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      山西中部引黃取水樞紐工程壓力泵站工程地質(zhì)

      2012-08-21 06:49:58賈宇珍
      山西建筑 2012年32期
      關(guān)鍵詞:中統(tǒng)泥灰?guī)r峰峰

      賈宇珍

      (山西省水利建筑工程局,山西 太原 030006)

      1 取水工程概況

      取水工程主要建筑物包括取水口進(jìn)水塔、無(wú)壓引水隧洞、引水暗涵、取水泵站、泵站壓力管道及出水池等。

      2 壓力泵站

      壓力泵站地處天橋電站大壩壩頭左側(cè)溝谷右岸,溝底高程828 m~832 m,距離溝口約350 m。采用半地上半地下形式,泵站廠(chǎng)房長(zhǎng)90 m,走向 S76°E,寬約35 m。泵站基礎(chǔ)開(kāi)挖底高程803.0 m。該沖溝為黃河支流,泵站處溝底寬60 m~100 m,大致走向N76°W,兩岸均為基巖岸坡,溝左側(cè)有保德至神池的省道。

      2.1 工程地質(zhì)條件

      該處發(fā)育的地層由老至新有:奧陶系中統(tǒng)上馬家溝上段(O2s3)厚層灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r夾薄層泥灰?guī)r,巖性較硬。厚度40 m~50 m。主要分布于溝底部。奧陶系中統(tǒng)峰峰組下段第①層(O2f1-1)泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖,泥灰?guī)r巖性較軟,灰?guī)r巖性較硬。厚度14 m~20 m。峰峰組下段第②層(O2f1-2)灰?guī)r,灰?guī)r巖性較硬。厚度20 m~30 m。峰峰組下段第③層(O2f1-3)泥灰?guī)r夾薄層灰?guī)r,泥灰?guī)r巖性較軟,灰?guī)r巖性較硬。厚度30 m~50 m。主要分布于溝右岸岸坡中下部。石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b)砂巖、鋁土巖及山西式鐵礦;石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)砂礫巖、頁(yè)巖、泥質(zhì)灰?guī)r及煤層;第四系上更新統(tǒng)(Qeol3)淡黃色~黃褐色低液限粉土。沖溝溝底地表上覆第四系全新統(tǒng)洪沖積(Qpal4)卵石混合土、含礫級(jí)配不良砂等。厚度0 m~27 m,結(jié)構(gòu)松散。礫、卵石主要成分為灰?guī)r、泥灰?guī)r、砂巖等。人工堆積(Qs)碎石以及人工建筑物。

      泥質(zhì)白云巖巖石塊體天然密度為2.64 g/cm3~2.65 g/cm3,吸水率為 1.27%~1.94%,烘干單軸抗壓強(qiáng)度為 54.7 MPa~72.4 MPa,飽和單軸抗壓強(qiáng)度為 42.3 MPa ~59.0 MPa,軟化系數(shù)為0.77 ~0.82,泊松比 μ50=0.18 ~0.37,飽和變形模量 E50=4.16 ×104MPa~5.95 ×104MPa,飽和凝聚力 C=1.41 MPa~3.44 MPa,內(nèi)摩擦角 φ =46.7°~48.1°。

      灰?guī)r巖石塊體天然密度為2.66 g/cm3~2.72 g/cm3,吸水率為0.81%~1.08%,烘干單軸抗壓強(qiáng)度為 52.4 MPa ~93.0 MPa,飽和單軸抗壓強(qiáng)度為44.6 MPa~83.6 MPa,軟化系數(shù)為0.85~0.96,泊松比 μ50=0.2 ~0.23,飽和變形模量 E50=3.33 ×104MPa ~10.3 ×104MPa,飽和凝聚力C=4.76 MPa~16.4 MPa,內(nèi)摩擦角 φ =42.2°~43.4°。

      泥灰?guī)r巖石塊體天然密度為2.66 g/cm3,吸水率為1.15%,烘干單軸抗壓強(qiáng)度為22.8 MPa,飽和單軸抗壓強(qiáng)度為22.8 MPa,軟化系數(shù)為0.91,泊松比 μ50=0.41,飽和變形模量 E50=2.45 ×104MPa。需要指出的是,地層中較軟的泥灰?guī)r未取到原狀試樣。

      鉆孔泵站基礎(chǔ)附近RQD值為0~48,巖體完整性差。壓水試驗(yàn)值4.8 ~11.8,具弱 ~中等透水性??v波波速2 400 m/s~2 800 m/s。

      該處位于天橋背斜的南東翼,巖層產(chǎn)狀N20°~30°E/SE∠2°~6°。Fa1正斷層從場(chǎng)地西側(cè)通過(guò)后沿溝向上游延伸,斷層產(chǎn)狀N50°~80°W/SW∠70°~80°。斷層帶寬 3 m ~5 m,斷距 50 m ~65 m,影響帶寬約50 m。泵站處主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙:1)N70°~80°E/NW 或 SE∠75°~85°,裂隙面平直,寬度 1 mm ~3 mm,泥質(zhì)充填,延伸一般3 m~5 m,裂隙間距為0.5 m~1 m;2)N20°~30°W/NE 或 SW∠65°~75°,裂隙面較粗糙,寬度0.5 mm ~2 mm,有少量泥質(zhì)充填,裂隙間距為1.2 m~3 m。

      泵站地處天橋泉域,地下水類(lèi)型有松散巖類(lèi)孔隙水和巖溶水。溝底常年有小型水流流淌。松散巖類(lèi)孔隙水地下水位埋深0 m~3 m。巖溶水具承壓性,且隨著深度增加,水頭增高。根據(jù)溝內(nèi)鉆孔可知,當(dāng)孔深在高程795 m~808 m以上時(shí)地下水位一般低于地表,自高程795 m~808 m左右開(kāi)始自流。終孔地下水位高于地表。綜合分析泵站開(kāi)挖范圍內(nèi)巖溶地下水位高程833 m~834 m之間。

