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水利工程地质勘察要点及措施

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【摘要】结合工程实例,以水利工程坝址选择期间的工程地质勘察要点和降水处理措施为主要内容,在简要阐述水文地质条件的基础上,分析了工程地质勘察的要点,并总结了常用的降水方法,得出做好工程地质勘察是保证水利工程坝址选择科学性和合理性的关键,希望对相关单位有一定帮助。

【关键词】水利工程;坝址选择;工程地质;勘察要点

1工程概况

某水利工程的外业勘察采用钻孔及探坑相结合的方式,沿截潜坝轴线方向布设4个钻孔和2个探坑,截潜坝上游布设2钻孔,钻孔间距30~50m,钻孔深度为7.4~22.0m,探坑深度1.5~2.0m,河流总体流向为由西向东,河滩宽约50m,河床高程约216.5~217.9m(假定高程基点位于河道中心,高程216.15m)。河流两岸山体较为对称,山体较为陡峭,河床宽阔,坡度较缓,植被较少。根据当地气象局相关资料统计结果显示,该地区平均气温为11.9℃,夏季最高温可达41.5℃,冬季最低温度为-24.0℃。霜期为10月下旬到次年4月中旬,多年平均蒸发量为1723mm。该区域地表水为地表径流水,随着降水的增加,地下水类型不同,主要是第四系孔隙潜水,含水层为沟谷内第四系全新统冲洪积砾砂层,层厚为5.3~10.4m。2014年10~11月勘察期间,该区域地下水位埋深约1.1~6.0m,水位高程为215.47~216.51m[1]。

2工程地质勘察

2.1岩土性质

该工程区域岩石多为片麻岩和石英岩。在此类岩体中建设水利工程时,需要格外注重片麻岩的各向异性和软弱夹层的存在,尽量避开矿物富集的片岩,从而保证水利工程坝址选择的科学性和合理性。工程区地表出露及钻孔揭露的地层岩性主要有太古界阜平群湾子组的片麻岩,第四系全新统冲洪积的砾砂和第四系全新统人工堆积的素填土。现代河床两侧漫滩及阶地不发育。

2.2潜水储存量计算

潜水储存量的计算公式为:式中,μ为含水层的给水度,由于该水利工程为砂砾,因此,μ取0.25;H为最低潜水位的厚度,取7m;F为被计算区域的总面积,取2.6×104m2。因此,该水利工程的潜水储存量=0.25×7×2.6=4.55×104m3。储存量的作用为调节补给量和开采量的关系,在枯水年时,补给量减小,抽水量增多,这时需要动用储存水量,而在丰水年时再进行补充恢复。进行补给量计算时,需考虑降雨入渗补给、径流补给、河流入渗补给及年灌溉用水、蒸发量等因素。

2.3基坑涌水量计算

根据工程的具体设计,截潜方案选择地下连续墙方案,开挖基坑的主要作用是为上部导槽开挖和各项临时工程的顺利开展营造良好的环境,如果水利工程主河槽的基坑长60m,宽5m,深3m,则按照潜水完整井的计算公式:式中,K为渗透系数,m/d,根据该工程的实际情况,取60.5m/d;S0为基坑水位的降深,m,如果水位下降到坑底以下0.5m的位置,埋深为3.5m,则地下水位的埋深为1.3m,S0=3.5-1.3=2.2m;R为降水影响半径,取河流的宽度130m,r0为基坑的等效半径,取30m。将以上数据代入式(1)可以计算出基坑涌水量为2948m3/d,在基坑施工过程中,要有效保证各项工作开展的高效性,建议采用坑底开挖排水沟强排与集水井相结合的降排水方式,并根据施工组织设计方案确定集水井的数量及水泵型号,确保施工中基坑涌水得到有效、及时排放。

2.4基岩地质特性评价

强风化片麻岩:岩体厚2.7~8.0m,顶面埋深5.3~13.5m,底面埋深8~18m,底面高程199.67~209.54m,厚度不均。弱风化岩体:岩顶面埋深8~18m,顶面高程199.67~209.54m,钻孔勘探深度内未揭穿该层。坝基渗漏:勘探过程中,坝址区软弱夹层,岩体中普遍存在节理,产状不稳定,节理贯通性较差,推断坝基岩层存在强渗漏情况的可能性不大。大部分强风化岩体应采取防渗措施,弱风化岩体符合要求,可视为相对隔水层。左右坝肩绕渗:左右坝肩均为岩体,表层强风化层厚2~3m,节理裂隙较为发育,岩体较为破碎,透水性较强,存在坝肩绕渗问题,如作为坝肩的坝基使用,建议进行防渗处理。

3降水处理措施

3.1井排降水技术

该方法主要适用于中小型,宽度小于150m的基坑,且基质土壤的渗透系数在1.0×10-4~1.0×10-3cm/s的基坑降水处理中,其主要优点为:降水效果明显、井距可实时调整、可实现集中排水、工序简单、施工便捷等。但在实际应用过程中,对地质结构有极高的要求,需要和明排水措施结合使用。本工程基坑地下水位埋深为3.5m,渗透系数为1.5×10-4cm/s,而且距离水源较远,在实际应用过程中,井的深度和井的间距布置要通过水力学进行计算,以确保降水的效果。

3.2轻型井点降水技术

该技术主要应用在地质条件复杂和地下水位高的水利工程基坑降水中,对土质要求较低,而且封闭性较好,为了保证降水效果,在施工过程中,要合理确定支管管距与深度。但是,该方法工序比较复杂,而且成本较高,主要应用在基坑关键部位降水处理中。主要原理是在拟建工程的周围基坑中埋设可以渗水的井点管,并配设相应的抽水设备,在不扰动土体整体结构的基础上,不间断地将渗水抽出,确保基坑开挖的顺利进行。

3.3挖垄沟降水法

该方法适用于降雨量大、地下埋深较深的水利工程基坑降水处理中,具有施工便捷、费用低、对基坑大小和水文地质条件要求较低、工序可随时调整的优点。应用此种该方法,可以把地下水和地表积水合二为一,从而实现共同降水的目的。在水利工程施工过程中,科学合理地应用天然建筑材料,可以大大降低施工成本。水利工程往往处于偏远山区,很多施工材料难以顺利运输到施工现场,因此,需要充分应用天然建筑材料。本工程施工区域位于太行山区,附近有众多的砂石料开采加工厂,砂石料储量丰富,质量优良,均能满足工程需要,并且到施工现场运距在20km以内,按业主要求,将砂砾料作为主要施工材料。

4结语

综上所述,本文结合工程实例,分析了水利工程地质勘察要点和降水处理措施,分析结果表明,水利工程地质勘察具有很强的综合性和系统性,需要综合考虑多方面因素,从而保证坝址选择的科学性。工程地质勘察可以为水利工程坝址选择提供真实有效的数据支持,同时也是提高坝址选择科学性和合理性的主要途径,需要高度重视工程地质勘察的真实性和全面性,做好降水措施,可避免水位过高对施工的影响,提升施工质量和效率,充分发挥出水利工程的价值和作用。

【参考文献】

【1】田泽鑫.论水利工程坝址选择的工程地质勘察[J].建筑工程技术与设计,2017(15):65-66.

作者:张海涛 单位:河北省水利水电勘察设计研究院

水利工程地质勘察要点及措施责任编辑:张雨    阅读:人次