張遠坤,魯麗霞,沈 鑫,譚劍波
(1.貴州眾誠天河水利工程有限公司,貴陽 550003;2.畢節(jié)市勘測設計研究院,貴州 畢節(jié)551700;3.楊凌職業(yè)技術學院,陜西 楊凌 712100)
鴨池水庫位于畢節(jié)市七星關區(qū)鴨池鎮(zhèn),水庫壩址位于十八河與倒天河匯口上游2.3km處,壩址河床高程1444.2m,壩址以上集雨面積161.2km2,主河道長30.6km,平均坡降2.75%,流域形狀系數(shù)0.172,工程任務為城市供水。工程樞紐區(qū)距離七星關區(qū)碧陽二道(同心大道)僅1.5km,對外交通條件較好。為合理選擇壩址和壩型提供準確詳實的地質資料,確保水工建筑物設計具有較高技術可行性和節(jié)能經(jīng)濟性[1],對壩址區(qū)工程地質條件進行全面分析、反復論證。
壩址區(qū)河段為第三河段,起點為十八公社河尾巴處,終點為青松上游沖溝匯入處,河床平均比降0.822%,河床高程在1430~1480m之間,總體流向為西南向東北。岸坡以巖質為主、局部為松散巖類土質,物理地質現(xiàn)象以風化為主、卸荷為輔。正常蓄水位1463.5m處谷寬85m,寬高比4.0~4.3,壩址為寬“V”字形河谷地形。
左岸坡山體高大厚實,無低矮丫口分布,山頂高程1658.0m,高出河床215m,壩址處地形坡度40°,靠近河谷段地形坡度較陡。
右岸山體岸坡地形坡度20°~45°,岸坡中上段地形坡度較陡,山體延伸方向垂直壩軸線,在右岸坡范家坡一帶分布兩個丫口,丫口高程1550.0m,高出正常蓄水位(1463.5m)86.5m,右岸坡受河流沖蝕切割影響存在分水嶺,河谷反背面北東側為張家院子,地勢較為平緩,最低點高程1438.0m。右岸坡最高點為范家坡1579.0m,高出河床139m。壩址區(qū)的地形地貌。
壩軸線兩岸坡中上部地形相對較陡,壩址處基巖多裸露[2]。
(1)第四系殘坡積物(Qedl):為黏土夾碎石、強風化碎屑等構成。鉆孔揭露厚1.7~2.8m,主要分布于兩岸山坡及坡腳臺地中。
(2)第四系沖洪積層(Qal+pl):成分為砂卵礫石、少量粘土,偶見粉細砂層,砂卵礫石成分為玄武巖、粉砂巖、砂巖、泥巖等,主要分布于河床部位,厚度1~5m。
(1)壩址區(qū)出露基巖為飛仙關組第二段上段(T1f2-2),巖性主要為紫紅、灰綠色中厚層泥質粉砂巖。
(2)飛仙關組第二段下段(T1f2-1),巖性主要為灰色中厚層泥灰?guī)r。經(jīng)鉆孔揭露及地表調查,壩址區(qū)泥質粉砂巖占50%~65%、泥灰?guī)r占35%~50%。巖層產狀N55°~63°E/SE∠30°~38°,傾向上游偏右岸。
壩址區(qū)地質構造主要有露朗背斜,該背斜位于山岔塘、幸福山、窩窩頭、草堤、劉家灣一帶,總體軸向近北東,平面上呈“S”型,長42km。受露朗背斜影響,壩址區(qū)及庫區(qū)巖層產狀變化較大。
壩址區(qū)無破壞性地質構造通過,但受附近露朗背斜影響,壩址區(qū)巖石產狀變化較大,巖層產狀為N55°~63°E/SE∠30°~38°,總體傾向上游偏右岸。其次壩址區(qū)巖石節(jié)理裂隙比較發(fā)育。壩址區(qū)主要發(fā)育三組構造裂隙,屬Ⅴ級結構面,如表1。
表1 壩址區(qū)裂隙統(tǒng)計
從表1可以看出,第I組最發(fā)育,第II組較發(fā)育,第III組、第Ⅳ組次之,裂隙主要為無充填或充填巖屑、少量泥質,第I組節(jié)理平均產狀為N20°W/SW∠75°,節(jié)理密度3~5條/m,為優(yōu)勢結構面;第II組節(jié)理平均產狀N45°E/NW∠71°,節(jié)理密度2~3條/m;第III組節(jié)理平均產狀N60°W/NE∠66°,節(jié)理密度0.4~0.7條/m;第Ⅳ組節(jié)理平均產狀N15°W/NE∠74°,節(jié)理密度0.3~0.6條/m。邊坡巖體受裂隙的切割,局部可能會出現(xiàn)掉塊、垮塌現(xiàn)象;裂隙延伸長度較長時,可切穿壩基巖體。
