打磨崗灌區(qū)煙草水源工程壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析與評價

李宏沖，李萬里，劉灝懿，李森，劉威

打磨崗灌區(qū)煙草水源工程壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析與評價

李宏沖1，2，李萬里1，2，劉灝懿1，2，李森1，2，劉威1，2

（1.河南南陽市水利建筑勘測設(shè)計院，河南南陽473000；2.河南靈捷水利勘測設(shè)計研究有限公司，河南南陽473000）

根據(jù)打磨崗灌區(qū)煙草水源工程情況，對壩址區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及物理地質(zhì)現(xiàn)象、工程地質(zhì)條件等進行分析和評價，對壩基巖體結(jié)構(gòu)進行了工程地質(zhì)分類，并提出了巖體力學(xué)參數(shù)建議值，為該水源工程的設(shè)計和施工提供了地質(zhì)依據(jù)，也為工程實施后安全運行提供了科學(xué)的資料。

水源工程；壩址；工程地質(zhì)條件；巖體結(jié)構(gòu)分類

1 工程概況

擬建打磨崗灌區(qū)煙草水源工程位于內(nèi)鄉(xiāng)縣馬山口鎮(zhèn)杜洛村外坡組青山河上，該河道為湍河支流默河?xùn)|支流，屬長江流域白河水系。壩上游控制流域面積112.3 km2，主河道長20.02 km，河道平均比降0.014。全流域?qū)僦械蜕絽^(qū)。水源工程主要建筑物包括碾壓混凝土重力壩、引水隧洞等。碾壓混凝土重力壩（中壩線）由左非溢流壩段、溢流壩段、右非溢流壩段及沖砂洞等建筑物組成，壩軸線長234.0 m，非溢流壩段壩頂高程304.50 m，總長134.0 m，溢流壩段壩頂高程297.00 m，段長100.0 m，采用挑流消能，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4級，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)取為50年一遇，設(shè)計水位301.36 m，庫容為887.7萬m3；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)取為500年一遇，校核水位302.91 m；總庫容為983.3萬m3；死水位277.80 m，相對庫容為87萬m3；興利水位297.00m，相對庫容為562萬m3。灌區(qū)面積由原5.12萬畝擴大到11.78萬畝。工程位置見圖1。

2 地質(zhì)概況

工程區(qū)位于伏牛山南坡，五朵山南麓，在中國大地構(gòu)造單元上位于二郎坪—劉山崖晉寧地向斜褶皺之南，朱陽關(guān)—夏館—大河、商南—馬山口深斷裂北側(cè)和灌漲—馬山口—喬端、七里坪—余關(guān)斷裂東側(cè)。影響庫壩區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性的因素較多，區(qū)域內(nèi)的灌張——馬山口斷裂、湍河斷裂為發(fā)震構(gòu)造，兩條較大的深斷裂帶為控震構(gòu)造帶；其余幾條斷裂從新構(gòu)造的活動強度分析，地震活動強度逐漸減弱、周期性逐漸延長、地殼升降幅度明顯減小、第四紀(jì)以來未發(fā)生活動等，地殼運動逐漸趨于穩(wěn)定，庫壩區(qū)屬于基本穩(wěn)定區(qū)。工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，動反應(yīng)譜特征周期0.35 s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。

圖1 工程位置示意圖

3 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1 地形、地貌及地層巖性

壩軸線所處位置為中低山區(qū)。河谷底寬約39.0 m，谷底高程在258.75 m～259.11 m，谷底與兩岸山頂相對高差超過45 m。河谷走向240°，河谷為“U”型谷，壩軸線方向326°。該壩址兩岸山體基本對稱，左岸山體自然坡度60°～70°；右岸山體自然坡度30°～40°，兩岸植被發(fā)育良好。壩址區(qū)的地層較單一，主要為華力西期片麻狀花崗巖，少量的殘坡積地層，其中：華力西期片麻狀花崗巖（γ42），在庫區(qū)廣泛分布，新鮮面呈灰白、白色，風(fēng)化面呈暗灰色、灰黃色，中粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。壩址區(qū)第四系殘坡積礫質(zhì)土不發(fā)育，僅在坡度較緩的山體表部及坡腳零星分布，灰黃色，結(jié)構(gòu)稍密～中密，礫石含量20%～30%，砂粒含量20%～30%，細(xì)粒土含量40%～50%；礫石成分主要為片麻狀花崗巖，磨圓度差，多呈棱角狀。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造及物理地質(zhì)現(xiàn)象

