柴河水庫(kù)水電站及光伏電站工程地質(zhì)條件分析

郭金龍，劉清石，韓 飛

（1. 遼寧省柴河水庫(kù)管理局有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺112000；2. 鐵嶺天信公用事業(yè)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 鐵嶺112000）

1 概 述

柴河水庫(kù)位于遼寧省鐵嶺市，大壩下游區(qū)域面積約500 畝（1 畝=1/15 hm2），地面上建水電站、光伏電站等工程建筑物。水電站于1974 年建成，為壩后式水電站，裝機(jī)容量7 030 kW，2014 年進(jìn)行增效擴(kuò)容改造，年平均發(fā)電量900 萬(wàn)kW·h。光伏電站于2017 年建成并發(fā)電，裝機(jī)容量15 MW，共計(jì)14 個(gè)發(fā)電單元，采用多晶硅270 Wp，年平均發(fā)電量2 100 萬(wàn)kW·h。工程地質(zhì)情況對(duì)于水電站、光伏電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要，掌握工程地質(zhì)情況對(duì)于后續(xù)工程除險(xiǎn)加固、項(xiàng)目興建也具有重要借鑒意義。

2 勘察任務(wù)及方案

2.1 勘察任務(wù)

（1）查明場(chǎng)區(qū)地形地貌特征。

（2）查明場(chǎng)區(qū)內(nèi)巖土層的類型、深度、分布、工程特性，分析和評(píng)價(jià)地基的穩(wěn)定性、均勻性和承載力。

（3）查明工程場(chǎng)地不良巖土層，對(duì)其分布及工程地質(zhì)特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（4）查明地下水的埋藏條件及含水層性質(zhì)。

（5）判定水和土對(duì)建筑材料的腐蝕性。

（6）提供場(chǎng)地土的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度。

（7）確定工程區(qū)的地震基本烈度，評(píng)價(jià)場(chǎng)區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性。

2.2 勘測(cè)方案

根據(jù)場(chǎng)地情況按網(wǎng)格狀布設(shè)鉆孔53 個(gè)，設(shè)計(jì)孔深8 ～15 m（見(jiàn)圖1）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔揭露地層情況，個(gè)別孔深或進(jìn)行增減，如提前遇見(jiàn)穩(wěn)定的強(qiáng)風(fēng)化或弱風(fēng)化基巖，則可以終孔。

3 勘察成果分析

3.1 區(qū)域地質(zhì)條件

區(qū)域地貌類型為侵蝕構(gòu)造形成的圓頂狀低山，海拔一般在71 ～113 m 之間，地勢(shì)東高西低，主要地層為前震旦系混合巖以及新生界全新統(tǒng)沖洪、坡積物。

工程區(qū)構(gòu)造體系以東西向構(gòu)造和新華夏系構(gòu)造為主。東西向構(gòu)造由東西向分布的懿路—小會(huì)試屯復(fù)向斜和若干小褶皺組成，伴隨著這些東西向褶皺形成了一些東西向斷層；新華夏系構(gòu)造主要發(fā)育于哈達(dá)嶺新華夏系一級(jí)隆起帶上，僅見(jiàn)斷層，未見(jiàn)褶皺。

3.2 場(chǎng)區(qū)地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造

場(chǎng)地地貌類型為侵蝕堆積形成的山間沖洪積谷地，大部分為耕地和荒地，整體地勢(shì)向柴河河道方向傾斜，開(kāi)挖有若干魚(yú)塘，地面高程起伏較大，坑洼區(qū)域分布不均，山前坡地地面高程為87.1 ～118.8 m，魚(yú)塘及柴河河漫灘地面高程為70.5 ～82.7 m。

場(chǎng)地內(nèi)無(wú)斷層和褶皺構(gòu)造。鉆探揭露第四紀(jì)上更新統(tǒng)砂礫巖，分布不均勻，上覆于前震旦系混合巖之上，局部與混合巖的接觸面起伏變化較大，交錯(cuò)關(guān)系較復(fù)雜［1-2］。

