江西省廣昌縣甘竹惠民水庫地質(zhì)條件分析與評價

(撫州市水電勘測設(shè)計(jì)院， 江西 撫州 344000)

江西省廣昌縣甘竹惠民水庫地質(zhì)條件分析與評價

孫一濤

(撫州市水電勘測設(shè)計(jì)院， 江西 撫州 344000)

甘竹惠民水庫是一座以灌溉、供水為主兼顧防洪等綜合利用的小(1)型水利樞紐。庫區(qū)為構(gòu)造剝蝕丘陵河谷地貌，以孔隙性潛水和基巖裂隙水為主，地震動峰值加速度為0.05g。本文從庫區(qū)地質(zhì)問題、重力壩地質(zhì)條件、附屬工程地質(zhì)條件三個方面對水庫的地質(zhì)條件進(jìn)行分析與評價，結(jié)果表明該壩址區(qū)滿足水庫建設(shè)的地質(zhì)條件需求。

甘竹惠民水庫；地質(zhì)問題分析；重力壩；附屬工程

廣昌縣甘竹惠民水庫位于縣北部的甘竹鎮(zhèn)答田村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)116°18′33″、北緯26°54′24″。壩址坐落于撫河流域盱江洽港水支流上，壩址以上控制流域面積16.8km2，水庫總庫容917.2萬m3，是一座以灌溉、供水為主兼顧防洪等綜合利用的小(1)型水利樞紐。水庫于2013年開始工程地質(zhì)勘查工作，現(xiàn)對其地質(zhì)概況、庫區(qū)地質(zhì)問題分析、重力壩地質(zhì)條件評價以及附屬工程地質(zhì)條件分析論述如下。

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

水庫工程區(qū)為構(gòu)造剝蝕丘陵河谷地貌。邊坡較為平緩，局部陡峭，河谷多呈“V”形，植被良好，自然邊坡基本穩(wěn)定，局部有小型滑塌，前期地質(zhì)調(diào)查未見較大規(guī)模的滑坡、泥石流等不良物理地質(zhì)問題。

1.2 地層巖性

水庫測區(qū)出露下第三系和第四系地層：

a. 下第三系新余群二段(Exn2)：棕紅色含礫砂巖，鈣質(zhì)膠結(jié)，粒狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，工程區(qū)均有分布。

1.3 水文地質(zhì)

庫區(qū)內(nèi)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，無霜期長，雨水充沛。據(jù)縣氣象站實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，多年平均降雨量1725mm。區(qū)內(nèi)地下水類型主要為松散地層的孔隙性潛水和基巖裂隙水?？紫稘撍癫赜跉埰路e層和沖積層，前者富水性差[1]，后者富水性好?；鶐r裂隙水埋藏于基巖裂隙中，富水性差[2]。地下水受大氣降水補(bǔ)給，向河道排泄。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

水庫工程區(qū)位于華南褶皺系、贛中南褶隆、武夷隆起、寧都—南城拗?jǐn)嗍鴺?gòu)造單元，為北東向狹長斷陷盆地，區(qū)內(nèi)未見大斷裂構(gòu)造。

據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)，庫區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s，區(qū)域穩(wěn)定性好[3]。

2 庫區(qū)地質(zhì)問題分析

2.1 水庫滲漏

庫區(qū)周邊山體較為雄厚，區(qū)內(nèi)無深切溝谷，庫周巖性主要為下第三系含礫砂巖，巖體透水性較小。主壩的左壩肩山體ZK5孔地下水位高程為147.40m，主壩上游面鉆孔(補(bǔ))ZK3地下水位高程為139.26m，地下水排泄于庫內(nèi)。

庫區(qū)內(nèi)未見大斷裂構(gòu)造切割庫內(nèi)河床，未見通向下游支流的斷裂構(gòu)造；主壩、1號及2號副壩孔內(nèi)壓水試驗(yàn)顯示，154.00m以下基坑弱風(fēng)化巖體透水率q<5Lu，為弱透水層[4]，且副壩的壩線距離下游支流較遠(yuǎn)，滲流半徑大，水庫建成蓄水后不會形成通往庫外的滲漏通道，水庫滲漏量小。

