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      陵川仙臺(tái)水庫(kù)壩基工程地質(zhì)問(wèn)題研究

      2014-12-25 02:06:40孟元媛
      山西水利科技 2014年4期
      關(guān)鍵詞:巖組壩址卵石

      孟元媛

      (山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024)

      1 工程概況

      陵川縣仙臺(tái)水庫(kù)工程擬建于陵川縣東南白洋泉河上,設(shè)計(jì)壩型為混凝土面板堆石壩加閘壩,最大壩高20 m,壩頂高程838m庫(kù)容176.4萬(wàn)m3。

      壩址位于附城鎮(zhèn)臺(tái)北村下游的白洋泉河,該處白洋泉河流向?yàn)橛山毕蚰狭鳎鹊讓捈s220 m,主河床偏右側(cè),左側(cè)形成河漫灘。右岸地形成臺(tái)階狀,下部為土質(zhì)岸坡,較緩,上部為巖質(zhì)岸坡,岸坡陡立,局部為陡崖。地形起伏較大,下部岸坡較緩,上部基巖岸坡陡立,局部為陡崖。左岸為巖質(zhì)岸坡,坡度約75°,為峽谷型河流,為不對(duì)稱“U”字型河谷。壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,斷裂構(gòu)造不發(fā)育,巖層平緩,為單斜巖層,巖層產(chǎn)狀N45°E/NW∠12°,總體傾向右岸偏上游,壩址處無(wú)斷裂構(gòu)造。

      2 壩基工程地質(zhì)條件

      2.1 壩基覆蓋層工程地質(zhì)條件

      壩址區(qū)左側(cè)河床及河漫灘發(fā)育地層為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土,局部夾低液限黏土透鏡體,結(jié)構(gòu)松散,分選較差,厚度24.3~40.7m。根據(jù)野外充水法試驗(yàn),求得其天然密度為1.91~2.06g/cm3。據(jù)河床表層混合土漂石探井篩分資料可知:漂卵石含量15.2%~36.3%;礫石含量27.7%~41.0%;砂含量25.0%~28.2%;粉黏粒含量3.6%~12.0%;不均勻系數(shù)61.5~106.8,;曲率系數(shù)0.1~7.4。壩址區(qū)右側(cè)河床下部發(fā)育第四系上更新統(tǒng)洪沖積低液限黏土夾卵石混合土透鏡體,結(jié)構(gòu)松散。

      據(jù)壩址區(qū)鉆孔錐貫試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,壩基全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土等經(jīng)桿長(zhǎng)校正后的錐貫擊數(shù)N=5.5~21.4擊,屬中密~密實(shí)狀態(tài),壩基上更新統(tǒng)低液限黏土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)N=4.8~14.5擊。據(jù)探坑滲水試驗(yàn)成果:壩址區(qū)河床及河漫灘卵石混合土滲透系數(shù)為13.7~22.1m/d,具強(qiáng)透水性。

      2.2 壩基基巖工程地質(zhì)條件

      2.2.1 壩基巖體及物理力學(xué)特性

      壩基基巖主要為奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組第六巖組 (O2x-6)灰黑色致密灰?guī)r,奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組第五巖組(O2x-5)灰黃色、灰白色泥質(zhì)白云巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r及奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組第四巖組(O2x-4)灰黑色致密灰?guī)r,壩基巖層產(chǎn)狀N45°E/NW∠12°,總體上傾向右岸偏上游,壩址處無(wú)斷裂構(gòu)造,局部巖體完整性較差。

      由巖石物理力學(xué)測(cè)試結(jié)果可知,O2x-6致密灰?guī)r單軸飽和抗壓強(qiáng)度為33.7MPa,為較硬巖;軟化系數(shù)為0.86;變形模量為3.81×104MPa;飽和抗剪凝聚力為6.64MPa;內(nèi)摩擦角為43.1°。O2x-5泥質(zhì)白云巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度為10.2MPa,為較軟巖;軟化系數(shù)為0.63;變形模量為1.09×104MPa;O2x-4致密灰?guī)r單軸飽和抗壓強(qiáng)度為52.3MPa,為較硬巖;軟化系數(shù)為0.81;變形模量為8.03×104MPa;飽和抗剪凝聚力為6.21MPa;內(nèi)摩擦角為45.6°。

