位下降，鉆探施工期間測得地下水平均水位埋深為3.5 m。

據(jù)S1水質(zhì)分析資料，本區(qū)地下水對各種類型的混凝土無腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)均具弱腐蝕性。場地中地基穩(wěn)定，適宜進行工程建設(shè)。本區(qū)設(shè)計地震分組為第一組，地震基本烈度為VII度，抗震設(shè)防烈度按VII度考慮，設(shè)計基本地震加速度為0.15 g，設(shè)計特征周期為0.35 s。

7.2 蛤蟆塘凈水廠工程地質(zhì)條件

廠區(qū)地形有一定的起伏，由東向西地勢逐漸增高，地面最大高差約9 m。場地在地貌單元上屬于山間凹地。區(qū)域內(nèi)地層巖性為自地表而下依次為雜填土、耕土、粉質(zhì)黏土、礫砂、碎石、殘積土、全風化花崗巖層，地層厚度分別為0～2.5 m、0.5～0.7 m、3.8～5.4 m、1.1 ～1.2 m、0.75 ～1.6 m、0.6 ～3.0 m和0.9 m。

本區(qū)域內(nèi)地下水為第四系孔隙潛水，分布不連續(xù)，主要賦存于礫砂和碎石層中，其水位主要受大氣降水控制，豐水期水位上升，枯水期水位下降，鉆探施工期間測得局部賦水地段地下水位為22.35～22.75 m。

根據(jù)丹東地區(qū)經(jīng)驗，本區(qū)地下水對各種類型的混凝土無腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)均具弱腐蝕性。場地中地基穩(wěn)定，適宜進行工程建設(shè)。本區(qū)設(shè)計地震分組為第一組，地震基本烈度為VII度，抗震設(shè)防烈度按VII度考慮，設(shè)計基本地震加速度為0.15 g，設(shè)計特征周期為0.35 s。

8 結(jié)論

區(qū)域內(nèi)鴨綠江斷裂帶比較穩(wěn)定，對樞紐、管線和凈水廠工程影響不大，擬建場地地層適宜擬建建筑物坐落，該區(qū)工程地質(zhì)條件較好，適宜修建水庫。

［1］任佳，劉水吉，張梧萌.山西省柏葉口水庫壩基工程地質(zhì)條件評價［J］.山西水利科技，2011(03):16-17.

［2］甘彬.淺談洋溪水利樞紐壩段的工程地質(zhì)條件［J］.廣西水利水電，2004(01):30-32.

［3］劉海寧，王俊梅.南灣水庫壩基工程地質(zhì)條件分析評價［J］. 中國水運，2010，10(05):138-139.

［4］郭彩虹.石膏山水庫供水線路隧洞工程地質(zhì)條件及評價［J］. 山西水利，2009(01):88-89.

［5］劉培峰，段景洪，周國學.新城水庫工程地質(zhì)條件評價［J］. 黑龍江水利科技，2003，31(03):66，68.

［6］王紅黎，齊三紅，朱紅賓.寶泉二期西溝水庫壩址工程地質(zhì)條件評價［J］.河南水利與南水北調(diào)，2007(08):66-67.

TV64

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1007-7596(2014)05-0213-03

2013-11-26

王弛(1978-)，女，遼寧遼陽人，工程師，從事水利工程設(shè)計、預算、監(jiān)理等。