3.3 地層巖性

場(chǎng)地地層巖性主要為雜填土和素填土；第四系全新統(tǒng)（Q4）粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、中砂、礫砂、圓礫、卵石和坡積碎石土；第四系上更新統(tǒng)（Q3）砂礫巖；前震旦系混合巖（M）?，F(xiàn)分述如下（見(jiàn)圖2）：

第①層：碎石土，雜色，主要由黏性土和碎石組成，碎石主要巖性為混合巖，呈角礫狀，級(jí)配較差，稍密～中密，局部松散，揭露層厚2.1 ～6.5 m。

第②層：粉質(zhì)黏土，灰黃、黃褐色，可塑，干強(qiáng)度中等，韌性一般，揭露層厚0.6 ～3.4 m（見(jiàn)表1）。

表1黏土物理力學(xué)性能

第③層：圓礫，母巖主要為砂礫巖、混合巖，粒徑不均勻，級(jí)配良好。一般粒徑2 ～5cm，最大粒徑10cm。稍密～中密，局部密實(shí)，濕～飽和。除山前坡地外，在整個(gè)場(chǎng)區(qū)均有揭露，揭露層厚1.2 ～5.7 m。

第④層：全、強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖，為第四系上更新統(tǒng)（Q3）地層，雜色。全風(fēng)化砂礫巖，除石英礫石外多已風(fēng)化為黏土礦物，巖芯呈黏土和砂土狀，手掰易散，局部夾有強(qiáng)風(fēng)化碎塊，該層分布不連續(xù)，在19 個(gè)鉆孔有揭露，層厚0.5 ～4.4 m。

第⑤層：全、強(qiáng)風(fēng)化混合巖，為前震旦系（M）地層，主要分布于山前坡地，雜色。全風(fēng)化混合巖，除石英外多已風(fēng)化為黏土礦物，巖芯呈黏土和砂土狀，手掰易散，局部夾有強(qiáng)風(fēng)化碎塊，該層分布不連續(xù)，最大揭露厚度3.1 m。

3.4 地基承載力

根據(jù)統(tǒng)計(jì)后的標(biāo)準(zhǔn)貫入和重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)擊數(shù)確定各土層的承載力、變形模量、內(nèi)摩擦角等（見(jiàn)表2）。

（2）第①-1 層和第②層可塑粉質(zhì)黏土層、第②-1 層粉砂層、第②-2 層細(xì)砂層、第②-3 層中砂層、第③-1 層礫砂層和第③-2 層卵石層均為局部分布，且厚度較小。

（3）第①層碎石土層，由黏性土、風(fēng)化碎屑和碎石組成，稍密～中密，局部松散，局部含有多量黏性土，土層均勻性局部較差，主要分布于山前坡地。

（4）第③層圓礫層，稍密～中密，局部密實(shí)，除山前坡地外，場(chǎng)地內(nèi)基本為連續(xù)分布。

（5）第④層砂礫巖，主要分布于柴河老河道下部地區(qū)，厚度變化較大，場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)。

（6）第⑤層混合巖，主要分布于場(chǎng)地東側(cè)和西南角為山前坡地，場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)。

表2各層承載力

3.5 場(chǎng)區(qū)水文地質(zhì)條件

3.5.1 場(chǎng)區(qū)地下水及循環(huán)特點(diǎn)

場(chǎng)地地下水為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，主要賦存于圓礫層和基巖裂隙中，兩者直接相連，為連通關(guān)系［3］。由于地形起伏較大，勘察期間地下水最大埋深約為7.3 m，高程位于71.67 ～73.93 m 之間，地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，排泄方式主要為地下徑流及人工開(kāi)采，水位隨季節(jié)變幅約為1 ～2 m。