2.2 庫岸穩(wěn)定

水庫庫岸的自然邊坡基本穩(wěn)定。庫周植被及水土保持狀況良好，水庫周邊山坡以斜坡(坡角10°～25°)及少量陡坡(坡角35°～45°)為主，分布下第三系含礫砂巖，巖體完整，風(fēng)化層較薄，表層覆蓋層也不厚。庫岸不具備大范圍滑坡的地質(zhì)條件，庫岸總體穩(wěn)定條件較好。

2.3 水庫淤積

庫區(qū)植被發(fā)育，水土保持較好，巖體完整，殘坡積土分散性較小，汛期雨水季節(jié)河流流水較清，夾帶泥沙較少，水庫淤積現(xiàn)象輕微，基本可不考慮庫區(qū)淤積問題。

2.4 誘發(fā)地震

水庫蓄水后庫內(nèi)水深相對兩岸山體高度而言較淺，庫水壅高與自然狀態(tài)下河流水位變化幅度差值較小，地應(yīng)力增加甚微。當(dāng)?shù)氐牡卣饎臃逯导铀俣人捷^低，無孕震構(gòu)造分布，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造活動較弱。因此，水庫蓄水后地質(zhì)環(huán)境改變較小，不存在水庫誘發(fā)地震的可能性。

3 重力壩地質(zhì)條件評價

根據(jù)壩址地質(zhì)條件及石料場分布情況，壩體現(xiàn)具備重力壩、面板堆石壩、土石壩建設(shè)條件。經(jīng)分析論證可知，面板堆石壩壩頂長度略短，開挖處理工程量較少，壩基工程地質(zhì)條件略優(yōu)，但其防滲長度大，所需石料量大，石料運(yùn)距遠(yuǎn)，總體地質(zhì)條件比重力壩方案差；土石壩基工程地質(zhì)條件略優(yōu)，但所需土石料量很大，運(yùn)距大于20km，總體地質(zhì)條件也比重力壩方案差，故本文重點(diǎn)對重力壩地質(zhì)條件進(jìn)行評價。

3.1 可利用基巖面

壩址區(qū)左壩肩高程144.00m以上存在2.6m厚覆蓋層，右壩肩高程148.70m以上存在2.15m厚覆蓋層，巖性為含碎石壤土，該層允許承載力偏低[5]，工程地質(zhì)條件差，不宜利用。壩址區(qū)全、強(qiáng)風(fēng)化巖缺失，出露弱風(fēng)化巖，弱風(fēng)化基巖的巖體總體完整性好，飽和抗壓強(qiáng)度為15MPa，基巖允許承載力可取[R]=1.5MPa，設(shè)計(jì)建基面壓應(yīng)力取值400～700kPa，因此，弱風(fēng)化基巖允許承載力可滿足重力壩的穩(wěn)定和強(qiáng)度要求。建議以弱風(fēng)化巖體作為建基面。根據(jù)壩基巖體工程地質(zhì)分類，建基巖體質(zhì)量可定為CⅢ2類。

3.2 壩基抗滑穩(wěn)定

建基巖體為弱風(fēng)化下第三系含礫砂巖，層狀結(jié)構(gòu)，基巖飽和抗壓強(qiáng)度15MPa，屬軟質(zhì)巖類，巖芯獲得率RQD=80%～90%，巖體完整?；鶐r節(jié)理延伸較短，切割淺，節(jié)理多呈閉合狀，無不利結(jié)構(gòu)面發(fā)育，不存在壩基深層抗滑穩(wěn)定問題，壩基巖體較為穩(wěn)定。因軟質(zhì)巖強(qiáng)度低于壩體強(qiáng)度，壩基抗滑穩(wěn)定主要受壩體與基巖接觸面控制[6]，故壩基存在接觸面淺層抗滑穩(wěn)定問題。

3.3 壩基滲流分析

由鉆孔壓水試驗(yàn)結(jié)果可知，壩基開挖線以下弱風(fēng)化狀基巖巖體的透水率存在差異。

弱風(fēng)化巖體壓水試驗(yàn)顯示，左壩肩建基面以下存在0.50m相對透水層，其透水率為4.21～4.88Lu，屬相對不透水巖體。右岸建基面以下存在2.05m相對透水層，其透水率為4.12Lu，屬相對不透水巖體。