      2.2.2 壩基巖體透水性

      在壩址區(qū)布置鉆孔并進(jìn)行了壓(注)水試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)成果可知壩基下伏基巖中等透水層的滲透系數(shù)為0.72~0.98m/d,弱透水層透水率為4.4~16.7Lu。

      2.2.3 壩基巖體風(fēng)化情況分析

      由壩址區(qū)鉆孔巖芯采取率及RQD值可知,壩基強(qiáng)風(fēng)化巖體巖芯采取率為39.7%~100%,RQD值為0%~28%,巖體完整性差;弱風(fēng)化帶的采取率為48.0%~72.7%,RQD值為10.5%~68.0%,巖體較完整;微風(fēng)化帶的采取率為56.0%~79.2%,RQD值為10.6%~55.0%,巖體較完整。

      據(jù)聲波測(cè)孔資料,壩基巖體縱波波速為1832~4688m/s,巖體完整性較好。

      3 存在工程地質(zhì)問(wèn)題及評(píng)價(jià)

      3.1 壩基覆蓋層滲漏

      壩基河谷地層為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土,河谷左側(cè)II級(jí)堆積階地地層為上更新統(tǒng)卵石混合土局部夾低液限黏土透鏡體等,結(jié)構(gòu)松散。二者在壩基及上下游連續(xù)分布,河床及II級(jí)堆積階地卵石混合土滲透系數(shù)相差較小,為13.7~22.1m/d,具強(qiáng)透水性,存在壩基滲漏問(wèn)題。其滲漏量可按下式計(jì)算:

      式中:Q—滲漏量,m3/d;

      B—壩基寬度,m;

      k—透水層滲透系數(shù),m/d;

      H—大壩上下游水位差,m;

      M—滲透層平均厚度,m;

      2b—壩底寬,m。

      當(dāng)水庫(kù)正常蓄水位為828.5m時(shí),壩基覆蓋層滲漏量為17757.7m3/d。建議進(jìn)行防滲處理。

      3.2 壩基滲透變形問(wèn)題

      壩基持力層主要為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土等,結(jié)構(gòu)松散,分選性差,且在壩基上下游連續(xù)分布。當(dāng)水庫(kù)蓄水后,壩基卵石混合土等在上下游水位差產(chǎn)生的滲流作用下可產(chǎn)生滲透變形。對(duì)其可能產(chǎn)生的滲透變形類型及允許水力比降進(jìn)行如下判別和計(jì)算。

      1)滲滲透變形類型判別

      據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487-2008)附錄G,對(duì)于不連續(xù)級(jí)配土,土的細(xì)粒含量P按級(jí)配曲線中平緩段確定;對(duì)于連續(xù)級(jí)配的土,界線粒徑則按如下公式確定。

      式中:df—粗細(xì)粒的區(qū)分粒徑,mm;

      d70—小于該粒徑的含量占總土重70%的顆粒粒徑,mm;

      d10—小于該粒徑的含量占總土重10%的顆粒粒徑,mm。

      根據(jù)該地基卵石混合土的不均勻系數(shù)和細(xì)粒含量,按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487-2008),可判別該壩基卵石混合土滲透變形類型主要為管涌。

      2)臨界水力比降及允許水力比降

      據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487-2008)附錄G:管涌型臨界水力比降采用以下公式計(jì)算,

      式中:Jcr—土的臨界水力比降;