3.5.2 場(chǎng)區(qū)巖土體滲透特性

場(chǎng)地內(nèi)圓礫層為主要含水層。受季節(jié)變幅影響，砂土和粉質(zhì)黏土層也可能賦水（見(jiàn)表3），其中粉砂、圓礫、卵石及粉質(zhì)黏土層的滲透系數(shù)系根據(jù)地方經(jīng)驗(yàn)給出，其他砂土層的滲透系數(shù)是依據(jù)滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式給出：

k= Cd210（0.7+0.03t）

式中，k 為滲透系數(shù)（m/d），d10為顆粒的有效粒徑，t 為滲透水的溫度（℃），C 為常數(shù)，黏土質(zhì)砂取500 ～700，純砂取700 ～1 000。

表3含水層滲透系數(shù)

3.5.3 場(chǎng)區(qū)地下水化學(xué)特征

依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2009）評(píng)價(jià)水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性；依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487—2008）評(píng)價(jià)水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性（干濕交替），對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性（見(jiàn)表4）。

表4環(huán)境水腐蝕性分析統(tǒng)計(jì)

3.6 場(chǎng)地穩(wěn)定性

3.6.1 邊坡穩(wěn)定性

場(chǎng)地東側(cè)和西南角為山前坡地，局部坡度較陡，如果進(jìn)行開(kāi)挖，為滿足開(kāi)挖后的邊坡穩(wěn)定性，建議設(shè)計(jì)根據(jù)地下水埋深情況及開(kāi)挖巖土體狀態(tài)，采取相應(yīng)的地下水控制措施；同時(shí)對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，以選取合理的開(kāi)挖形式和支護(hù)方式［4-6］（見(jiàn)表5）。表5 中數(shù)據(jù)為邊坡坡頂無(wú)堆載，且地下水位降至基坑底面0.5 m 以下的坡率值。

表5邊坡開(kāi)挖坡率允許值

3.6.2 場(chǎng)地地震效應(yīng)及砂土地震液化判別

依據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），擬建場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為7 度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

本場(chǎng)地的砂類土地層多位于地下水位以上，僅局部位于地下水位以下，考慮地下水位季節(jié)變幅和不利工況，為可能出現(xiàn)液化的地層，需進(jìn)行液化判別。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）初步判定該層為可能液化土層，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法進(jìn)一步進(jìn)行判別，按下式計(jì)算：

Ncr= N0β［ln（0.6ds+1.5）-0.1dw］（3/ρc）0.5

式中，Ncr為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值；N0為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值；ds為飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度（m）；dw為地下水位（m）；ρc為黏粒含量百分率，當(dāng)小于3 或?yàn)樯巴習(xí)r，應(yīng)采用3；β為調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)地震第一組區(qū)0.80，第二組取0.95，第三組取1.05。

當(dāng)某地層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N 大于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值Ncr時(shí)，可判別該地層不液化。本場(chǎng)地的砂類土均為非液化土層，結(jié)果如下所示（見(jiàn)表6）。

表6液化判別計(jì)算

4 結(jié)論與建議

（1）場(chǎng)地內(nèi)砂土層無(wú)地震液化問(wèn)題。

（2）中砂、圓礫、礫砂和卵石層為強(qiáng)透水地層，如施工過(guò)程中建議采取適宜的降水、排水處理措施。

（3）環(huán)境水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性（干濕交替），對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。

（4）擬建場(chǎng)地位于柴河水庫(kù)大壩下游，施工時(shí)要避免對(duì)壩腳一定范圍內(nèi)的巖土體進(jìn)行開(kāi)挖或擾動(dòng)，并做好監(jiān)測(cè)工作，當(dāng)雨季或者汛期施工時(shí)，要做好排水工作，并加強(qiáng)觀測(cè)。

（5）場(chǎng)地東側(cè)山前坡地基巖埋深較淺，局部直接出露風(fēng)化基巖，不適宜采用樁基礎(chǔ)施工。另外，場(chǎng)地普遍分布有圓礫、角礫等碎石土地層，局部為密實(shí)狀態(tài)，對(duì)靜壓預(yù)制樁施工有較大影響。

（7）施工時(shí)如果涉及開(kāi)挖基槽須進(jìn)行驗(yàn)槽工作。

（8）場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度1.40 m。