通過野外地質調查及區(qū)域地質資料分析,壩址區(qū)無活動性斷裂通過,未發(fā)現(xiàn)壩址區(qū)有大的滑坡、泥石流等不良地質體分布。壩址區(qū)物理地質現(xiàn)象主要是巖體風化,根據(jù)壩址區(qū)鉆孔揭露,風化主要表現(xiàn)為強風化、弱風化兩級。強風化下限埋深3~8m,其中泥質粉砂巖強風化層厚度稍大于泥灰?guī)r,受露朗背斜影響,在背斜軸部巖石強風化略深。
第四系松散堆積物孔隙水主要埋藏于河谷及其兩岸緩坡覆蓋層之下,埋藏較淺,距地表僅2~8m,受季節(jié)影響大,排泄較快,由大氣降水、基巖裂隙水或河水補給,向低洼處或下游排泄?;鶐r裂隙水賦集、運移于泥灰?guī)r、泥質粉砂巖裂隙之中,埋藏相對于松散堆積物孔隙水較深,一般5~30m,由大氣降水和上部孔隙水補給,向河谷或下游排泄。
十八河環(huán)境水對混凝土無一般酸性型、碳酸型、硫酸鎂型、硫酸鹽型腐蝕,具有溶出型中等腐蝕。從壓水資料看出,壩址區(qū)巖體因裂隙切割,巖體風化較強烈,巖體的透水率較大,而隨著孔深增加,巖體風化程度減弱,巖體的透水率亦隨孔深的增加逐漸減弱[4]。
壓水資料表明,兩壩肩、河床巖石大部分為弱透水巖體,其中弱風化帶上部因節(jié)理裂隙發(fā)育地段為中至強透水巖體。
經(jīng)地質調查及鉆探揭露,壩址部位河床底部覆蓋層厚1~5m,出露巖石為泥質粉砂巖及泥灰?guī)r,第四覆蓋層較薄,近河岸基巖多裸露,兩岸覆蓋層厚0~4m不等,巖石節(jié)理裂隙發(fā)育?;鶐r強風化層厚8m,水平強風化層厚7~11m,強風化層巖石破碎;兩岸及河床弱風化基巖埋深大于20m。據(jù)鉆孔勘察,強風化巖體鉆孔巖芯多呈塊狀、碎塊狀,巖體破碎,RQD值一般小于10%,多數(shù)為零,巖體結構類型為碎裂結構,巖體質量類別CⅣ類;弱風化巖體巖芯多呈柱狀、短柱狀、碎塊狀,完整性較差~較完整,RQD為40%~60%,多為厚層狀結構。
鴨池水庫壩高介于20~40m之間,屬中壩,強風化基巖不宜作為壩基持力層,因此,壩基持力層需開挖掉強風化巖體進入弱風巖層中部,且嵌入完整基巖1~2m。兩岸壩肩地段覆蓋層厚0~4m,鉛直強風化厚5~8m。ZK5,ZK6號鉆孔揭露巖體強風化深度分別為7.5,5.8,水平強風化層厚7~11m。
壩肩持力層需開挖至弱風化基巖中上部。壩址區(qū)強風化巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體較破碎,完整性差,建壩時需清除。
壩址區(qū)出露地層為三疊系飛仙關組第二段(T1f2),巖性為泥質粉砂巖、泥灰?guī)r。壩基巖部位為泥灰?guī)r、泥質粉砂巖,強風化巖體的承載力和變形特征不能滿足設計要求,不宜作為壩基持力層,選用弱風化巖體作為壩基持力層,其承載力及抗變形性能能滿足設計要求[5]。
巖性主要為三疊系飛仙關組第二段(T1f2)泥質粉砂巖、泥灰?guī)r。巖層產狀N55°~63°E/SE∠30°~38°,總體傾向上游偏右岸。
