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浅谈水库坝址区工程地质条件评价

2019/11/15 阅读:

【摘要】本文对贵州某水库坝址区工程地质条件进行了分析,通过坝型比选选取了地质条件适宜、技术可行、投资低的沥青混凝土心墙坝,针对水工建筑物特点,对存在的工程地质问题进行了评价,为坝址区水工建筑物的设计、施工提供了依据。

【关键词】工程地质条件;坝基;岩体

前言

贵州某水库位于贵州省铜仁市的清渡河上,总库容768.5万m3,最大坝高58.5m,坝顶长139.10m。拟采用沥青混凝土心墙坝,永久枢纽建筑物主要由大坝和溢洪道组成。本文根据坝址区工程地质条件,对坝型进行比选,针对水工建筑物特点,对存在的工程地质问题进行评价。

1工程地质条件

1.1地形地貌

坝址处河流流向约N7°E,两岸山体雄厚,河谷狭窄,呈“V”型谷,河床宽约8m,属低山峡谷地貌。坝址区左岸基岩裸露,735m高程以下坡度较缓,为12°~23°,735m~820m高程坡度陡峭,多为50°~75°,局部近直立,820m以上高程地形较缓;坝址区右岸多为第四系松散堆积物,地形一般为上缓下陡,坡度一般为30°~40°。坝址两岸冲沟发育,基本与河床垂直。

1.2地层岩性

坝址区地层岩性简单,可分为寒武系中统高台组()白云岩及第四系(Q4)松散堆积层。寒武系中统高台组()岩性主要为灰色厚层状微粒白云质缅状白云岩及砂质白云岩。坝址区岩体呈碎裂结构,钻孔岩芯呈碎石状,钻孔RQD值为0~20%,平均7%。在部分层面间见有夹泥。坝址区出露岩体一般为弱风化,局部含有较薄的强风化层。岩层产状为295°~305°∠30°~35°。第四系全新统(Q4)松散堆积层主要分布于河谷、支沟、两岸山坡及山上,按成因可分为冲洪积堆积和坡残积堆积物。第四系全新统冲洪积物(Q4al+pl)主要为砂土卵砾石层,主要分布于河谷、河流支沟沟口处,厚0.5m~3.0m,组成物为卵砾石及砂土。砾石含量约60%,卵砾石粒径一般为3cm~20cm,最大粒径50cm。第四系全新统坡、残积物(Q4dl+el)分布于河流两岸,厚度2m~6m,组成物为黄褐色粘土、壤土夹少量碎石,碎石含量约15%~40%,呈棱角状,粒径一般0.3cm~5cm。

1.3地质构造

坝址区地质构造较为复杂,断层、节理较发育。坝址区发育和工程密切相关的断层主要有2条,分别为F1断层和F2断层。F1断层:为区域断裂茶园坳断裂的次生断层,产状为315°~325°∠75°~90°,沿走向从坝址区左岸至下坝址右岸穿过,延伸长度大于3000m,为一压扭性断层,断层带及影响带宽约5m~10m,带内物质主要为断层角砾夹断层泥等。该断层位于坝址左岸,未穿过坝基岩体,对坝址影响不大。F2断层:产状为92°~100°∠80°~90°,发育于库区右岸,向北穿过坝址右岸与F1断层相交,延伸长度大于1000m,为一压扭性断层,断层带及影响带宽约3m~5m,物质主要为断层角砾夹断层泥等。该断层穿过坝基下部,由于该断层为压扭性断层且断层带内物质断层泥具有阻水作用,对坝基渗漏影响不大。

