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        陽高縣守口堡水庫壩基滲漏分析

        2014-12-25 02:06:28楊光輝
        山西水利科技 2014年2期
        關(guān)鍵詞:松散層卵石壩基

        楊光輝

        (1太原理工大學(xué) 山西太原030024;2山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 山西太原030024)

        1 守口堡水庫概況

        守口堡水庫壩址位于守口堡村北黑水河河谷中,屬?。?)型水庫,工程等別為Ⅲ等,壩型為混凝土重力壩,主要建筑物為3級,次要建筑物為4級,設(shè)計(jì)庫容964.00萬m3,設(shè)計(jì)壩高64.9m,正常蓄水位相對高程240 m。

        2 壩基地質(zhì)條件簡述

        壩基巖層片理產(chǎn)狀:N80°W/SW∠32°,傾向右岸下游方向,受動力變質(zhì)及混合巖化作用,層面不甚發(fā)育。壩基無大的斷裂發(fā)育。僅在靠右岸處發(fā)育有小型斷層及裂隙破碎帶,破碎帶寬度為0.1~2m,延伸200~300 m,為角礫和泥質(zhì)全充填,影響帶寬度5~30 m。

        巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育,主要發(fā)育四組:①組N32~46°W/NE∠69~82°,②組 N12~27°E/SE∠49~69°,③組 N68~78°W/NE∠31~79°,④組 N63~74°E/NW∠61~72°。

        據(jù)鉆孔揭露基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度0.90~5.00 m,弱風(fēng)化層厚度4.30~8.75m,弱風(fēng)化層下限相對高程178.5~190.5m。據(jù)鉆孔壓水資料分析,壩基巖體在基巖面以下,在相對高程149~196m以上巖體屬中等透水性,厚度3~28m。壩基左側(cè)河床中等透水巖體厚度16~28m,右側(cè)中等透水巖體厚度3~5m。以下為弱透水巖體,鉆探深度內(nèi)未揭露微透水巖體。

        壩址覆蓋層地下水位隨季節(jié)變化,勘探期間地下水位相對高程202.38~203.8m。

        3 壩基滲漏問題分析

        3.1 壩基松散層滲漏問題

        壩基松散覆蓋層主要為卵石混合土,結(jié)構(gòu)松散,透水性大,厚度6.5~19.8m,平均厚度16.5m。卵石混合土抽水試驗(yàn)、現(xiàn)場注水試驗(yàn)滲透系數(shù)8.7~12.3m/d,按10.3m/d來計(jì)。同時考慮到強(qiáng)風(fēng)化層透水性亦較大,計(jì)算時也計(jì)入其中,強(qiáng)風(fēng)化層0.9~5.0 m,按3.0 m計(jì),鉆孔注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為1.12~2.69m/d,滲透系數(shù)取2.5m/d。加權(quán)平均滲透系數(shù)Kcp為9.1m/d。

        壩基松散層滲漏量按以下公式進(jìn)行計(jì)算:

        式中:Q—滲漏量,m3/d;

        H—壩前正常蓄水位與下游水位差,m;

        2b—壩基寬度,m;

        Kcp—滲透層平均滲透系數(shù),m/d;

        B—滲透層寬度,m;

        T—滲透層厚度,m。

        經(jīng)過計(jì)算,大壩基礎(chǔ)松散層滲漏量計(jì)算成果見表1。

        表1 壩基松散層滲漏計(jì)算表

        由表1可知,在正常蓄水位240.08m時,壩基松散層滲漏量為19659.9m3/d。壩基松散覆蓋層滲漏性大,建議進(jìn)行清除。

        3.2 壩基松散層滲透變形問題

        壩基地層為第四系松散層,物質(zhì)組成以卵石混合土為主,局部夾有細(xì)砂透鏡體,結(jié)構(gòu)松散,分選較差,磨圓一般。厚度6.5~19.8m。

        壩基卵石混合土顆粒分析試驗(yàn):卵石含量30.8%~32.79%,礫石含量55.0%~57.2%,砂含量10.4%~15.3%,不均勻系數(shù)Cu=60~66.3,曲率系數(shù) Cc=5.8~10.2。

        3.2.1 滲透變形類型

        據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287-2008)附錄G土的滲透變形判別規(guī)定,對不均勻系數(shù)大于5的土可按其細(xì)顆粒含量(P),以質(zhì)量百分率計(jì)(%)以下列判別式來判別:

        流土:P≥35%

        過渡型:25%≤P<35%

        管涌:P<25%

        計(jì)算結(jié)果表明,壩基土滲透變形類型為管涌。

        根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊》中提供的經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行了判別。判別采用了雙標(biāo)準(zhǔn):一是不均勻系數(shù),二是細(xì)粒含量。

        1)不均勻系數(shù)判別:壩基混合土卵石中,試樣的不均勻系數(shù)Cu=60~66.3,均大于20,故滲透變形類型為管涌破壞。

        2)細(xì)粒含量判別:手冊中的細(xì)粒含量指粒徑小于1mm的顆粒所占整個土重的比例(%)。從篩分統(tǒng)計(jì),試樣細(xì)粒含量介于10.63%~11.07%之間,均小于25%,滲透變形類型為管涌。

