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        閃電河水庫除險加固主要工程地質(zhì)問題分析

        2014-12-25 11:18:34
        河北水利 2014年11期
        關(guān)鍵詞:細砂砂層壤土

        孟 曄

        閃電河水庫運行多年,存在的主要工程地質(zhì)問題有壩基滲漏及壩后沼澤化、壩基土滲透變形、壩體迎水坡局部塌陷。壩基滲漏關(guān)系大壩安全,準確查明滲漏部位,判定土層滲透變形型式,確定允許水力比降,選定合理的處理措施,對水庫除險加固具有重要意義。

        1. 工程概況

        閃電河水庫位于張家口市沽源縣平定堡鎮(zhèn)黃土坑村東,海河流域灤河上游閃電河上,總庫容4260萬m3,是一座中型水庫,上游控制流域面積890km2。

        水庫樞紐工程由大壩、輸水洞、溢洪道構(gòu)成,大壩為均質(zhì)土壩,最大壩高12.6m,壩頂長度約2836m,壩頂寬度4m。工程按百年一遇洪水設(shè)計,相應(yīng)洪峰流量467m3/s;千年一遇洪水校核,相應(yīng)洪峰流量904m3/s。

        1.1 地形地貌

        閃電河水庫地處內(nèi)蒙古高原東南部邊緣,海拔1350~1400m,南部多丘陵,北部較平坦。工程區(qū)總體地勢南高北低,平坦開闊。壩址區(qū)河漫灘發(fā)育,河床呈淺碟型,河道寬約2km,最低高程約95m(假設(shè)高程系,下同)。河兩側(cè)岸坡呈緩傾狀,山體呈北西~南東向分布。

        1.2 地層巖性

        一是侏羅系上統(tǒng)張家口組(J3z),由粗面巖及凝灰角礫巖組成,分布于壩址兩岸,灰紫色,致密堅硬,地表呈強~中等風化。

        二是第四系下更新統(tǒng)(Ql1),湖積成因,由厚層壤土及砂壤土組成,棕色~棕灰色,飽和,可塑,勘探厚度大于18m。

        三是第四系全新統(tǒng)(Q4al),沖積成因,頂面高程95~100m,總厚10~13m。壤土:灰色~灰黑色,飽和,軟塑~可塑,含有機質(zhì);砂壤土:灰色~灰黑色,飽和,稍具塑性;細砂:灰色~灰黑色,飽和析水,上部疏松~稍密,下部密實;礫砂呈厚層狀分布于底部,密實。

        四是第四系人工堆積物 (Q4S),為壩體填筑土,以壤土為主,其次為砂壤土。

        1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震動參數(shù)

        工程區(qū)位于大地構(gòu)造單元的中朝準地臺,內(nèi)蒙地軸,沽源陷斷束,大灘中斷凹的西部。

        近場區(qū)發(fā)育的大斷裂主要有:北部康保~圍場深斷裂、西部沽源~張北大斷裂、東部上黃旗~烏龍溝深斷裂。這些斷裂不具活動性,且距離場區(qū)較遠,對工程無影響。

        工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g,相應(yīng)地震基本烈度Ⅵ度。

        1.4 水文地質(zhì)條件

        工程區(qū)屬典型的大陸性干旱氣候,多年平均降水量420mm。

        閃電河常年徑流,但流量小。水庫水屬HCO3-Ca-Mg型水,礦化度0.279g/L,PH值7.7,對混凝土無腐蝕性。

        場區(qū)地下水屬孔隙潛水,主要賦存于Q4al礫砂層,水位高程95.82~97.83m。地下水屬HCO3-Ca型水,礦化度0.39g/L,PH值7.6,對混凝土無腐蝕性。

        表1 閃電河水庫地基土細砂、礫砂顆粒分析統(tǒng)計表

        1.5 物理地質(zhì)現(xiàn)象及沼澤化

        建筑物附近無沖溝、塌滑體、泥石流等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。

        壩后低洼處多有積水,逐漸形成了沼澤地。

        2. 問題分析

        經(jīng)現(xiàn)場檢查及勘探分析,閃電河水庫存在與地質(zhì)相關(guān)的主要問題有:壩基滲漏及壩后沼澤化,壩基土滲透變形,壩體迎水坡局部塌陷。

        2.1 壩基滲漏及壩后沼澤化

        水庫低水位期在壩后地勢低洼處多處出現(xiàn)積水,壩后成為沼澤地,當庫水位抬高時壩后則多處出現(xiàn)地表明流。壩基滲漏嚴重,對大壩安全運行構(gòu)成威脅。

        勘探揭露壩基河床地表薄層壤土以下,分布有厚4~10m礫砂層,抽水試驗確定其滲透系數(shù)2.1×10-2~4.4×10-2cm/s,屬強透水層。庫水在庫區(qū)下滲后,沿砂層向下游徑流,穿過壩體下部,在壩后出露。礫砂層是庫區(qū)滲漏的主要通道,庫水沿礫砂層滲漏,是造成壩后沼澤化的直接原因。

        2.2 壩基土滲透變形

        大壩樁號2+420以右(包括右輸水洞),地基土表層細砂、礫砂在水庫高水位長時間運行時,易產(chǎn)生滲透變形造成破壞。顆粒組成見表1。

        根據(jù) 《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50487—2008附錄G,判定細砂的滲透變形為流土型,允許水力比降可取0.26。礫砂的滲透變形為過渡型,允許水力比降可取0.23。

        根據(jù)設(shè)計資料,細砂層承受最大水頭9m,砂層位置最短滲徑32m,實際最大水力比降0.28,細砂層存在滲透破壞可能。礫砂層承受最大水頭10m,砂層位置最短滲徑40m,實際最大水力比降0.25,礫砂層存在滲透破壞可能。

        2.3 壩體迎水坡局部塌陷

        據(jù)水庫運行資料,樁號2+360~2+440壩體迎水坡面高程98~101m范圍內(nèi)曾出現(xiàn)整體塌陷現(xiàn)象,后用碎石填平。

        針對壩坡塌陷情況,進行了重點探查。該段壩體主要由砂壤土填筑,含砂粒較多,少含小礫石,較密實,平均含水率9.8%,平均干密度1.75g/m3,平均滲透系數(shù)1.9×10-4cm/s,屬中等透水。

        根據(jù)勘探資料結(jié)合水庫運行情況綜合分析其形成原因:一是該高程段正處在冰融風浪沖刷掏蝕影響帶,又經(jīng)過雨水淋蝕,加速反濾層破壞。二是該段填筑土屬砂性土,抗沖刷能力差。

        3. 處理建議

        根據(jù)以上分析,結(jié)合實際情況,提出以下處理建議:一是為減少滲漏,避免砂層滲透破壞,消除壩后沼澤化,應(yīng)采取垂直防滲處理措施,截斷滲漏通道。二是對樁號2+360~2+440壩體迎水坡面塌陷段,重做反濾層及砌石護坡工程。

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        特細砂混凝土的研究現(xiàn)狀及研究展望
        西安主城區(qū)砂層工程地質(zhì)特征分析
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