壩段內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造線與區(qū)域構(gòu)造線方向近一致，呈NWW走向。左壩肩發(fā)育有F10、F11兩條斷層，其中：F10：位于中壩線左壩肩上游30 m處，斷層長42.0 m，斷層帶寬1.0 m，為一張性斷層，斷層帶內(nèi)巖石破碎，充填碎石土，斷層產(chǎn)狀：走向270°、傾向180°、傾角50°；F11：位于中壩線左壩肩下游40 m處，斷層長35.0 m，斷層帶寬0.5 m，斷層帶內(nèi)巖石破碎，充填碎石土。產(chǎn)狀：走向140°、傾向50°、傾角40°。壩址區(qū)表部巖石節(jié)理較發(fā)育，主要為風(fēng)化卸荷裂隙，巖體被切割成大小不等的塊狀，完整性較差。

3.3 工程地質(zhì)條件

3.3.1 左壩肩(0+000～0+057)

左壩肩山體呈北東—南西向，山體雄厚，自然坡度60°～70°，壩肩巖性為片麻狀花崗巖夾薄層云母石英片巖，強風(fēng)化厚度3.5m，以下為弱-微風(fēng)化巖石。該壩肩發(fā)育有F10、F11斷層，由于其規(guī)模較小，對左壩肩的穩(wěn)定性影響不大。左壩肩巖石裂隙發(fā)育有四組：①傾向265°～270°、傾角80°～55°，該組裂隙傾向左岸，為張性節(jié)理；②傾向90°～95°、傾角65°～70°，該組裂隙傾向右岸，為張性節(jié)理；③傾向5°～15°、傾角50°～60°，該組裂隙傾向下游，為張性節(jié)理；④傾向215°～225°、傾角50°～60°，該組裂隙傾向上游，對壩基穩(wěn)定較為有利。以上四組裂隙，第②、④組較發(fā)育，第①、③組次之。由于巖石表部裂隙發(fā)育，并且多數(shù)裂隙無充填，形成滲透通道。該壩肩上部巖石強風(fēng)化厚度3.5 m，巖石透水率54.63 Lu，中等透水，弱風(fēng)化巖石厚27.4 m，巖石透水率3.98～30.4 Lu，弱—中等透水；其下微風(fēng)化巖石，巖石透水率0.48～0.51 Lu，弱透水。因此左壩肩存在繞壩滲漏問題，建議對左壩肩進行帷幕灌漿處理。

3.3.2 右壩肩(0+096～0+234)

右壩肩山體呈北西-南東向，山體較雄厚，自然坡度30°～40°。壩肩巖性為片麻狀花崗巖，夾薄層大理巖及云母石英片巖捕虜體，在山坡、坡腳上零星分布有礫質(zhì)土，厚度約2.7 m。右壩肩巖石裂隙發(fā)育有四組：①傾向85°～95°、傾角40°～50°，該組裂隙傾向右岸，為張性節(jié)理；②傾向345°～355°、傾角40°～50°，該組裂隙傾向下游，為張性節(jié)理；③傾向160°～170°、傾角60°～70°，該組裂隙傾向上游，為張性節(jié)理，對壩基穩(wěn)定較為有利；④傾向245°～255°、傾角75°～85°，該組裂隙傾向右岸，為張性節(jié)理。以上四組裂隙，第①、③、④組最發(fā)育，第②組次之，由于巖石表部裂隙發(fā)育，互相切割，將巖體切割成碎塊狀。該壩肩上部巖石強風(fēng)化厚度3.9 m，巖石透水率20.65 Lu，中等透水，弱風(fēng)化巖石厚8.8 m，巖石透水率17.12～27.59 Lu，中等透水；其下微風(fēng)化巖石，巖石透水率2.8～45.4 Lu，弱-中等透水，因此右壩肩存在繞壩滲漏問題，根據(jù)圖2滲透剖面圖，建議右壩肩防滲處理范圍為：向下深入弱透水以下5.0 m。