兩壩肩建基面下存在較薄相對透水層，兩壩肩存在輕微滲漏問題。建基巖體較為完整，裂隙開度小，基本無填充，壩基基本不存在滲透穩(wěn)定問題。

3.4 邊坡穩(wěn)定分析

a. 邊坡穩(wěn)定性評價。壩線河谷呈“V”形，橫向谷，兩岸邊坡基本對稱，兩岸屬于陡峻坡，其中左岸高程142.26m以上坡度為27°，以下坡度為61°；右岸高程131.30m以上坡度為20°，以下坡度為46°。邊坡巖體相對完整，現(xiàn)場未見滑坡、滑塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，邊坡整體基本穩(wěn)定。

b. 開挖邊坡確定。根據(jù)壩址巖性的不同特點(diǎn)，建議邊坡開挖值見下表，在邊坡開挖時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以修正，當(dāng)坡高大于8m時，中間應(yīng)設(shè)馬道。

開挖邊坡建議值表

4 附屬工程地質(zhì)條件論證

4.1 施工圍堰

圍堰距離主壩上游、下游壩腳20.0～30.0m，根據(jù)壩址工程鉆探資料及現(xiàn)場踏勘可知，在上游、下游施工圍堰范圍內(nèi)，河床上部覆蓋一層3.10m左右粗粒土，其下為強(qiáng)—弱風(fēng)化基巖，強(qiáng)風(fēng)化層滲透系數(shù)K=3.58×10-4cm/s，具中等透水性，弱風(fēng)化基巖滲透率為q=3.86Lu，弱透水性，圍堰基礎(chǔ)地質(zhì)條件相對較好。但河床存在3.00m左右的粗砂強(qiáng)透水層，圍堰施工時建議進(jìn)行防滲處理。

堰基巖體承載力可滿足圍堰堰體荷載要求，不存在抗滑穩(wěn)定問題。建議粗砂取R[允]=0.22MPa，混凝土/粗砂f=0.40；強(qiáng)風(fēng)化基巖取R[允]=0.50MPa，混凝土/巖石f=0.28～0.34，f′=0.46～0.50，c′=0.20～0.25；弱風(fēng)化基巖取R[允]=1.50MPa，混凝土/巖石f=0.38～0.42，f′=0.50～0.55，c′=0.35～0.40。

4.2 放空隧洞

隧洞軸線位于主壩與1號副壩之間，丘陵剝蝕地貌，區(qū)內(nèi)未見大規(guī)模斷層、破碎帶等不良地質(zhì)分布。隧洞軸線穿越最高山峰高程165.00m。隧洞沿洞軸線長144.5m，截面呈圓形，設(shè)計(jì)開挖直徑2.20m，進(jìn)口底板高程132.00m，出口底板高程130.00m。

隧洞圍巖巖層產(chǎn)狀與壩址區(qū)相近，產(chǎn)狀N22°E/NW∠41°。節(jié)理較發(fā)育，3～5條/m，產(chǎn)狀N26°E/NW∠39°，多呈閉合狀，局部裂隙微張，泥質(zhì)填充，未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大斷層通過隧洞區(qū)。

地下水主要為埋藏于基巖裂隙中的裂隙潛水，在強(qiáng)-弱風(fēng)化帶中透水性較強(qiáng)。洞身大都處在微風(fēng)化-新鮮基巖中，巖體透水性弱，含水量不豐，水文地質(zhì)條件較好。

4.3 天然料廠

壩址附近砂、卵石料缺乏，工程所需砂、卵石料需到縣城采購?？h城主河道有采砂場分布，采運(yùn)方便，料場砂料儲量十分豐富，砂質(zhì)量較好。取樣分析顯示，細(xì)骨料含泥量為0.50%～0.60%，細(xì)度模數(shù)為2.86～3.57，級配良好。水源地多為砂巖地貌，河道內(nèi)卵石含量較少，砂場幾乎無卵石料儲量，無法滿足施工需求。料場與壩址間有公路交通，運(yùn)輸方便。

壩址區(qū)巖石軟化系數(shù)一般小于0.74，抗風(fēng)化性較差，不易作為工程用料，且附近山體低矮，不利于開采。工程所需石料需在縣石料場采購，該料場以花崗巖及變質(zhì)巖為主，巖石質(zhì)堅(jiān)，室內(nèi)試驗(yàn)顯示，飽水單軸抗壓強(qiáng)度為55.7MPa，比重2.60g/cm3，軟化系數(shù)0.77。

