某水庫(kù)壩址區(qū)白云巖巖溶發(fā)育特征及對(duì)工程影響

李愛(ài)國(guó), 張少鋒, 左璽龍， 張　雄

(1.長(zhǎng)江巖土工程總公司(武漢)地質(zhì)公司,湖北 武漢　430010; 2.上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院,上海　200434)

1　工程背景及研究意義

某水庫(kù)位于貴州省黔東南州龍江河的支溪上,屬于中型水庫(kù),樞紐由擋水建筑物和泄水建筑物組成,均布置于河床,設(shè)計(jì)為碾壓混凝土重力壩,最大壩高45 m。壩址區(qū)右岸基本上為孤山,左岸亦無(wú)大的漏水洼地,巖性為白云巖,根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn),此類巖性巖溶形態(tài)一般以溶隙、溶槽、小溶洞為主要,巖溶往往不發(fā)育,但通過(guò)勘探發(fā)現(xiàn),該壩址區(qū)工程地質(zhì)條件卻較復(fù)雜,除上述巖溶形態(tài)外,本工程區(qū)層間破碎溶蝕縫也較發(fā)育,同時(shí)也存在右岸地下水位低平、河床壩基下存在低水頭承壓含水層等問(wèn)題。由于受地形限制,可選壩線局限在該支溪上下游開(kāi)闊地帶之間的200 m范圍內(nèi),對(duì)壩址區(qū)存在巖溶等工程地質(zhì)問(wèn)題無(wú)法避讓(圖1),因此分析壩址區(qū)巖溶的發(fā)育特征對(duì)工程評(píng)價(jià)具有重要意義。

圖1　壩址區(qū)工程、水文地質(zhì)示意圖

2　壩址區(qū)地質(zhì)概況

壩址區(qū)河谷呈“U”型,水面寬約20 m,水深一般<2 m。左岸山體渾厚,基巖出露；右岸山體孤立,為兩條支溝之間的河間地塊,平面上呈“饅頭狀”。地層巖性由寒武系中統(tǒng)石冷水組第三段(∈2s3)薄—中厚層微晶、鮞狀及砂屑白云巖組成,產(chǎn)狀緩傾角傾向上游偏左岸。壩址上下游約300～400 m處分別發(fā)育F1、F2切河向陡傾角斷層[1-2],順河向和切河向的陡傾角裂隙較發(fā)育。

3　巖溶發(fā)育特征

3.1　巖溶形態(tài)及發(fā)育程度

壩址區(qū)巖溶形態(tài)有：溶洞、溶溝溶槽及溶縫或溶蝕裂隙等。

(1)溶洞：形態(tài)各異,以小型溶洞為主,長(zhǎng)、寬、高(深)僅0.5～1 m左右,個(gè)別者洞徑可達(dá)數(shù)米,多屬被碎石和粘土充填。地表出露溶洞4個(gè),左、右岸各2個(gè)。鉆孔揭露溶洞共17個(gè),皆分布在右岸(表1)。

(2)溶溝、溶槽：主要發(fā)育在兩岸斜坡地帶,其發(fā)育方向受裂隙控制,一般深1～3 m,寬0.5～2.0 m,局部與地下溶縫相連,深達(dá)4～5 m,被碎石和粘土充填。壩址區(qū)壩軸線附近共發(fā)育3條溶溝、槽,多沿陡傾角裂隙發(fā)育。

(3)溶縫：主要沿陡裂隙面、緩傾角層面溶蝕,一般呈長(zhǎng)或高數(shù)米,寬厘米級(jí)—數(shù)米級(jí)的狹縫,地表多見(jiàn)無(wú)充填或充填粘土,或溶蝕風(fēng)化呈白云砂狀,局部延伸至地下溶洞；地層深部局部溶蝕,溶蝕范圍及強(qiáng)烈程度有限,溶蝕縫多充填巖屑夾巖塊狀或巖塊夾巖屑狀。鉆孔揭露層間破碎溶蝕縫共71個(gè),左岸9個(gè),河床42個(gè),右岸20個(gè)。多為局部溶蝕,溶蝕范圍及強(qiáng)烈程度有限,溶蝕縫充填物為巖屑夾巖塊狀或巖塊夾巖屑狀。溶蝕縫底界位于416 m以下的共68個(gè),高于416 m高程的共3個(gè)(照片1、表2)。

