水電站壩址工程地質(zhì)條件分析

孫　偉，李瑞琴（.西北水利水電工程有限責(zé)任公司，陜西西安70065；.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安70065）

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水電站壩址工程地質(zhì)條件分析

孫偉1，李瑞琴2
（1.西北水利水電工程有限責(zé)任公司，陜西西安710065；2.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安710065）

摘要：水電站壩址區(qū)工程地質(zhì)條件是水電站建設(shè)可行性研究階段的重要研究?jī)?nèi)容。以西北某擬建的水電站為例，分析了壩址區(qū)的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件及物理地質(zhì)現(xiàn)象，分析結(jié)果對(duì)水電站壩址選擇具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水電站；壩址；工程地質(zhì)條件

1　概況

某水電站樞紐工程由攔河壩（混凝土閘壩，兩岸副壩擬采用當(dāng)?shù)夭牧蠅位蚧炷林亓危?、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)及地面廠房組成，最大閘壩高25m左右，引水線路長(zhǎng)約16km，電站裝機(jī)約440MW左右，需設(shè)調(diào)壓井。

2　地形地貌

壩址區(qū)河流流向由SE121.6°轉(zhuǎn)向NE82.8°，河谷較為開(kāi)闊，平水期水位高程約2060m，河水面寬度約54m。左岸向上游為開(kāi)闊的河流Ⅱ級(jí)階地，寬度一般120～180m，河谷左岸岸坡基巖裸露，岸坡較陡，自然坡度約59°～65°，右岸下游緊臨烏臺(tái)蘭聰都克溝，溝口為大面積洪積臺(tái)地，壩肩位于洪積扇上游邊緣，壩肩部位洪積平臺(tái)寬約50m，向下游溝口漸寬，向上游逐漸尖滅，壩肩平臺(tái)以上岸坡自然坡度36°～40°，表部約5～15m厚第四系崩坡積塊碎石覆蓋。壩址河床覆蓋層最大厚度50.4m，基巖頂板最低高程約2014.5m，河床鉆孔揭示未發(fā)現(xiàn)有基巖深槽。壩址區(qū)沖溝較為發(fā)育，其中左岸壩上游約770m發(fā)育的旱獺溝，右岸下游約200m發(fā)育的烏臺(tái)蘭聰都克溝，規(guī)模均較大。旱獺溝流域總體走向?yàn)镾W215°，河道曲折多彎，流域形態(tài)呈柳葉形。溝谷內(nèi)溝床內(nèi)植被茂盛，兩側(cè)山坡植被較少，主溝全長(zhǎng)約4.25km，面積約5.0km2，季節(jié)性流水；烏臺(tái)蘭聰都克溝流域總體走向?yàn)镹E20°，河道較順直，無(wú)較大轉(zhuǎn)角，流域形態(tài)呈扇形。溝床內(nèi)植被茂盛，兩側(cè)山坡及溝床為樹(shù)木覆蓋，主溝全長(zhǎng)約8.3km，面積約23.4km2，季節(jié)性流水。具體位置如圖1所示。

圖1　壩址地形地貌（視向下游）

3　地層巖性

壩址區(qū)第四系松散堆積物極為發(fā)育，根據(jù)其物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征，判斷主要有如下成因方式：（1）崩坡積含塊石碎石土層：主要分布在左岸基巖岸坡的坡腳和右岸邊坡，以碎石土為主，厚度一般3～12m；（2）洪積含孤石塊碎石土層：主要分布在兩岸沖溝溝口部位，以含孤石的塊碎石土為主，厚度一般15～30m；（3）沖積含漂石砂卵礫石層：主要分布在河床及兩岸平緩階地，以含漂石砂卵礫石為主，花崗巖漂石含量較高，砂粒含量較少，分選性差，分層規(guī)律不明顯,無(wú)成片狀、透鏡狀或連續(xù)成層的砂層、淤泥質(zhì)層等不良夾層。根據(jù)鉆孔揭示，游河床覆蓋層以含漂石砂卵礫石為主，向下游接近烏臺(tái)蘭聰都克溝漂卵石極為發(fā)育，砂粒含量較少。根據(jù)鉆孔揭示，壩址區(qū)沖積物厚度17.2～50.4m，河床右岸覆蓋層厚度小于左岸，上游厚度小于下游。

