石頭河水利樞紐建壩工程地質(zhì)條件分析評(píng)價(jià)

李向群，南浩然，李宗效

吉林建筑大學(xué) 測(cè)繪與勘察學(xué)院,長(zhǎng)春 130118

1 工程概況

石頭河水利樞紐工程位于吉林省圖們市境內(nèi),坐落在圖們江一級(jí)支流石頭河上游,壩址地理坐標(biāo)位置:東經(jīng)130°04′,北緯43°06′,是以供水為主,兼顧防洪、灌溉、養(yǎng)殖等綜合性水利樞紐工程.石頭河水利樞紐工程為中型水庫(kù),工程等別Ⅲ等,主要建筑物級(jí)別3級(jí),次要建筑物級(jí)別4級(jí),臨時(shí)建筑物級(jí)別5級(jí).在可研階段,延邊水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在壩址區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘查.

物探工作的主要任務(wù)是:采用綜合物探方法對(duì)上、下壩址區(qū)第四系覆蓋層厚度,是否存在隱伏構(gòu)造帶及具體位置、構(gòu)造帶傾向、走向作出評(píng)價(jià).在探測(cè)工作中,根據(jù)壩址的實(shí)際地質(zhì)情況和氣候條件,采用地球物理方法有視電阻率聯(lián)合剖面法、高密度電法和探地雷達(dá)法.

野外勘察工作于2018年8月2日至8月16日完成,共完成視電阻率聯(lián)剖剖面線測(cè)量5條1 320m,物理點(diǎn)516個(gè);高密度電法剖面線測(cè)量3條885 m,物理點(diǎn)1 305個(gè);地質(zhì)雷達(dá)剖面線測(cè)量6條1 470 m,物理點(diǎn)1 470個(gè).

2018年8月17日至8月24日完成了資料的分析、處理、計(jì)算及報(bào)告編寫(xiě)工作.

2 壩址區(qū)的工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該壩址處于河谷相對(duì)狹窄地段,河流呈彎曲狀,河谷寬度139 m ～ 159 m,右岸山體坡度41 °左右,覆蓋層厚2.5 m左右,由碎石土組成,植被較好.左岸山體坡度13 °左右,覆蓋層厚1.7 m左右.左岸上游10 m處為溝口,該溝是石頭河的主要支流,常年有溪水流淌,該溝谷長(zhǎng)2 km,溝谷寬50 m左右.

2.2 地層巖性

該壩址區(qū)的地層比較單一,均屬于侏羅系下的火山碎屑巖,巖性主要為安山角礫巖及安山巖組成[1].此外,即是第四系全新統(tǒng)河流相堆積層和殘積坡積層.河流堆積的河漫灘是以沖洪積松散物為主,由卵石、礫石、砂組成,厚度3 m～4 m,含漂石、塊石等,粒徑最大可達(dá)1.5 m.殘積坡積層分布于山腳及山坡和山脊上,為含土碎石,厚度1 m～2.5 m,山腳處較厚,最厚可達(dá)4 m.其區(qū)域內(nèi)地層巖性見(jiàn)表1.

表1 區(qū)域內(nèi)地層巖性Table 1 Regional stratigraphic lithology

2.3 地質(zhì)構(gòu)造特征

根據(jù)《工程地質(zhì)勘察工作大綱》及委托方意見(jiàn),結(jié)合地形條件,上壩址區(qū)內(nèi)共布設(shè)3條視電阻率聯(lián)合剖面法測(cè)線、1條高密度電法測(cè)線和6條探地雷達(dá)測(cè)線.視電阻率聯(lián)合剖面法測(cè)線沿壩軸線方向布置2條;在輸水洞方向上布置1條視電阻率聯(lián)合剖面法和高密度電法測(cè)線;探地雷達(dá)測(cè)線沿北西向布置4條,分別為10測(cè)線、13號(hào)測(cè)線、15號(hào)測(cè)線和20號(hào)測(cè)線,沿東南方向布置2條測(cè)線,分別為7號(hào)測(cè)線和9號(hào)測(cè)線.

