徐紅清
(山西省水利水電勘測設(shè)計研究院,山西 太原 030024)
南北晉水庫工程擬建于夏縣東北青龍河支流南北晉河上,該工程是以農(nóng)村生活、灌溉用水為主,兼顧防洪等綜合利用的小型水庫。壩址位于夏縣南大里鄉(xiāng)北晉村東約1.5 km的南北晉河上,主河道長10.1 km,壩址以上控制流域面積18.1 km2。擬建大壩為堆石混凝土重力壩,設(shè)計最大壩高61.65m,壩頂高程580.65m,總庫容111萬m3。壩址處河谷底寬15~20m,主河槽靠近左岸。谷底地形起伏不平,地面高程531~535m。兩岸岸坡山頂高程650m,相對高差110~130m。河谷斷面呈“U”型。
河谷中覆蓋層為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土,結(jié)構(gòu)松散,分選較差,卵礫石成分主要為花崗巖、片麻巖,粒徑10~30 mm,磨圓度較差,呈棱角狀,細粒多為粉細砂,礦物成分為長石、石英、云母及巖屑等。據(jù)現(xiàn)場卵石混合土層滲水試驗資料,卵石混合土層的滲透系數(shù)為15.3m/d,為強透水層。
壩址區(qū)南北晉河兩岸出露基巖為太古界涑水群北莊組(Asb)灰黑色黑云斜長角閃片麻巖。
由巖石物理力學測試結(jié)果可知,壩基中黑云斜長角閃片麻巖單軸飽和抗壓強度為48.2~80.5 MPa,為中硬—堅硬巖;軟化系數(shù)為0.62~0.91;變形模量為(4.55~6.60)×104MPa;飽和抗剪強度指標凝聚力為4.68~9.38 MPa;內(nèi)摩擦角 40.9°~49.4°。
根據(jù)鉆孔聲波試驗成果,北莊組(Asb)灰黑色黑云斜長角閃片麻巖強風化巖體縱波波速為2344~5405m/s,黑云斜長角閃片麻巖弱風化及新鮮巖體縱波波速為 3226~5556m/s。
綜合分析,壩基和壩肩巖體分類為Ⅲ~Ⅳ類。
河谷段壩基持力層為北莊組(Asb)弱風化片麻巖巖體,巖體中主要發(fā)育北東和北西向兩組高傾角節(jié)理裂隙,軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育,巖體抗滑穩(wěn)定性較好。壩基抗滑穩(wěn)定控制結(jié)構(gòu)面主要為建基面。
另外,壩址下壩腳線下游約40m處發(fā)育F2正斷層,破碎帶寬30m,斷距約45m,壩體位于F2斷層下盤。初步認為F2斷層對壩基巖體穩(wěn)定有一定影響,建議必要時進行處理。根據(jù)鉆孔資料,河床底部基巖埋深在斷層處突然變大,形成臨空面,對壩基巖體穩(wěn)定不利。因此,壩體開挖后應視巖體情況采取措施,確保壩基巖體穩(wěn)定。
根據(jù)工程經(jīng)驗類比,河谷壩段建基面抗滑穩(wěn)定性參數(shù)建議值:混凝土與弱風化片麻巖抗剪斷強度f′=0.7~0.9,c′=0.6~0.7 MPa,抗剪強度 f=0.55;飽和弱風化片麻巖抗剪斷強度 f′=0.7~0.8,c′=0.6~0.7 MPa,抗剪強度f=0.60。副壩段建基面抗滑穩(wěn)定性參數(shù)建議值:混凝土與弱風化片麻巖抗剪斷強度 f′=0.5~0.65,c′=0.5~0.6 MPa,抗剪強度f=0.5;飽和弱風化片麻巖抗剪斷強度 f′=0.5~0.7,c′=0.5~0.6 MPa,抗剪強度 f=0.55。
壩址河谷覆蓋層為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土,結(jié)構(gòu)松散,多具強透水性,下伏基巖主要為北莊組(Asb)灰黑色黑云斜長角閃片麻巖,強風化層多具中等透水性,為壩基滲漏層位。弱風化層多具微—弱透水性,為相對隔水層。故壩基第四系覆蓋層與北莊組強風化黑云斜長角閃片麻巖構(gòu)成壩基滲漏層位,存在壩基滲漏問題。
據(jù)壩址所布鉆孔壓(注)水試驗數(shù)據(jù)可知,壩基第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土滲透系數(shù)為15.3m/d,具強透水性;強風化基巖滲透系數(shù)為0.93~1.03m/d,具中等透水性,為滲漏層位;弱風化片麻巖巖體透水率為3.4~6.9 Lu,具弱透水性,為隔水層層位,采用相關(guān)公式對壩基滲漏量進行估算。
經(jīng)計算,水庫在正常蓄水位578.0m時,壩基覆蓋層滲漏量為382.2m3/d,基巖滲漏量為722.1m3/d。建議對壩基巖體進行帷幕灌漿處理,深度應進入弱風化片麻巖巖體中6~8m。