此外，左岸高高程部位局部有Ⅲ、Ⅳ級(jí)河流階地殘留含漂石砂卵礫石層，結(jié)構(gòu)密實(shí)，前緣多形成較為陡峭的自然邊坡。壩址區(qū)下伏基巖巖性主要為泥盆系中統(tǒng)泥硅質(zhì)板巖和變質(zhì)安山巖為主，其中左岸出露巖性主要為板巖，右岸主要為變質(zhì)安山巖。單斜巖層傾向左岸岸里，產(chǎn)狀為：NW305°～330°NE∠68°～75°。兩組巖性為整合接觸關(guān)系，接觸面產(chǎn)狀和巖層產(chǎn)狀基本相近[1~3]。

4　地質(zhì)構(gòu)造

壩址斷裂不太發(fā)育，壩址區(qū)測(cè)繪發(fā)現(xiàn)較大斷層共有6條，以走向NE傾向NW的陡傾角斷層為主，規(guī)模不大，未發(fā)現(xiàn)斷層有延伸過(guò)河的跡象；壩址左岸勘探平硐揭露，未發(fā)現(xiàn)有大規(guī)模斷層，以小規(guī)模層間斷層、或走向和層面相近、反傾硐外的小規(guī)模斷層為主，此外層間擠壓帶較為發(fā)育，帶內(nèi)巖體完整性一般，擠壓緊密，寬度一般0.8～2.0m。

根據(jù)地表測(cè)繪成果及勘探平硐揭露，壩址區(qū)發(fā)育斷裂結(jié)構(gòu)面主要可分為以下三組：①組：層面組，產(chǎn)狀NW305°～330°NE∠65°～78°，該組以層間擠壓帶、斷層和硬性裂隙結(jié)構(gòu)面為主，地表和勘探平硐內(nèi)均有出露，該組地表零星有較大規(guī)模斷層出露，如F53斷層等；②組：產(chǎn)狀NW310°～345°SW∠47°～78°，該組結(jié)構(gòu)面以小規(guī)模斷層及寬大裂隙為主，主要在勘探平硐內(nèi)揭露，最為發(fā)育；③組：該組為走向NE，傾向SE（少量NW）的一組陡傾角結(jié)構(gòu)面，該組結(jié)構(gòu)面走向變化范圍較大，地表揭露斷層多屬于該組，如F51、F52、F53等，平硐內(nèi)揭露以長(zhǎng)大裂隙和小斷層為主[4-5]。壩址斷裂等密度圖如圖2所示。

圖2　壩址斷裂等密度圖

5　水文地質(zhì)條件

壩址區(qū)地下水按埋藏條件可以分為孔隙性潛水和基巖裂隙性潛水。（1）孔隙性潛水：主要分布在河床沖積層及洪積的松散堆積物中，由兩岸地下水、大氣降水補(bǔ)給，排泄于開(kāi)都河。（2）基巖裂隙性潛水：賦存、運(yùn)移在風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，由大氣降水及遠(yuǎn)山地下水補(bǔ)給，排泄于開(kāi)都河。壩軸線上游約530m處左岸基巖坡腳有一處泉水出露，為下降泉，泉點(diǎn)高程2066.6m，高出河水位約6m，流量約10～15L/min，為基巖裂隙性潛水出水點(diǎn)。

壩址本階段共完成水質(zhì)分析試驗(yàn)7組，試樣分別取自河水、溝水、泉水和兩岸地下水，試驗(yàn)成果見(jiàn)表1。根據(jù)試驗(yàn)成果，河水、地下水及及烏蘭聰都克溝水均對(duì)砼均無(wú)腐蝕性。初步認(rèn)為，壩址區(qū)地下水和地表水對(duì)砼無(wú)腐蝕性。