沿下壩軸線布置1條視電阻率聯(lián)合剖面法和高密度電法測(cè)線;沿下壩址到上壩址的東山腳下布置1條視電阻率聯(lián)合剖面法和高密度電法測(cè)線,剖面線方位80°.壩址區(qū)未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造,根據(jù)高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)發(fā)現(xiàn)的小規(guī)模斷層及破碎帶共計(jì)4條[2].

因物探結(jié)果具有多解性,加之壩址內(nèi)地形較復(fù)雜,地表植被茂盛,地表水系發(fā)育,這對(duì)物探工作的結(jié)果都造成一定的干擾和影響,故在物探提出的異常處開(kāi)展鉆探驗(yàn)證工作.

為此,在上壩線物探提出的破碎帶(P 2,P 3)與趾板相交處破碎帶中心部位布置了兩個(gè)鉆孔,下壩線物探提出的破碎帶(P 4)與下壩線溢洪道相交部位布置了鉆孔進(jìn)行鉆探驗(yàn)證,在壩軸線所圈定的破碎帶上采用了聯(lián)合剖面法和高密度電法測(cè)量[3],根據(jù)鉆探及孔內(nèi)數(shù)字成像結(jié)果:上壩線物探提出的破碎帶部位巖石完整性較好,僅在巖石上部1 m～2 m深度內(nèi)巖石相對(duì)破碎,對(duì)壩基影響不大;下壩線物探提出的破碎帶部位巖石完整性差,巖體呈碎裂結(jié)構(gòu),且與溢洪道斜交,交角較小,寬度較大,對(duì)溢洪道的影響較大.

綜合物探及鉆探結(jié)果:上壩線在溢洪道外側(cè)17 m處發(fā)育有F 1斷層,走向NE 63°,直立,寬度1 m,規(guī)模及對(duì)大壩的影響較小.下壩線溢洪道部位發(fā)育有P 4破碎帶,走向NE 75°,傾向SW 75°,傾角65°,寬度12 m,規(guī)模較大,且與溢洪道斜交,交角較小,寬度較大,對(duì)溢洪道的影響較大,探明的斷層及破碎帶性狀見(jiàn)表2.

表2 斷層破碎帶產(chǎn)狀規(guī)模Table 2 Fault fracture zone production scale

3 主要工程地質(zhì)問(wèn)題及評(píng)價(jià)

3.1 壩基承載力及沉陷穩(wěn)定問(wèn)題

大壩全長(zhǎng)272.80 m,地貌單元為低山和河谷漫灘,低山斜坡坡度13°～40°,河谷漫灘相對(duì)平緩.低山斜坡表部為厚度2.2 m～2.4 m的第四系全新統(tǒng)坡積碎石土,河谷段為厚度3.6 m～7.6 m的砂卵石.其下為侏羅系安山巖,全風(fēng)化厚度2 m左右,僅在左壩肩斜坡部位分布,強(qiáng)風(fēng)化厚度9 m～15 m.大壩地基各巖土層的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表3[4].

表3 各巖層物理力學(xué)指標(biāo)Table 3 Physical and mechanical indicators of each rock layer

河谷砂卵石無(wú)軟弱夾層,巖性均一,地基允許承載力為0.35 MPa,可作為大壩壩殼基礎(chǔ),沉陷穩(wěn)定問(wèn)題不大.根據(jù)基壩址區(qū)地質(zhì)、地形條件,設(shè)計(jì)優(yōu)選混凝土面板堆石壩[5].

坡積碎石土厚度不大且穩(wěn)定,巖性均一,較密實(shí),地基允許承載力為0.25 MPa,在清皮壓實(shí)處理后亦可作為大壩壩殼基礎(chǔ)[6],沉陷穩(wěn)定及滑動(dòng)問(wèn)題不大.