1.4水文地质条件

坝址区地下水类型主要为第四系松散堆积物孔隙水和碳酸盐岩裂隙溶洞水两种类型。第四系松散堆积物孔隙水主要埋藏在两岸坡残积物或河床覆盖层中,受大气降水或基岩裂隙水的补给,向低洼处或下游排泄,受季节影响大,且排泄较快,雨季可见地下水露头;河床覆盖层中的地下水主要受河水补给,向下游排泄,水量稳定。由于坝址区高台组白云岩含碎屑岩夹层及泥质、硅质等不可溶物较多,其溶蚀程度及富水性较差,溶孔、溶隙不发育。碳酸盐岩裂隙溶洞水主要以裂隙水为主,裂隙溶洞水进一步可分为浅层裂隙溶洞水和深层裂隙承压水。浅层裂隙溶洞水主要接受降雨和地表水补给,向河谷或下游排泄;而深层裂隙承压水主要与岩性组合特征有关,岩体内部有相对隔水层,在低洼处出露时具承压性,主要由受大气降水和相邻含水层补给,向河谷或下游排泄。坝址区岩溶发育很弱。根据坝址区钻孔压(注)水试验结果,岩体的透水性特征明显,透水率随深度增加而减弱,这与岩体风化卸荷及节理垂向发育规律一致。覆盖层为强透水,弱风化弱卸荷带上部为中等透水,一般厚9.0m~18.5m,其下为弱~微透水。根据《水利水电工程地质勘察规范》[1]环境水腐蚀性评价标准,河水和地下水对混凝土及混凝土中的钢筋均无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀。

1.5泥化夹层

根据钻孔岩芯编录及坑槽探揭露情况,坝址区岩体沿裂隙充填有次生夹泥,夹泥呈紫红色,厚1cm~5cm,其类型为泥夹少量碎屑型。根据岩矿鉴定分析成果显示:岩石中有少量黑色浑浊物质,可能为有机质或碳质,岩石裂隙中充填有泥质。可见岩体中的夹泥为次生夹泥,主要为沿层间裂隙充填的次生夹泥,其连通率随深度的增加而降低,上部连通率在80%以上。

1.6岩石物理力学性质

坝址区弱风化弱卸荷带内岩石的干密度2.66g/m3~2.83g/m3,平均2.79g/m3;饱和吸水率为0.20%~0.78%,平均0.37%;单轴饱和抗压强度为23.7MPa~72.0MPa,平均41.8MPa;饱和静弹模14.7×103MPa~64.9×103MPa,平均34.6×103MPa;饱和静泊松比为0.08~0.38,平均为0.24;软化系数为0.44~0.87,平均0.65。微风化~新鲜岩石干密度2.79g/m3~2.83g/m3,平均2.81g/m3;饱和吸水率为0.18%~0.36%,平均0.28%;单轴饱和抗压强度为36.5MPa~91.2MPa,平均59.7MPa;饱和静弹模7.8×103MPa~55.6×103MPa,平均42.2×103MPa;饱和静泊松比为0.24~0.35,平均为0.28;软化系数为0.86~0.92,平均0.88。

1.7坝基岩体分类

坝基岩体坐落在弱风化弱卸荷带基岩上,弱风化弱卸荷带岩石属中硬岩。坝基岩体破碎,根据《水利水电工程地质勘察规范》规定,坝基岩体为碎裂结构。根据坝址区岩石室内试验结果和钻孔声波测井成果,参照《工程岩体分级标准》[2]中的BQ法对坝址区岩体进行工程地质分类,坝址区弱风化卸荷带岩体为Ⅳ类岩体,微风化~新鲜岩体为Ⅲ类岩体。

2坝型比选

根据坝址区地形地质条件,考虑到坝址区坝基岩体呈碎裂结构,裂隙分布有夹泥,夹泥类型为泥夹少量碎屑型,其力学性质很差,同时岩层产状为295°~305°∠30°~35°,倾角较缓,相对于坝轴线缓倾向下游,因此建重力坝存在坝基抗滑稳定性问题,工程处理难度较大。而土石坝对坝基的要求不是很高,坝址区的地质条件满足修建土石坝的要求,且当地有充足的天然建筑材料———白云岩、灰岩,因此坝址区较适合修建土石坝。土石坝选取混凝土面板堆石坝和沥青混凝土心墙坝进行比选。面板坝由于左岸地形陡峻,造成趾板线的开挖量很大,并且形成高边坡;右岸存在顺坡向层面,指标较低,趾板开挖宽度较大,边坡稳定较差。而沥青混凝土心墙坝对基础要求低,坝基岩体发育的泥化夹层对坝基稳定基本无影响,同时可利用坝基左岸陡峻地形,仅需沿地面坡度挖出心墙基座即可,可大大减少坝基开挖量,投资较小,故选取坝型为沥青混凝土心墙坝。

