DQ水電站壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析及探討

楊蜀湘

DQ水電站壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析及探討

楊蜀湘

（新疆六師審計中心，新疆五家渠831300）

以DQ水電站為例，結(jié)合該水電站壩線區(qū)的地質(zhì)條件，針對左右岸坡穩(wěn)定性、壩基巖體強(qiáng)度、壩基巖體壓縮變形、壩基抗滑穩(wěn)定性、壩基滲漏及繞壩滲漏等問題，采用物理力學(xué)試驗和對比計算的方法，提出選用左岸錨固支護(hù)，右岸進(jìn)行錨桿、錨索加掛網(wǎng)噴混凝土，具有可行性的壩基開挖、防護(hù)加固及防滲處理方案，攻克了工程壩址內(nèi)地質(zhì)條件薄弱、抗滑穩(wěn)定性差、滲透性強(qiáng)的難題，為工程順利實施奠定了堅實的基礎(chǔ)。

水電站；壩址；地質(zhì)；分析

DQ水電站壩址地基巖體褶皺發(fā)育，巖層產(chǎn)狀陡立，為橫向河谷。壩址兩岸巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化巖體埋深一般15 m～27 m，河床沖積層厚16 m～22 m，壩址工程地質(zhì)條件較差?？裳须A段進(jìn)一步查明河床沖積層厚度、物質(zhì)組成及性狀，兩岸巖體的工程地質(zhì)條件及地下水位，為工程實施階段提供全面的數(shù)據(jù)支撐，并提出了科學(xué)合理的防護(hù)措施。本水電站擬建攔河壩高59.5 m，裝機(jī)容量約81 MW，工程規(guī)模為中型，攔河壩推薦為重力壩型，壩后式廠房，建設(shè)任務(wù)以發(fā)電為主。

1 壩線工程地質(zhì)分析

1.1 開挖邊坡及基坑穩(wěn)定性

左右岸坡大部分為第四系殘坡積、崩坡積覆蓋層，局部出露基巖，覆蓋層巖性為碎石土夾塊石，厚度2.0～5.0 m。下伏基巖均為三迭系中統(tǒng)法郎組上段上部：青灰色、灰黑色薄層狀粉砂巖夾細(xì)砂巖、頁巖等。

左岸坡面產(chǎn)狀57°∠36°，陡坡地形.層面產(chǎn)狀162°∠75°，裂隙發(fā)育一組：240°∠35°，經(jīng)赤平投影(圖1）分析，無不利結(jié)構(gòu)面組合出現(xiàn)，岸坡卸荷裂隙不發(fā)育。左壩肩、左岸坡基本穩(wěn)定。

右岸坡：坡面產(chǎn)狀237°∠28°。裂隙發(fā)育一組：216°∠10°，該組裂隙發(fā)育，卸荷張開明顯，結(jié)構(gòu)面多泥質(zhì)半充填。層面產(chǎn)狀75°～162°∠40°～75°，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀變化較大，層間擠壓帶發(fā)育，結(jié)構(gòu)面多泥化，泥化帶寬度0.5～5cm不等。經(jīng)赤平投影(圖2）分析，層面與強(qiáng)卸荷裂隙在邊坡上形成不穩(wěn)定的楔形體。岸坡卸荷裂隙發(fā)育,右壩肩、右岸坡穩(wěn)定性差，但卸荷帶下部巖體穩(wěn)定性較好。[1]

圖1 壩線左岸邊坡赤平投影圖

圖2 壩線右岸邊坡赤平投影圖

1.2 壩基巖體強(qiáng)度及壓縮變形

壩基表層第四系松散層強(qiáng)度低，壓縮性大，存在壓縮變形問題。

壩基表層強(qiáng)風(fēng)化基巖巖體工程地質(zhì)分類為ⅣC類巖體，承載力不能滿足重力壩的要求，會產(chǎn)生壩基壓縮變形問題。壩基弱風(fēng)化細(xì)砂巖、粉砂巖巖體工程地質(zhì)分類為Ⅲ2B、Ⅲ1B類，據(jù)六郎洞電站廠房開挖邊坡統(tǒng)計，細(xì)砂巖約占60%，粉砂巖約占40%。弱風(fēng)化細(xì)砂巖、粉砂巖[R]=3～5 MPa，承載力能基本滿足重力壩基礎(chǔ)的壓縮要求，因此重力壩基礎(chǔ)不會產(chǎn)生壓縮變形及不均勻沉陷問題。[2]