      Gs—土的顆粒密度與水的密度之比;

      n—土的孔隙率(%);

      d5、d20—分別占總土重的5%和20%的土粒粒徑,mm。

      經(jīng)計(jì)算,地基卵石混合土的臨界水力比降Jcr平均值為0.22,考慮到工程的重要性,取安全系數(shù)2,其允許水力比降J為0.11。

      3.3 壩基基巖滲漏問(wèn)題

      壩基基巖為奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組第六巖組 (O2x-6)灰黑色致密灰?guī)r,奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組第五巖組(O2x-5)灰黃色、灰白色泥質(zhì)白云巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r及奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組第四巖組(O2x-4)灰黑色致密灰?guī)r。在正常蓄水位828.5m時(shí),巖體強(qiáng)、弱風(fēng)化層為壩基基巖主要滲漏層,將會(huì)產(chǎn)生滲漏,滲漏量計(jì)算公式類似于前述壩基覆蓋層滲漏公式。

      計(jì)算結(jié)果在正常蓄水位為828.5m時(shí),壩基中等透水層基巖滲漏量為1767.8m3/d,弱透水層基巖滲漏量為289.9m3/d。建議對(duì)壩基基巖進(jìn)行帷幕灌漿處理。

      3.4 基坑涌水

      壩基卵石混合土層中孔隙水水位埋深大,基坑開(kāi)挖不存在涌水問(wèn)題。但河床中存在懸托型小流水,施工時(shí)應(yīng)注意引排水。

      3.5 左右壩肩穩(wěn)定及繞壩滲漏

      左壩肩巖體受風(fēng)化卸荷影響,表層巖體完整性差;巖體中主要發(fā)育北東和北西向陡傾角節(jié)理裂隙,軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育,巖層傾向上游偏向河谷,巖體穩(wěn)定性相對(duì)較好。

      左壩肩巖體受風(fēng)化和谷底卸荷影響,節(jié)理裂隙較發(fā)育且有一定張開(kāi),具中等透水性,為左壩肩繞壩滲漏通道,存在繞壩滲漏問(wèn)題。

      采用滲漏量計(jì)算公式估算,水庫(kù)正常蓄水為828.5m時(shí),左壩肩繞壩滲漏量為197.8m3/d。建議對(duì)左壩肩進(jìn)行防滲處理。右壩肩岸坡較緩,山頂高程980 m。岸坡坡腳處堆積(Q3dpl)灰黃色低液限黏土夾卵石混合土透鏡體,厚度約20 m?;鶐r主要為奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組第六巖組灰黑色致密灰?guī)r,奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組第七巖組灰黃色泥質(zhì)白云巖夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r及奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組第八巖組淺灰色薄層白云質(zhì)灰?guī)r,局部為中厚層,巖性堅(jiān)硬,巖層傾向于上游偏向山體內(nèi)部,為斜向岸坡。巖體中主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙,巖溶發(fā)育,軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育。建議挖除強(qiáng)風(fēng)化巖體,將右側(cè)趾板嵌入弱風(fēng)化巖體中,并對(duì)開(kāi)挖后壩肩及壩肩以上岸坡采取護(hù)坡措施。

      右壩肩巖體受風(fēng)化、卸荷影響,節(jié)理裂隙較發(fā)育且有一定張開(kāi),具中等透水性,為右壩肩繞壩滲漏通道,存在繞壩滲漏問(wèn)題。采用滲漏量計(jì)算公式估算,當(dāng)水庫(kù)正常蓄水為828.5m時(shí),右壩肩繞壩滲漏量為214.1m3/d。建議對(duì)右壩肩進(jìn)行防滲處理。

      4 結(jié)論與建議

      1)壩址河谷段壩基地基覆蓋層主要為全新統(tǒng)洪沖積物,巖性主要為卵石混合土;右側(cè)II級(jí)階地地層為上更新統(tǒng)坡洪積物表層主要為低液限黏土夾卵礫石,其下為卵石混合土。下伏基巖為灰?guī)r及泥質(zhì)白云巖。強(qiáng)風(fēng)化層厚3.0~5.0 m。建議將堆石壩體置于卵石混合土層上。左右岸坡現(xiàn)處于穩(wěn)定狀態(tài),建議挖除兩岸全部強(qiáng)風(fēng)化巖體層。

      2)壩基及左右壩肩存在滲漏問(wèn)題,建議對(duì)壩基和左右壩肩進(jìn)行防滲處理。

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