壩址區(qū)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,但大都屬于陡傾角裂隙,緩傾角節(jié)理裂隙不發(fā)育,裂隙延伸較短,節(jié)理面平直粗糙,裂隙主要在強風化巖石內發(fā)育,在微新巖體內發(fā)育較少。第I組節(jié)理平均產狀N20°W/SW∠75°,節(jié)理密度3~5條/m,為優(yōu)勢結構面;第II組節(jié)理平均產狀N45°E/NW∠71°,節(jié)理密度2~3條/m;第III組節(jié)理平均產狀N60°W/NE∠66°,節(jié)理密度0.4~0.7條/m;第Ⅳ組節(jié)理平均產狀N15°W/NE∠74°,節(jié)理密度0.3~0.6條/m。
壩下游不存在臨空面。壩基可能存在壩體與基巖接觸面的淺層滑動及深層滑動[6]。
開挖邊坡巖石強風化層中節(jié)理裂隙發(fā)育,受裂隙切割的影響,邊坡易形成不穩(wěn)定塊體,需作掛網(wǎng)噴錨或清除處理[7]。
壩址區(qū)巖石節(jié)理裂隙發(fā)育,第I組最發(fā)育,第II組較發(fā)育,第III組、第Ⅳ組次之。裂隙L1,L2,L3,L4的投影大圓的交點均位于與開挖邊坡A面的投影大圓相對的半圓內,說明該4組結構面的組合交線傾向坡內,邊坡能處于穩(wěn)定狀態(tài),因此,壩址區(qū)巖石節(jié)理裂隙對左岸邊坡穩(wěn)定無影響。
壩基上、下游面開挖邊坡,邊坡高13m,壩基開挖至1431m高程,上部為砂卵石邊坡,厚4,下部為強至弱風化巖石邊坡,巖層產狀N55~63°E/SE∠30°~38°總體傾向上游偏右岸,邊坡主要為斜向~逆向邊坡。邊坡總體穩(wěn)定,但因受裂隙切割,可能形成小范圍不穩(wěn)定塊體,需對其進行清除或掛網(wǎng)噴錨處理。
壩基主要位于弱風化泥質粉砂巖、泥灰?guī)r內。巖體上部因風化完整性較差,且?guī)r石節(jié)理裂隙發(fā)育,為中等~弱透水巖體,下部弱風化巖體節(jié)理裂隙逐漸尖滅,其透水率較低,為弱透水巖體[8]。
大壩存在沿壩基滲漏及繞壩滲漏問題,需進行帷幕防滲處理,防滲處理范圍主要是強、弱風化帶、裂隙帶等中等透水巖體。結合50m以下壩高按巖體透水率q≤5Lu為控制原則,防滲帷幕邊界左右兩岸端點接地下水位,壩基防滲封閉強、弱風化帶。防滲帷幕長160m,有效防滲面積0.564萬m2。
結合樞紐區(qū)綜合布置和施工工藝等條件,對面板堆石壩和重力壩兩種壩型的抗滑穩(wěn)定性、邊坡穩(wěn)定性和大壩防滲進行綜合比選,如表2。
表2 壩型比選
從地形條件看,壩址河段地形相對上、下游狹窄,正常蓄水位1463.5m高程附近河谷寬85m,寬高比4.0~4.3。壩基巖體主要為泥質粉砂巖、泥灰?guī)r,承載力與變形模量均滿足中壩的要求;巖層產狀N55~63°E/SE∠30°~38°,傾向上游偏右岸。巖石中節(jié)理裂隙發(fā)育。壩址地形地質條件均具備修建重力壩、面板壩的條件;從地質條件上來看,面板壩略優(yōu)于重力壩。但面板壩方案溢洪道存在較高邊坡工程地質問題,同時其綜合投資2735.21萬元,而重力壩投資僅1995.14萬元,面板壩綜合投資遠大于重力壩。經(jīng)綜合比較,重力壩略優(yōu)于面板壩方案,優(yōu)化選擇重力壩方案。
(1)鴨池水庫壩址區(qū)地貌類型多樣和地質構造復雜,強風化巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體較破碎,完整性差。經(jīng)壩址區(qū)基本地質條件和主要地質問題的詳細論述和論證分析,優(yōu)選技術可靠、經(jīng)濟效益高的重力壩方案。
(2)為了合理確定樞紐整體布置和壩基、肩防滲加固處理詳細設計,還需對泥質粉砂巖、泥灰?guī)r強、弱風化帶及巖體破壞程度進行研究,合理確定建基面,為選定壩線、壩型和其他建筑物軸線位置及地基處理提供詳實準確的地質勘察資料。
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