1.3 壩基抗滑穩(wěn)定性

壩基強(qiáng)風(fēng)化巖體雖然結(jié)構(gòu)面組合對抗滑穩(wěn)定有利，但抗剪斷強(qiáng)度較低，存在滑動破壞條件。

左岸壩基段：該段壩基為弱風(fēng)化巖體，巖體工程地質(zhì)分類為Ⅲ2B類，弱風(fēng)化細(xì)砂巖占約40%，弱風(fēng)化粉砂巖占約60%；巖體為層狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，呈互層狀構(gòu)造。左岸段壩軸線與向斜軸交角21°，為橫向河谷。巖層層面陡傾，層間擠壓帶發(fā)育。主要發(fā)育結(jié)構(gòu)面一組：順河緩—中傾角結(jié)構(gòu)面，傾向左岸山內(nèi)。據(jù)結(jié)構(gòu)面赤平投影的組合分析，無不利結(jié)構(gòu)面組合，巖體抗剪斷強(qiáng)度較高，因此左岸壩基抗滑基本穩(wěn)定。

右岸壩基段：該段壩基為弱風(fēng)化巖體，巖體工程地質(zhì)分類為Ⅲ2B類，弱風(fēng)化細(xì)砂巖占約40%，弱風(fēng)化粉砂巖占約60%；巖體為層狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，呈互層狀構(gòu)造。右岸段壩軸線與向斜軸交角21°，為橫向河谷。弱風(fēng)化巖體抗剪斷強(qiáng)度較高，抗滑穩(wěn)定性較好。巖層層面陡傾，層間擠壓帶發(fā)育，f1斷層帶從右岸壩基上部通過，總體陡傾向右岸山內(nèi)偏上游。主要發(fā)育結(jié)構(gòu)面A組：順河緩—中傾角結(jié)構(gòu)面，傾向河床。據(jù)結(jié)構(gòu)面赤平投影的組合分析，A組和層面將淺表陡坡切割成相對不穩(wěn)定的楔形體，其中A組結(jié)構(gòu)面形成優(yōu)勢軟弱結(jié)構(gòu)面，向河床面具備一定的臨空滑動條件，因此右岸壩基f1斷層帶淺層抗滑不穩(wěn)定，通過壩基處理，可滿足抗滑穩(wěn)定要求。而深層因軟弱結(jié)構(gòu)面組合向河床及下游方向不具備臨空條件，右岸壩基卸荷帶下部抗滑基本穩(wěn)定。[3]

1.4 滲流穩(wěn)定性

河床洪沖積層結(jié)構(gòu)松散，透水性較強(qiáng)，存在發(fā)生管涌的條件，壩軸線處最大厚度約22 m，需清除。

強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體透水性中等～弱，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，但抗?jié)B透變形能力強(qiáng)，基本不存在滲透變形破壞。右岸發(fā)育f1斷層，為逆斷層，據(jù)ZKx6孔透水性微弱，但上盤巖體破碎，抗?jié)B透變形能力差，可能存在管涌破壞的可能性。

1.5 壩基滲漏及繞壩滲漏

1.5.1 滲漏分析

河床壩基砂礫石滲漏分析：河床部位為砂卵礫石夾粉細(xì)砂層，滲透性為中等～強(qiáng)透水，是壩基產(chǎn)生滲漏的主要部位,建議全部清除。

河床壩基巖層滲漏分析：壩基巖層上部巖層透水率q=7～20 Lu，為弱透水層。其下巖層透水率q=1～5 Lu，屬弱透水層，為相對隔水層。

左壩肩基巖透水率q=7～18 Lu，為弱至中等透水性，埋深約45 m；以下巖層透水率q=1.9～4.9 Lu，屬弱透水，為相對隔水層。左壩基存在繞壩滲漏。

右壩肩上部巖層透水率q=6.7～37Lu，為中等透水，局部為強(qiáng)透水層。以上部位是右岸坡滲漏的主要部位。深部巖層透水率為q=2.7～3.3Lu，屬弱透水，為相對隔水層。右壩基存在繞壩滲漏。

1.5.2 滲漏估算

（1）工程特性

按重力壩壩型估算，壩頂高程1005.0 m，正常蓄水位1001.0 m，壩底寬（最?。?7.2 m。

（2）計算公式

（3）滲漏計算邊界及計算參數(shù)確定

壩基滲漏段（B）為正常高水位與兩壩肩清基后同地面交點的間距，透水層厚度（T）系從建基面至相對隔水層頂板的平均厚度確定。

繞壩滲漏寬度左、右岸以壩肩至正常高水位與岸坡地下水位交點的間距確定；滲徑長度L按L=B×π近似計算。

H為上、下游水頭差，平均滲透系數(shù)K值采用K=0.02∑s· q/∑s加權(quán)平均統(tǒng)計（建基面以下）。

（4）取值計算

計算結(jié)果見表1。

壩基及繞壩滲漏總量為1246.85 m3/d，年滲漏總量為45.51×104m/y，占總庫容的（總庫容5433.3萬m3）0.84%，滲漏量較小。[4]