壩址附近無黏土料場分布，需到距壩址20.0km的坪上土料場采挖，該料場土為低液限黏土，凝聚力C=25.0kPa，內(nèi)摩擦角Φ=21.0°，最優(yōu)含水ω=22.0%，最大干密度ρmax=1.64g/cm3，土質(zhì)較好?，F(xiàn)狀有山路交通，可以通車，開采方便。

5 結(jié) 語

甘竹惠民水庫坐落于撫河流域盱江洽港水支流上，是一座以灌溉、供水為主兼顧防洪等綜合利用的小(1)型水利樞紐。庫區(qū)為構(gòu)造剝蝕丘陵河谷地貌，區(qū)內(nèi)以孔隙性潛水和基巖裂隙水為主，地震動峰值加速度為0.05g。

本文首先對庫區(qū)地質(zhì)問題進(jìn)行論證，結(jié)果表明：地下水多排泄于庫內(nèi)，壩基不存在大斷裂構(gòu)造；庫岸邊坡穩(wěn)定，不具備大范圍滑坡條件；水庫淤積現(xiàn)象輕微，不存在庫區(qū)淤積；庫水壅高與河流水位變化幅度差值較小，誘發(fā)地震可能性小。其次，對最適宜該地質(zhì)條件的重力壩進(jìn)行地質(zhì)條件評價：壩址區(qū)弱風(fēng)化基巖允許承載力滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求，適宜作為建基面；抗滑穩(wěn)定受壩體與基巖接觸面控制，壩基存在淺層抗滑穩(wěn)定問題；應(yīng)在施工期間進(jìn)行壩基固結(jié)灌漿處理，并進(jìn)行抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算；兩壩肩建基面下存在較薄相對透水層，兩壩肩存在輕微滲漏問題。壩體施工期間應(yīng)進(jìn)行的帷幕灌漿處理。最后，對施工圍堰、放空隧洞、天然料場等附屬工程進(jìn)行地質(zhì)條件分析，對其施工措施、工程布局、原料供給等提出了具體建議。2014年6月13—15日江西省撫州市發(fā)改委、水利局在撫州組織召開了《江西省撫州市廣昌縣甘竹惠民水庫工程可行性研究報告》會。2014年6月13日，該工程獲得江西省廣昌縣發(fā)改委審直批復(fù)，并進(jìn)入初步設(shè)計(jì)階段。

[1] 孟永旭.下坂地水庫壩址深厚覆蓋層工程特性及主要地質(zhì)問題初步評價[J].陜西水利水電技術(shù),2000(2):48-51.

[2] 劉慶軍,郭其峰,王耀軍,等.河口村水庫工程地質(zhì)條件綜述及評價[J].人民黃河,2011,33(12):136-138.

[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(yùn)月刊,2010,10(5):138-139.

[4] 陸海玉.西北峪水庫壩基工程地質(zhì)條件淺析[J].水利建設(shè)與管理,2013(5):50-52.

[5] 張小會,范連志.病險水庫常見的地質(zhì)病害及應(yīng)對措施[J].水利建設(shè)與管理,2011,31(2):55-58.

[6] 崔阿李.山西省萬家寨引黃工程某平原水庫壩基工程地質(zhì)綜述[J].水利建設(shè)與管理,2009,29(8):41-44.

AnalysisandevaluationonthegeologicalconditionsofJiangxiGuangchangCountyGanzhuHuiminReservoir

SUN Yitao

(FuzhouHydropowerSurveyandDesignInstitute,Fuzhou344000,China)

Ganzhu Huimin Reservoir is a small type (1) water control center of comprehensive utilization, which is used to irrigation and water supply, and flood control. The reservoir area belongs to tectonic denudation hill valley landscape, which is mainly composed of porosity phreatic water and bedrock fracture water. The seismic peak acceleration is 0.05g. In the paper, the reservoir geological conditions are analyzed and evaluated from three aspects of reservoir geological problem, gravity dam geological condition and subsidiary engineering geological condition. The results show that the dam area meets the geological condition requirements of reservoir construction.

Ganzhu Huimin Reservoir; analysis on geological problems; gravity dam; ancillary works

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.12.013

TV211.1

A

2096-0131(2017)12-0052-04