壩基松散巖類孔隙水和變質(zhì)巖類基巖裂隙水具有統(tǒng)一的地下水位,且埋深淺,經(jīng)現(xiàn)場勘察,地下水埋深為0~0.5m。壩基基坑開挖時,受上下游第四系松散層孔隙水和兩岸變質(zhì)巖類基巖裂隙水的補給,基坑存在涌水問題,基坑涌水量估算采用假設(shè)井壁、井底同時涌水非完整井計算公式進行計算。
經(jīng)計算,在正常蓄水位578.0m時,基坑涌水量為1507.9m3/d,建議采取有效的降水、排水措施?;优R時開挖邊坡基巖為1∶0.3~1∶0.5,卵石混合土層為1∶0.75~1∶1。
左壩肩主要為巖質(zhì)岸坡,出露地層巖性為北莊組黑云斜長角閃片麻巖,中粗粒鱗片變晶結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造,主要成分為斜長石、微斜長石、石英、黑云母、角閃石等,黑云母含量稍高,巖性堅硬,強風化層厚5~8m。巖體中主要發(fā)育北東、北西向兩組陡傾角節(jié)理裂隙,軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育。片麻理產(chǎn)狀為N30°~40°W/SW∠10°~12°,傾向下游偏岸坡外側(cè),為斜向岸坡,現(xiàn)岸坡穩(wěn)定性較好。建議將強風化層全部挖除,將壩體嵌入弱風化巖體中。
左壩肩正常蓄水位以下主要為北莊組黑云斜長角閃片麻巖巖體,巖體受風化卸荷影響,節(jié)理裂隙較為發(fā)育且有一定張開,構(gòu)成左壩肩繞壩滲漏層位。參考右壩肩鉆孔壓(注)水試驗成果,其強風化基巖滲透系數(shù)為1.21m/d,具中等透水性;弱風化基巖透水率為5.3~8.7 Lu,具弱透水性,為相對隔水層。左壩肩存在繞壩滲漏問題,經(jīng)計算,在正常蓄水位578.0m時,左壩肩繞壩滲漏量為905.0m3/d。建議對左壩肩進行防滲處理,沿壩軸線方向防滲長度為40~60m,深度應深入弱風化巖體中6~8m。由于左壩肩下游側(cè)發(fā)育一沖溝,而且延伸較長,有利于繞滲,建議防滲工程適當延伸。
右壩肩下部巖質(zhì)岸坡出露地層巖性為北莊組黑云斜長角閃片麻巖,中粗粒鱗片變晶結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造,主要成分為斜長石、微斜長石、石英、黑云母、角閃石等,黑云母含量稍高,巖性堅硬,強風化層厚5~8m。巖體中主要發(fā)育北東、北西向兩組陡傾角節(jié)理裂隙,軟弱結(jié)構(gòu)面不發(fā)育。片麻理產(chǎn)狀為N30°~40°W/SW∠10°~12°,傾向下游偏岸坡內(nèi)側(cè),現(xiàn)岸坡穩(wěn)定性較好。上部為土質(zhì)岸坡,出露地層為第四系上更新統(tǒng)卵石混合土,結(jié)構(gòu)松散。建議將右壩肩強風化片麻巖及第四系上更新統(tǒng)卵石混合土全部挖除,將壩體嵌入弱風化巖體中。
右壩肩正常蓄水位以下主要為第四系上更新統(tǒng)卵石混合土及北莊組黑云斜長角閃片麻巖巖體,且?guī)r體受風化卸荷影響,節(jié)理裂隙較為發(fā)育且有一定張開。據(jù)右壩肩鉆孔壓(注)水試驗成果,第四系上更新統(tǒng)卵石混合土滲透系數(shù)為12.9m/d,具強透水性,其強風化基巖滲透系數(shù)值為1.21m/d,具中等透水性;弱風化基巖透水率為5.3~8.7 Lu,具弱透水性,為相對隔水層。右壩肩存在繞壩滲漏問題,采用相關(guān)公式對其滲漏量進行估算。經(jīng)計算,在正常蓄水位578.0m時,右壩肩繞壩滲漏量為602.0m3/d。建議對右壩肩進行防滲處理,沿壩軸線方向防滲長度為40~60m,深度應深入弱風化片麻巖巖體中6~8m。
第一,南北晉水庫壩址地基多為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土,結(jié)構(gòu)松散,分選較差,透水性大,對壩基穩(wěn)定及壩基滲漏不利。
第二,壩基及壩肩基巖為北莊組黑云斜長角閃片麻巖,中粗粒鱗片變晶結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造,主要成分為斜長石、微斜長石、石英、黑云母、角閃石等,黑云母含量稍高,新鮮巖體巖性堅硬,軟弱結(jié)構(gòu)面部發(fā)育,但其礦物成分復雜,各成分抗風化能力不同,且黑云母等片狀礦物含量較高,風化巖體結(jié)構(gòu)松散,對壩基及壩肩穩(wěn)定不利。
第三,建議將河谷壩段壩基覆蓋層及強風化基巖全部挖除,并清除部分弱風化巖體;對壩基建基面以下巖體進行固結(jié)灌漿,增加壩基巖體的完整性和強度;壩基及左右壩肩存在滲漏問題,建議對壩基和左右壩肩進行防滲處理。