兩河口水電站陡傾橫向河谷工程地質(zhì)問題淺析

吳章雷

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院,四川 成都 610072)

1 前 言

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上,為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫。壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯合口下游約2km河段。壩址處多年平均流量 670m3/s,水庫正常蓄水位 2865m,相應(yīng)庫容 101.54億m3,具有多年調(diào)節(jié)能力。樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、泄洪、放空、地下廠房等建筑物組成。礫石土心墻堆石壩最大壩高 295.00m,電站裝機(jī)容量 300萬kW,多年平均發(fā)電量 114.91億kW·h。

2 壩址區(qū)基本條件

2.1 地形地貌

壩址區(qū)位于雅礱江與鮮水河匯合口(即兩河口)以下慶大河口以下約 1.8km河段上?？菟谒娓叱碳s 2600m。壩址為橫向谷,兩岸山體雄厚,谷坡陡峻。左岸呈弧形凸向右岸,地形平均坡度30°～45°,局部溝梁相間,發(fā)育數(shù)條小沖溝 ;右岸為凹岸,平均坡度 25°～45°,壩址下游有阿農(nóng)溝切割,其余為淺表沖溝。

2.2 地層巖性

壩址區(qū)基巖為兩河口組中、下段 (T3lh2、T3lh1)。兩河口組下段(T3lh1)總體特征以變質(zhì)砂巖夾粉砂質(zhì)板巖為主,據(jù)巖性組合特征可進(jìn)一步分為五層,總厚度約 769m。兩河口組中段(T3lh2)巖性為粉砂質(zhì)板巖,向上漸變?yōu)榉凵百|(zhì)板巖夾絹云母板巖及粉砂質(zhì)板巖與絹云母板巖互層,可細(xì)分為五個(gè)層次,總厚度大于 725m。壩址區(qū)巖層總體產(chǎn)狀N60°～ 70°W/SW∠60°～70°。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)處于瓦多復(fù)背斜南翼次級的兩河口背斜的南翼,宏觀上為一單斜地層,地層層序正常。壩區(qū)的結(jié)構(gòu)面分為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級,Ⅲ級結(jié)構(gòu)面主要為壩區(qū)發(fā)育的規(guī)模較大的斷層,斷層破碎帶寬者可達(dá) 1m,充填物以糜棱巖、斷層泥等為主,糜棱化強(qiáng)烈,為壓性結(jié)構(gòu)面;Ⅳ級結(jié)構(gòu)面為小斷層。

Ⅴ級結(jié)構(gòu)面為節(jié)理裂隙,在壩區(qū)發(fā)育的節(jié)理裂隙分為九組:①N60°～ 90°W/SW(NE)∠60°～ 85°(層面、板理 );② -1N0°～ 30°E/SE∠40°～60°,②-2N0°～30°E/NW∠40°～60°;③ -1N40°～ 60°E/NW∠10°～ 45°;③ -2N40°～ 60°E/SE∠10°～ 45°;④N0°～ 30°E/SE(NW)∠70°～ 85°;⑤N50°～ 80°E/SE(NW)∠65°～85°;⑥ -1N0°～30°E/SE∠5°～ 35°,⑥ -2 N 0°～ 30°E/NW∠5°～ 35°;⑦ -1N30°～ 50°W/SW∠5°～ 30°,⑦ -2N30°～50°W/NE∠5°～30°;⑧近 EW/N(S)∠5°～ 45°;⑨N45°～50°W/NE(SW)∠60°～ 75°。

據(jù)節(jié)理裂隙力學(xué)的成因分析,壩區(qū)主要經(jīng)歷了四期構(gòu)造應(yīng)力,σ1方向分別為 N0°～30°E、N75°W、N40°W、N50°E。在 N 0°～ 30°Eσ1的擠壓下 ,形成了壓性結(jié)構(gòu)面(①組)、早期的平面“X”(②組),早期的張裂(④組)、早期的剖面“X”(⑧組);在 N75°Wσ1的作用下,晚期的平面“X”(⑤、⑨組)、晚期剖面“X”(⑥組 )形成 ;在 N40°Wσ1的作用下 ,形成了晚期剖面 “X”(③組 );在 N50°Eσ1的作用下,形成了晚期剖面“X”(⑦組)。見表1。

表1 結(jié)構(gòu)面的分期配套

據(jù)壩區(qū)結(jié)構(gòu)面的空間分布形態(tài),結(jié)構(gòu)面的構(gòu)造組合型式為“米”字形。

3 工程地質(zhì)問題分析

兩河口水電站地層產(chǎn)狀為 N60°～70°W/SW∠60°～70°,河流流向近 SN,為一典型陡傾橫向谷。壩區(qū)壓性結(jié)構(gòu)面、早晚期的平面“X”及剖面“X”發(fā)育,構(gòu)造組合型式為“米”字形。在該地質(zhì)條件下有以下工程地質(zhì)問題。