      據(jù)收集的黃崖溝口ZK3鉆孔抽水試驗(yàn)資料,該孔孔口高程821.5 m,孔深88.4 m,其中覆蓋層10.5 m。該孔自19.85 m 開(kāi)始自流,流量約43 m3/d;孔深至34.0 m時(shí),該孔每天出水量達(dá)3 000 m3/d;孔深至 57.6 m時(shí),水量達(dá) 10 694 m3/d;孔深至72.7 m時(shí),水量達(dá)16 225 m3/d;孔深至 88.4 m 時(shí),水量達(dá)24 103 m3/d。靜水位 837.4 m,動(dòng)水位 821.4 m,滲透系數(shù)51.6 m/d。

      2.2 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

      泵站開(kāi)挖底高程803.0 m,泵站東側(cè)基礎(chǔ)持力層為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組三段灰?guī)r,西側(cè)為奧陶系中統(tǒng)峰峰組下段第①層厚層泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖,分析該組剩余厚度較小。灰?guī)r巖性較堅(jiān)硬。建議清除泵站基底奧陶系中統(tǒng)峰峰組下段第①層泥灰?guī)r,將泵站基礎(chǔ)置于奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組上段灰?guī)r層上?;?guī)r地基承載力地質(zhì)建議值1.5 MPa~2.5 MPa。泵站混凝土基礎(chǔ)與灰?guī)r接觸面抗剪斷參數(shù) f′=0.8 ~0.9,C′=0.6 MPa~0.7 MPa,抗剪參數(shù)f=0.5~0.6。若基礎(chǔ)坐于泥灰?guī)r之上,地基承載力地質(zhì)建議值為500 kPa~1 000 kPa,建議泵站基底與弱風(fēng)化泥灰?guī)r接觸面抗剪斷參數(shù) f′=0.4 ~0.45,C′=0.05 MPa~0.15 MPa,抗剪參數(shù) f=0.3 ~0.32。

      溝谷右岸在泵站開(kāi)挖過(guò)程中形成高陡邊坡,邊坡高度最小50 m左右,最高可達(dá)90 m。邊坡巖體主要為弱風(fēng)化狀態(tài)下奧陶系中統(tǒng)峰峰組下段灰?guī)r、泥灰?guī)r。泥灰?guī)r巖性較軟,對(duì)邊坡穩(wěn)定有不利影響。建議開(kāi)挖邊坡:泥灰?guī)r:水上1∶0.5 ~1∶0.75,水下1∶0.75 ~1∶1,灰?guī)r:1∶0.3 ~ 1∶0.5。覆蓋層卵石混合土:水上1∶0.5 ~1∶0.75,水下1∶1.25 ~1∶1.5,并對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù),建議對(duì)邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制爆破規(guī)模,特別在最終邊坡附近,應(yīng)放小炮,甚至不放炮。

      泵站處巖溶水地下水位高程834 m~835 m之間,屬承壓水,與工程有關(guān)的隔水底板高程795 m~805 m之間,泵站開(kāi)挖已揭穿承壓水隔水頂板,會(huì)形成突水,需要排水。建議采取超前固結(jié)灌漿措施,以減少基坑涌水量。同時(shí)溝谷中汛期有一定規(guī)模的洪水,采取一定的防護(hù)措施。

      泵站基坑全斷面開(kāi)挖涌水量按照大口徑承壓水水井進(jìn)行估算,見(jiàn)式(1):

      其中,Q為涌水量,m3/d;K為滲透系數(shù),m/d;M為承壓含水層厚度,取值30 m;Sw為動(dòng)水位降深,取值32 m;rw為泵站基坑直徑,考慮基坑坡度,取值55 m;R為影響半徑,m。

      利用ZK3號(hào)鉆孔抽水試驗(yàn)資料,工程開(kāi)挖至32 m左右時(shí),其滲透系數(shù)約48.1 m/d。經(jīng)估算泵站全斷面開(kāi)挖,基坑涌水量約7.8 萬(wàn) m3/d。

      3 結(jié)語(yǔ)

      壓力泵站,泵站基礎(chǔ)持力層為奧陶系中統(tǒng)峰峰組下段第①層厚層泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖夾薄層灰?guī)r,局部地段為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組上段灰?guī)r夾泥灰?guī)r,溝谷右岸在泵站開(kāi)挖過(guò)程中形成高邊坡,邊坡高度最小50 m左右,最高可達(dá)90 m,邊坡內(nèi)有較多的泥灰?guī)r層,存在邊坡穩(wěn)定問(wèn)題,建議進(jìn)行護(hù)坡處理并進(jìn)行監(jiān)測(cè)。泵站基坑開(kāi)挖中會(huì)遇到覆蓋層中孔隙水及承壓巖溶水,存在施工涌水問(wèn)題,承壓水頭較高,建議進(jìn)行超前固結(jié)灌漿,以減少基坑涌水量。泵站位于沖溝右側(cè),存在洪水沖刷問(wèn)題,建議進(jìn)行防護(hù)。

      經(jīng)試驗(yàn)及工程經(jīng)驗(yàn)分析,線(xiàn)路上絕大多數(shù)巖石放射性不強(qiáng),對(duì)施工無(wú)影響。但也不能完全排除施工時(shí)遇到放射性強(qiáng)巖石的可能,需在施工時(shí)加強(qiáng)防范,遇到可疑巖石,及時(shí)隔離送檢。

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