照片1　鉆孔電視揭示的層間破碎溶蝕縫

表1鉆孔揭露溶洞發(fā)育特征統(tǒng)計(jì)表

Table 1The developing characteristics of karst caves revealed by drillings

位置溶洞編號(hào)洞高/m高程/m所在地層位置溶洞編號(hào)洞高/m高程/m所在地層右岸壩段右壩肩右岸壩肩下游右岸河間地塊KW15．4379．02～384．42微晶、鮞狀白云巖KW21389．45～390．65鮞狀、微晶白云巖接觸帶KW34．6368．35～372．95微晶白云巖KW40．8434．42～435．22微晶白云巖KW52．1425．72～427．82微晶白云巖KW63．3431．03～434．33微晶、砂屑白云巖KW75．2424．33～429．53微晶、砂屑白云巖KW82．3393．93～396．23鮞狀、微晶白云巖接觸帶KW91．5381．92～383．42微晶、鮞狀白云巖接觸帶右岸河間地塊KW100．9383．04～383．94微晶白云巖KW110．7450．35～451．05微晶白云巖KW121．4396．35～397．75微晶白云巖KW135427．02～432．02微晶白云巖KW140．7436．66～437．36微晶白云巖KW151．1412．87～413．97微晶白云巖右岸埡口KW165．9405．3～411．2微晶白云巖KW170．8390．2～391微晶白云巖

表2　鉆孔揭露主要層間破碎溶蝕縫特征統(tǒng)計(jì)表

3.2　巖溶發(fā)育影響因素

(1)巖性：溶洞主要發(fā)育在微晶白云巖中,或微晶白云巖與鮞狀白云巖、砂屑白云巖接觸帶的微晶白云巖一側(cè),而在鮞狀白云巖和砂屑白云巖中,溶洞發(fā)育較少。

(2)構(gòu)造：斷層、裂隙構(gòu)造密集帶破壞了巖體完整性,為降雨垂直入滲和地下水滲流創(chuàng)造了有利條件,促進(jìn)了巖體巖溶的發(fā)育,而層面及層間破碎巖體有利于地下水沿近水平滲流,該兩組構(gòu)造是影響壩區(qū)巖溶發(fā)育的主要因素。

(3)排泄條件及水力循環(huán)因素：該區(qū)域地下水類型包括巖溶水和孔隙水,巖溶水主要為巖溶裂隙水。河流構(gòu)成了地下水的排泄基準(zhǔn)面,地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給,降水沿裂隙、斷層下滲補(bǔ)給地下水,然后以巖溶裂隙泉的形式向河谷排泄。在近岸地段地表水和地下水位變動(dòng)帶中,地下水向河谷排泄,交替活動(dòng)強(qiáng)烈,有利于巖溶發(fā)育。如遠(yuǎn)岸區(qū)巖溶發(fā)育弱于近岸區(qū)。鉆孔中揭露的溶洞多分布于近岸段。

3.3　巖溶發(fā)育規(guī)律

根據(jù)勘察研究,壩址區(qū)巖溶發(fā)育特征受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌控制,總體上具有如下特征：

(1)右岸巖溶裂隙地下水水位低平,呈“直線型”,左岸遠(yuǎn)岸處高,近岸段低；

(2)左岸巖溶發(fā)育遠(yuǎn)弱于右岸和河床,巖溶集中發(fā)育在近岸臨河側(cè),巖溶形態(tài)主要為溶蝕縫隙,發(fā)育高程與地表水下深切基巖面高程基本一致,巖溶地下水類型為巖溶裂隙水(圖2)；