3.1 變 形

壩區(qū)壓性結(jié)構(gòu)面(斷層)發(fā)育,破碎帶較寬,帶內(nèi)充填物強(qiáng)度、變模低,可壓縮性好。順層擠壓帶與砂、板巖互層,軟硬相間。因此壩基、塔基等建筑物基礎(chǔ)置于其上時(shí),會引起地基的不均勻沉降,導(dǎo)致建筑物變形。壩肩的作用力方向垂直于該壓性結(jié)構(gòu)面時(shí),也會引起壓縮變形。因此在陡傾橫向河谷要注意壓性結(jié)構(gòu)面,主要是斷層對建筑物變形的影響。

3.2 壩基及壩肩抗滑穩(wěn)定性

對于重力壩,壩區(qū)發(fā)育的早期剖面“X”(⑧EW/N(S)∠5°～45°),能構(gòu)成壩基抗滑的底滑面,壩區(qū)發(fā)育的壓性結(jié)構(gòu)面(①N60°～90°W/SW(NE)∠60°～85°)、早晚期的平面“X”(②組及⑤、⑨組)及張裂(④組)都可以構(gòu)成側(cè)裂面,對重力壩壩基的抗滑穩(wěn)定不利。拱壩壩基抗滑的地質(zhì)構(gòu)造條件與重力壩相同。對于拱壩壩肩抗滑,壩區(qū)發(fā)育的早、晚期剖面“X”(⑧EW/N(S)∠5°～ 45°、③N 40°～ 60°E/NW(SE)∠10°～ 45°、⑦N30°～ 50°W/SW(NE)∠5°～30°),能構(gòu)成壩肩抗滑的底滑面,壓性結(jié)構(gòu)面、平面“X”及張裂也都可以構(gòu)成側(cè)裂面,從而影響壩肩的抗滑穩(wěn)定。

由此可見,壩區(qū)發(fā)育的早期剖面“X”對重力壩抗滑穩(wěn)定不利;壩區(qū)發(fā)育的早、晚期剖面“X”對拱壩的抗滑穩(wěn)定不利。

3.3 洞室穩(wěn)定

洞室的穩(wěn)定性受軸線選擇的影響較大,早、晚期剖面“X”(⑧EW/N(S)∠5°～45°、③N40°～60°E/NW(SE)∠10°～ 45°、⑦N30°～ 50°W/SW(NE)∠5°～30°),如在洞室的頂拱發(fā)育,會引起塌頂、掉塊等工程問題。平面“X”(②N0°～30°E/SE(NW)∠40°～60°、⑤N50°～ 80°E/SE(NW)∠65°～ 85°、⑨N45°～ 50°W/NE(SW)∠60°～75°)及早、晚期剖面“X”如在洞室的邊墻發(fā)育,會構(gòu)成低滑面,對邊墻的穩(wěn)定不利。

可見,壩區(qū)發(fā)育的平面“X”及早、晚期剖面“X”,對洞室的頂拱及邊墻穩(wěn)定不利。

3.4 邊坡穩(wěn)定

壩區(qū)發(fā)育的早期平面 “X”(②N0°～30°E/SE(NW)∠40°～60°)構(gòu)成邊坡的底滑面,壓性結(jié)構(gòu)面、平面“X”及張裂都可以構(gòu)成側(cè)裂面,影響邊坡的局部穩(wěn)定,表現(xiàn)為塊體失穩(wěn)。因此,壩區(qū)發(fā)育的平面“X”影響邊坡的局部穩(wěn)定。

3.5 滲漏問題

壩區(qū)發(fā)育的早期張裂④N0°～30°E/SE(NW)∠70°～85°,對壩基滲漏及繞壩滲漏影響較大。

4 工程處理措施

鑒于陡傾橫向河谷的以上工程地質(zhì)問題,工程上一般采取以下處理措施:

對于變形問題,采用混凝土置換,加強(qiáng)地基的強(qiáng)度,減小變形。對于壩基(肩)抗滑問題,淺層的開挖清除,深層的回填固結(jié)或錨固巖體。對于洞室及邊坡的穩(wěn)定問題,工程上采取錨固處理措施。對于壩基或壩肩的的滲漏,工程上采取帷幕灌漿處理措施(見表2)。

表2 陡傾橫向河谷工程地質(zhì)問題及處理措施一覽表

5 結(jié) 論

分析表明,陡傾橫向河谷發(fā)育的壓性結(jié)構(gòu)面(斷層)對變形不利;早期剖面“X”對重力壩抗滑穩(wěn)定不利;剖面“X”對拱壩的抗滑穩(wěn)定不利;早期平面“X”及剖面“X”,對洞室的頂拱及邊墻穩(wěn)定不利;早期平面“X”影響邊坡的局部穩(wěn)定;早期張裂對壩基及繞壩滲漏不利。

因此,對于陡傾橫向河谷需注意的主要工程地質(zhì)問題是:早期平面“X”對邊坡工程的影響,早期剖面“X”對抗滑穩(wěn)定的影響。因早期的張裂與河谷平行為主要的導(dǎo)水結(jié)構(gòu)面,故需采取灌漿處理措施。

[1]張倬元,王士天,王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京:地質(zhì)出版社出版,1994.

[2]徐開禮,朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社出版,1989.