2 壩基開挖原則及處理措施

2.1 壩基開挖原則

表1 重力壩基、壩肩滲漏計算表

建議壩基建基面置于弱微風(fēng)化巖體中，且壩趾下游不能出現(xiàn)臨空面。根據(jù)壩基巖體的風(fēng)化程度、卸荷情況及壩基荷載大小確定壩基開挖原則：

（1）河床及兩岸部位挖除覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖體，將大壩基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上；大致以巖體聲波波速Vp≥3500 m/s以下為建基面。

（2）對于構(gòu)造破碎帶、深風(fēng)化槽等，應(yīng)采取加深開挖、作混凝土塞等措施；對于部分未開挖的強(qiáng)卸荷松馳巖體，須采取固結(jié)灌漿進(jìn)行加固。

2.2 開挖處理措施

根據(jù)上述開挖原則，并結(jié)合勘探成果，各部位壩基開挖深度及處理措施如下：

（1）左岸坡開挖深度12 m左右，穩(wěn)定性較好，進(jìn)行錨桿支護(hù)，小斷層作混凝土塞處理。

右岸卸荷較發(fā)育，開挖深度20～26 m，開挖邊坡穩(wěn)定性較差，建議進(jìn)行錨桿、錨索加掛網(wǎng)噴混凝土處理。此外，對建基面f1斷層破碎帶，必須進(jìn)行掏挖，回填鋼筋混凝土塞處理，小斷層作混凝土塞處理。

（2）帷幕灌漿

防滲處理：按規(guī)程要求透水率q＜5 Lu可視為相對隔水邊界，防滲體底界按進(jìn)入相對隔水層5m控制。帷幕深度：左岸進(jìn)入清基線以下40～43 m，右岸進(jìn)入清基線以下29～33 m。帷幕長度：河谷段帷幕線長223.75 m。根據(jù)兩壩肩滲透性及弱透水帶頂板分布特征，左岸坡帷幕線與相對隔水層相交，右岸坡帷幕線與地下水位相交。即左岸由左壩肩向外延伸86.72 m，右岸由右壩肩向外延伸52.29 m。

建議采用單排孔布置帷幕灌漿，孔距約1.5 m，斷層破碎帶為2～3排孔布置。

（3）固結(jié)灌漿

建議進(jìn)行固結(jié)灌漿，呈梅花型布置灌漿孔，孔距3～4 m，排距3～4 m，深度5～8 m。在f1斷層破碎帶、影響帶位置加深加密灌漿孔。

（4）由于沖刷坑對大壩穩(wěn)定及兩岸坡強(qiáng)風(fēng)化巖體的穩(wěn)定影響較大，建議不能采用挑流消能，而要設(shè)消力池消能，避免產(chǎn)生沖刷坑。[5-6]

3 結(jié)語

通過對DQ水電站壩址區(qū)工程地質(zhì)條件的初步分析評價，廠房布置于壩軸線右岸河邊，處于向斜與背斜之間，巖層總體傾向上游偏右岸，廠房基巖體為薄層狀粉砂巖夾細(xì)砂巖，承載力可滿足設(shè)計要求；結(jié)合大壩進(jìn)一步復(fù)查廠房基工程地質(zhì)條件，廠房整體抗滑穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。電站地質(zhì)條件較復(fù)雜，經(jīng)過仔細(xì)的勘察和地質(zhì)條件分析，調(diào)整壩址、壩線和廠房型式等，合理優(yōu)化基巖面，確保了工程順利實施，成功解決了壩基開挖、防滲等難題。水電站投產(chǎn)至今，未發(fā)現(xiàn)地質(zhì)安全隱患。

[1]GB50287-2006,水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2]GB18306-2001,中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖[S].

[3]DL/T5414-2009,水電水利工程壩址工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程[S].

[4]張成儉.引洮工程TBM施工極軟巖隧洞段工程地質(zhì)問題分析與評價[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2011（04）：60-63.

[5]季旭.可溶巖區(qū)長隧洞工程地質(zhì)問題研究與分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2015（02）：94-97.

[6]王海宏.吊鐘水庫大壩安全鑒定工程地質(zhì)勘察[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2008（02）:72-73.

TV221.2

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1673-9000（2017）02-0146-03

2016-01-10

楊蜀湘（1971-），男，湖南邵陽人，工程師，主要研究方向：水利工程設(shè)計、造價等。