表1　壩址水質(zhì)分析試驗(yàn)成果

6　物理地質(zhì)現(xiàn)象

根據(jù)壩址區(qū)左岸PD02平硐物探波速測(cè)試成果，縱波波速總體為1790～4010m/s，其中硐深0～13.5m巖體完整性一般，波速為1790～2410m/s，硐深13.5m以后，巖體完整性較好，波速為3000～4000m/ s，根據(jù)平硐及鉆孔揭示、地表露頭巖體風(fēng)化特征及平硐巖體波速測(cè)試成果綜合考慮，推測(cè)兩岸巖體強(qiáng)風(fēng)化厚度5～8m，弱風(fēng)化厚度35～40m，卸荷巖體厚度10～15m。見(jiàn)表2。

表2　壩、廠址區(qū)傾倒、松動(dòng)巖體匯總表

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪及地質(zhì)調(diào)查未發(fā)現(xiàn)壩址范圍內(nèi)有較大規(guī)?；?、變形體發(fā)育。由于巖層陡傾左岸岸內(nèi)，易發(fā)生傾倒變形，左岸壩肩有傾倒、松動(dòng)巖體發(fā)育，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)，傾倒巖體走向較正常巖層有一定變化，傾角一般20°～40°，較正常巖層平緩很多；松動(dòng)巖體完整性較差，卸荷拉裂縫較發(fā)育。但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，傾倒、松動(dòng)巖體整體發(fā)育范圍不大，厚度較小。QD01傾倒體位于壩址壩線上游左岸100m左右；SD1松動(dòng)體位于壩址壩線左岸壩肩下游側(cè)。其發(fā)育位置和基本特征見(jiàn)表2。

壩址沖溝較為發(fā)育，其中左岸上游的旱獺溝和右岸下游的烏臺(tái)蘭聰都克溝發(fā)育規(guī)模較大，主溝延伸長(zhǎng)，坡降較大，溝內(nèi)松散堆積物較為豐富，具備發(fā)生泥石流的地形和物源條件。根據(jù)對(duì)霍爾古吐水電站溝谷泥石流危險(xiǎn)性專題研究表明，左岸旱獺溝泥石流發(fā)育處于壯年階段，近期未發(fā)生過(guò)較大規(guī)模泥石流災(zāi)害，在暴雨條件下，存在發(fā)生中等規(guī)模稀性泥石流的可能，屬輕微易發(fā)，由于溝口距壩址較遠(yuǎn)，且規(guī)模不大，屬于輕危害等級(jí)；右岸烏臺(tái)蘭聰都克溝泥石流發(fā)育亦處于壯年期，近期未發(fā)現(xiàn)有大規(guī)模泥石流災(zāi)害發(fā)生的證據(jù)，在暴雨條件下，具備發(fā)生中等規(guī)模泥石流的可能，屬中等易發(fā)，水石流為主，該溝雖位于壩下游，但距離較近，屬于中等危害等級(jí)[5，6]。

7　下階段工作建議

研究認(rèn)為壩址均具備建壩條件，壩址地質(zhì)條件不控制壩址的選擇。下一步應(yīng)該研究壩址區(qū)河床覆蓋層的工程地質(zhì)特性及工程處理措施；進(jìn)一步查明河床及兩岸壩肩基巖相對(duì)不透水層的埋深情況；進(jìn)一步查明長(zhǎng)引水隧洞沿線巖性分界情況、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況，研究隧洞穿越?jīng)_溝上覆巖體較薄時(shí)的圍巖穩(wěn)定以及隧洞和較大規(guī)模斷層相交時(shí)的穩(wěn)定性等；進(jìn)一步查明調(diào)壓井和壓力鋼管段工程地質(zhì)條件，查明調(diào)壓井頂拱巖體完整情況，查明壓力鋼管直井段穿越廠房后坡擠壓帶時(shí)的巖體完整情況等；進(jìn)一步研究廠房后邊坡的穩(wěn)定性，查明后邊坡發(fā)育擠壓破碎帶向深部的延伸情況，及其對(duì)廠房自然邊坡穩(wěn)定性的影響等。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號(hào)：V324.2+4