圖2 壩址區(qū)滲透剖面圖

3.3.3 河槽段(0+057～0+096)

該壩址河床偏于左岸，巖性為片麻狀花崗巖夾云母石英片巖捕虜體，弱風(fēng)化巖石厚度為4.8 m，巖石透水率64.1 Lu，中等透水；下部為微風(fēng)化巖石，巖石透水率0.64～37.4 Lu，弱-中等透水。因此河槽段存在壩基滲漏問題，建議進行帷幕灌漿處理。

4 壩基巖體結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)分類

壩基巖體片麻狀花崗巖為巖漿巖，強度高，抗風(fēng)化能力強，受地質(zhì)構(gòu)造運動影響，隱蔽裂隙較發(fā)育，爆破或受其它外力作用后，易沿裂隙面破碎成塊度大小不一的石塊，表現(xiàn)為“硬、脆、碎”的工程地質(zhì)特征。

表1 壩基巖石力學(xué)參數(shù)的地質(zhì)建議值

4.1 壩基巖體結(jié)構(gòu)

根據(jù)節(jié)理統(tǒng)計和鉆孔取芯觀察，壩址區(qū)巖石節(jié)理發(fā)育，巖石被切割成碎塊狀。依據(jù)裂隙間距將壩基巖體結(jié)構(gòu)分類如下[1-2]：碎裂結(jié)構(gòu)：強風(fēng)化巖石，結(jié)構(gòu)面很發(fā)育，間距一般在3～4 cm之間，巖體較破碎；鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)：弱風(fēng)化巖石結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，間距一般在10～30 cm之間，巖體完整性差，巖塊鑲嵌緊密；次塊狀結(jié)構(gòu)：微風(fēng)化巖石結(jié)構(gòu)面中等發(fā)育，間距一般在30～50 cm，巖體較完整，呈次塊狀。

4.2 壩基巖體工程地質(zhì)分類

依據(jù)壩基巖體結(jié)構(gòu)和飽和單軸抗壓強度，參照GB50487-2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄V，壩基巖體的工程地質(zhì)類別為[3-4]：碎裂結(jié)構(gòu)：強風(fēng)化巖石，結(jié)構(gòu)面很發(fā)育，間距一般在3 cm～4 cm之間，巖體較破碎，巖體工程地質(zhì)分類屬Ⅳ～Ⅴ類；弱風(fēng)化巖石為Ⅲ類中的BⅢ2類，巖體較完整，局部完整性差，抗滑和抗變形性能在一定程度上受結(jié)構(gòu)面和巖石強度控制；微風(fēng)化巖石為Ⅲ類中的BⅢ1類，巖體較完整，有一定的強度，抗滑、抗變形性能受結(jié)構(gòu)面和巖石強度控制。

4.3 巖體的物理力學(xué)參數(shù)和承載力

壩基巖石主要片麻狀花崗巖，為硬質(zhì)巖石，但風(fēng)化程度不一，結(jié)合巖石結(jié)構(gòu)和巖體完整程度，確定承載力為：強風(fēng)化500 kPa，弱風(fēng)化2000 kPa，微風(fēng)化2500 kPa。根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)類型及巖體類別的劃分，本次對壩基片麻狀花崗巖進行了抗壓強度等試驗，

TV221.2

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1673-9000（2017）02-0067-03

2016-12-23

李宏沖，（1985-），男，寧夏中寧人，工程師，主要從事水利、建筑、公路等行業(yè)的巖土工程勘察、治理工作。