3工程地质评价

水库大坝为沥青混凝土心墙坝,永久枢纽建筑物主要由大坝和溢洪道组成。各建筑物工程地质评价如下。

3.1大坝工程地质评价

(1)坝基稳定性问题坝址处河床分布冲洪积砂卵石,厚0.5m~1.0m,结构松散。坝基岩体破碎呈碎裂结构,且沿层间裂隙分布有夹泥。拟建大坝坝型为沥青混凝土心墙坝,其对基础要求较低,坝基基本不存在稳定性问题,而河床覆盖层较薄(厚0.5m~1.0m),因此可直接清除覆盖层后将基础坐落在弱风化弱卸荷基岩上。(2)坝肩稳定性问题坝址两岸山体雄厚,岩层倾向左岸偏下游,倾角为30°~35°。左坝肩岸坡陡峻,边坡为斜逆向坡,边坡整体稳定,但局部结构面不利组合可能形成不稳定块体,对边坡局部稳定不利,在边坡开挖过程中应引起重视,应采取相应支护措施。右坝肩边坡倾向左岸偏下游,为斜顺向坡,边坡坡度一般为28°~30°,边坡岩层倾角略大于坡度,目前天然状态下边坡整体基本稳定。但考虑到岩体破碎,结构面很发育,尤其岩层含夹泥,结构面强度很低,一旦边坡出现临空面边坡将不稳定。因此在施工过程时,应重视坝肩开挖的边坡稳定性,在开挖过程中采取锚杆加固、喷混凝土等工程处理措施以确保边坡稳定。(3)坝基及绕坝渗漏问题河床坝基岩体中等透水深约18m,坝基存在一定的坝基和绕坝渗漏问题,需采取防渗处理措施,可进行帷幕灌浆,灌浆深度应深入5Lu线下不少于3m。F2断层从坝基下部穿过,由于其为压扭性断层,断层带内物质为断层角砾夹断层泥,有阻水作用,因此对坝基渗漏影响不大,可结合坝基岩体进行防渗处理。

3.2溢洪道工程地质评价

溢洪道布置于坝址右岸,地形较缓,地形坡度一般为12°~18°,局部稍陡为30°~37°。溢洪道最大边坡高达55m,溢洪道轴线方向为N12.5°W,岩层产状为295°~305°∠30°~35°,溢洪道边坡为斜顺向坡,岩层倾角比地形坡度稍陡一些,由于现状条件下无临空面的存在,自然边坡处于稳定状态。根据坝址区节理统计结果,第二组节理产状为190°~210°∠80°,对边坡稳定不利。同时岩体沿层面发育有夹泥,其连续性好,其物理力学性质很差。当溢洪道开挖后出现临空面时,其边坡易沿含夹泥的软弱层面滑动。夹泥摩擦系数为0.25,其摩擦角为15°,小于边坡坡角,边坡不稳定。因此必须对边坡采取必要的支护措施,考虑到岩体破碎,建议进行锚索加固支护,建议边坡开挖坡比为1:0.75~1:1。

4结论

(1)坝址区有2条压扭性断层穿过,岩体沿层面发育有泥化夹层,坝基岩体破碎为碎裂结构,弱风化弱卸荷岩体为Ⅳ类岩体,工程地质条件复杂。(2)坝型的选择首先应根据坝址工程地质条件进行选取,然后对适宜坝型在设计、施工、经济等方面进行综合比选。本工程选取的沥青混凝土心墙坝,不仅对坝基要求低,可避开坝基发育的泥化夹层对坝基的影响,而且技术可行、施工方便、投资较低。(3)通过对坝址区的工程地质评价,坝址区最主要的工程地质问题为右岸的斜顺向坡边坡稳定问题,应引起足够重视。不论是大坝右岸开挖,还是溢洪道边坡开挖,由于岩体破碎,节理发育,层间发育有泥化夹层,均存在边坡不稳定问题,须采取工程处理措施。

【参考文献】

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.水利水电工程地质勘察规范(GB50487-2008)[S].北京:中国计划出版社,2009.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.工程岩体分级标准(GB/T50218-2014)[S].北京:中国计划出版社,2014.

作者:黄伟 王磊 代常友 单位:黄河勘测规划设计研究院有限公司

浅谈水库坝址区工程地质条件评价

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