面板壩前趾板基礎(chǔ)可座落在強(qiáng)風(fēng)化安山巖上,地基允許承載力為1.0 MPa,滿足設(shè)計(jì)要求.而趾板河谷段巖石呈次塊狀,壩肩部位巖石呈碎裂角磨機(jī)結(jié)構(gòu),節(jié)理裂隙較發(fā)育[7],建議進(jìn)行固結(jié)灌漿,固結(jié)灌漿后將大大提高巖體的整體性,降低巖體的變形及不均勻沉陷.

3.2 壩基滲漏及滲透穩(wěn)定問(wèn)題

壩基巖體總體透水率由上而下呈逐漸變小的趨勢(shì),河床部位巖體透水率值小于兩岸壩肩部位.建議對(duì)壩基采取帷幕灌漿,灌漿深度控制到巖石透水率q≤5.0 Lu[8].

3.3 壩肩邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題

左壩肩山體坡度13 °左右,植被良好,覆蓋層厚度約2.4 m.下伏基巖為侏羅系安山巖,節(jié)理裂隙發(fā)育,受F 1斷層影響,15 m深度內(nèi)巖石較破碎,呈碎裂結(jié)構(gòu).全風(fēng)化厚度2 m左右,強(qiáng)風(fēng)化厚度約15 m.左壩肩節(jié)理裂隙走向,以走向NW 278°～308°,NE 6°～30°兩組為主,兩組節(jié)理大多是張開(kāi),鈣質(zhì)充填.開(kāi)挖后形成的邊坡將存在崩塌掉塊及局部邊坡穩(wěn)定問(wèn)題,建議進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨處理[9].

右壩肩山體坡度40°左右,山體覆蓋層厚約2.2 m,由碎石土組成,植被較好.右岸山體的巖石屬侏羅系安山巖,節(jié)理裂隙發(fā)育,20 m深度內(nèi)巖石破碎,呈碎裂結(jié)構(gòu).右壩肩巖石強(qiáng)風(fēng)化厚度約為9 m.右壩肩節(jié)理裂隙走向與左壩肩相同.

3.4 繞壩滲漏問(wèn)題

兩壩肩巖體透水率較大,不滿足設(shè)計(jì)控制q小于5.0 Lu標(biāo)準(zhǔn),存在繞壩滲漏問(wèn)題,建議結(jié)合壩基帷幕灌漿將防滲帷幕向左右延長(zhǎng)[10],可延長(zhǎng)至地下水位線與正常高水位線相交處,左壩肩沿壩軸線延長(zhǎng)至溢洪道軸線外61 m,右壩肩沿壩軸線延長(zhǎng)至輸水洞軸線外33 m,灌漿深度控制到巖石透水率q≤5.0 Lu.

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 石頭河水利樞紐壩址區(qū)的地層比較單一,出露地層均屬侏羅系形成的火山碎屑巖,巖性主體由安山角礫巖及安山巖組成.此外,綜合物探及鉆探的結(jié)果分析:相比較于下壩線,上壩線在溢洪道外側(cè)的斷層,規(guī)模較小,對(duì)大壩的影響不大.工程地質(zhì)也優(yōu)于下壩線,建議選用上壩線為壩址.

(2) 河谷砂卵石和坡積碎石土巖性均一,滿足地基承載力要求,均可作為大壩壩殼基礎(chǔ).其沉陷穩(wěn)定及滑動(dòng)問(wèn)題不大.面板壩前趾板基礎(chǔ)可建設(shè)在強(qiáng)風(fēng)化安山巖上,其強(qiáng)度在地基允許承載力范圍內(nèi),滿足設(shè)計(jì)需要.

(3) 在河床壩基和壩肩存在透水率從上到下逐漸減小的透水帶,存在壩基和壩肩滲漏問(wèn)題.上壩線兩壩肩巖石完整性差,呈碎裂角磨機(jī)結(jié)構(gòu),建議在沿趾板全段進(jìn)行帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等防滲處理,其中帷幕灌漿深度需深入到巖石透水率小于5.0 Lu以下5 m,固結(jié)灌漿深度控制到強(qiáng)風(fēng)化下限.為防止繞壩滲漏問(wèn)題的產(chǎn)生,需將兩壩肩帷幕灌漿延長(zhǎng)至正常高水位與地下水位相交處.