        綜上所述,按兩種判別方法的判定,壩基土滲透變形類型為管涌。

        3.2.2 允許水力比降的確定

        1)臨界水力比降的確定:混合土卵石層管涌的臨界水力比降確定采用《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287-2008)附錄G中管涌型或過渡型計(jì)算公式:

        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,取經(jīng)驗(yàn)值2.65;

        n—土的孔隙率(%),取值24.5%;

        d5、d20—分別占總土重的5%和20%的土粒粒徑,mm,分別取值 0.84、9.7。

        經(jīng)計(jì)算,壩基混合土卵石層臨界水力比降Jcr為0.18。

        據(jù)壩基探坑、豎井滲水試驗(yàn)成果,壩基覆蓋層滲透系數(shù)在14.6~27.9m/d之間,根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊》中管涌臨界臨界水力比降與滲透系數(shù)關(guān)系曲線查得,Jcr=0.30~0.42;壩基覆蓋層細(xì)粒含量一般在10.63%~11.07%之間,據(jù)《水利水電工程地質(zhì)手冊》中臨界水力比降與細(xì)粒含量(<1mm)關(guān)系曲線查得,臨界水力比降Jcr取值范圍為0.11~0.3。

        經(jīng)綜合考慮后,建議產(chǎn)生管涌的臨界水力比降總體按0.24考慮。

        2)允許水力比降的確定:據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287-99),宜以土的臨界水力比降除以1.5~2.0的安全系數(shù)后做為土的允許水力比降,考慮到本工程的重要性,安全系數(shù)取2.0,因此,壩基土產(chǎn)生管涌變形的允許水力比降為0.12,建議進(jìn)行大壩設(shè)計(jì)時,壩基允許水力比降總體按0.12考慮。

        綜合各種因素考慮,建議卵石混合土層J允許取值0.12。

        混凝土重力壩壩基建基面應(yīng)具有足夠的力學(xué)強(qiáng)度、足夠的抗滑穩(wěn)定安全性、足夠的抗變形性能和良好的抗?jié)B性能,并有足夠的耐久性,防止巖體性質(zhì)在高壓水的長期作用下發(fā)生惡化。良好的壩基應(yīng)具有巖體完整性、足夠的抗變形和承載能力、弱的透水性和整體穩(wěn)定性,以免變形過大引起地基破壞。由于壩基覆蓋層存在管涌破壞,建議全部清除。

        3.3 壩基基巖滲漏問題

        壩基巖體中發(fā)育的節(jié)理裂隙是壩基滲漏的主要滲漏通道,壩基巖體上部為中等~弱透水性巖體,在庫水作用下將會產(chǎn)生壩基滲漏。

        圖1 壩軸線的壩基剖面圖

        根據(jù)壩軸線上鉆孔壓(注)水試驗(yàn)資料,壩基巖體的透水性分布特征:

        (1)壩軸線剖面(見圖1)水平距離155~265m地段,基巖面相對高程189~207m。(a)壩基巖體中等透水帶(q=10~100 Lu)厚度15~28m,下限相對高程157~174m,透水率10~16.2Lu,平均值10.1Lu。(b)弱透水帶上部(q=5~10 Lu)厚度16.5~30 m,下限相對高程143~150 m,透水率7.4~9.8Lu,平均值9.1Lu。(c)在相對高程143~150 m以下的巖體透水率小于5Lu,為相對隔水層。

        (2)壩軸線剖面水平距離265~410 m地段,基巖面相對高程189~207m。(a)壩基巖體中等透水帶(q=10~100 Lu)厚度3~15m,下限相對高程174~196m,巖體滲透系數(shù)1.121~2.685m/d,平均值1.903m/d。(b)弱透水帶上部(q=5~10 Lu)厚度30~41m,下限相對高程150~155m,透水率5.0~9.8Lu,平均值6.4Lu。(c)在相對高程150~155m以下巖體透水率小于5Lu為相對隔水層。

        依據(jù)壩基巖體的透水性分布特點(diǎn),壩基滲漏量采用分段計(jì)算。計(jì)算時以巖體透水率小于5Lu巖體為相對隔水頂板。

        壩基滲漏量扔按公式(1)計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表2。

        表2 壩基滲漏計(jì)算統(tǒng)計(jì)表

        經(jīng)計(jì)算,壩基基巖滲漏量為1225.80 m3/d。建議對壩基做帷幕灌漿處理,處理下限相對高程150~155m。

        4 結(jié)論

        1)壩址河床有較厚覆蓋層,工程地質(zhì)條件差,存在滲漏及滲透穩(wěn)定等工程地質(zhì)問題,建議清除。

        2)壩基巖體工程地質(zhì)條件較好,存在壩基滲漏、壩基抗滑穩(wěn)定、基坑涌水及開挖邊坡穩(wěn)定等工程地質(zhì)問題。建議大壩基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體中,對壩基巖體進(jìn)行帷幕灌漿處理,并做好基坑排水及邊坡支護(hù)等處理措施。

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