(3)右岸巖溶發(fā)育程度強(qiáng)于左岸和河床,巖溶形態(tài)主要為小溶洞、溶蝕縫,發(fā)育高程主要位于地表水下切基巖面高程之上；

(4)河床巖溶發(fā)育高程遠(yuǎn)低于地表水枯水位,也低于地表水下切基巖面高程,巖溶形態(tài)為層間破碎溶蝕縫,巖溶裂隙地下水具一定承壓性；

(5)巖溶發(fā)育方向呈現(xiàn)沿巖層層面發(fā)育的特征。

圖2　主要巖溶洞、層間破碎溶蝕縫在壩軸線投影圖

4　對(duì)工程的影響及建議

4.1　近壩段水庫(kù)滲漏和壩基滲漏

壩址區(qū)右岸位于兩條溪溝之間的河間地塊,地下水位384.26～386.75 m,遠(yuǎn)低于水庫(kù)正常蓄水位,巖溶發(fā)育最低高程齊平或低于下溪河深切基巖面,其間沒(méi)有可靠的隔水層分布,溶洞和層間破碎溶蝕帶多屬中等—強(qiáng)透水性,存在近壩段右岸河間地塊水庫(kù)滲漏問(wèn)題。左右岸及河床壩基下發(fā)育層間破碎溶蝕縫極發(fā)育,具中等—強(qiáng)透水性,存在壩基及繞壩滲漏問(wèn)題。建議壩址防滲應(yīng)結(jié)合壩基防滲向兩岸進(jìn)行延伸,向左接高水位或接至高于正常蓄水位的穩(wěn)定隔水層,在右岸應(yīng)貫通右岸孤立山丘延伸至水庫(kù)頁(yè)巖隔水層區(qū)。

4.2　壩基抗滑穩(wěn)定

對(duì)71個(gè)層間破碎溶蝕縫,根據(jù)鉆孔錄像和鉆孔聲波探測(cè)可疑低波速區(qū)的分布情況,結(jié)合巖層產(chǎn)狀,按對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定最不利情況進(jìn)行考慮,將可能連通的層間破碎溶蝕縫進(jìn)行合并,共存在4個(gè),編號(hào)為Rb01、Rb02、Rb03、Rb04,皆緩傾角傾向上游偏左岸,主要為巖塊夾巖屑或巖屑夾巖塊,呈碎裂結(jié)構(gòu)或散體結(jié)構(gòu),局部存在一定程度的溶蝕,物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差,構(gòu)成了大壩抗滑穩(wěn)定的近水平底滑面段,壩后腳處破碎溶蝕縫埋深淺,間距小,斜穿破碎溶蝕縫及層間弱風(fēng)化巖體則構(gòu)成大壩抗滑穩(wěn)定的斜坡底滑面段,可能引起壩基抗滑穩(wěn)定問(wèn)題。建議對(duì)壩基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理,尤其應(yīng)加強(qiáng)壩后腳補(bǔ)強(qiáng)處理,并對(duì)開(kāi)挖揭露的層間破碎溶蝕縫進(jìn)行掏挖置換砼處理(圖3)。

圖3　大壩抗滑穩(wěn)定分析示意圖

4.3　河床壩基承壓水

河床壩基下發(fā)育的層間破碎溶蝕縫,為巖溶地下水提供了儲(chǔ)存空間,與上覆、下伏隔水層組合,其含水層具有一定承壓性,鉆探揭露承壓含水層主要位于壩線上及其下游,壩線上承壓水埋深淺、水頭低、涌水量小,壩線下游承壓水埋深較深、水頭較高、涌水量較大。受地形限制壩線不具備上移條件,若壩線下移,由于層間破碎溶蝕縫延伸至下游,不但無(wú)法避讓基坑涌水問(wèn)題,而且會(huì)導(dǎo)致由于壩線下游影響壩基抗滑穩(wěn)定的層間破碎溶蝕縫多,且埋深淺引起的壩基抗滑穩(wěn)定問(wèn)題嚴(yán)重,另外埋深較深、水頭較高、涌水量較大的承壓含水層主要分布在下游,對(duì)防滲帷幕有影響。建議對(duì)淺層的承壓含水層進(jìn)行圍堵或抽排,對(duì)深層承壓含水層采取避讓,防滲帷幕不觸及深層承壓含水層。

4.4　壩基滲透變形

對(duì)Rb01、Rb02、Rb03和Rb04等層間破碎溶蝕縫,由于其具有一定寬度,且充填物為巖塊夾巖屑或巖屑夾巖塊,呈碎裂結(jié)構(gòu)或散體結(jié)構(gòu),水庫(kù)蓄水后,在壩前水壓作用下,可能引起一定的滲透變形問(wèn)題。

參考文獻(xiàn):

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