李宏沖,李萬里,劉灝懿,李森,劉威
打磨崗灌區(qū)煙草水源工程壩址區(qū)工程地質條件分析與評價
李宏沖1,2,李萬里1,2,劉灝懿1,2,李森1,2,劉威1,2
(1.河南南陽市水利建筑勘測設計院,河南南陽473000;2.河南靈捷水利勘測設計研究有限公司,河南南陽473000)
根據(jù)打磨崗灌區(qū)煙草水源工程情況,對壩址區(qū)地形地貌、地層巖性、地質構造及物理地質現(xiàn)象、工程地質條件等進行分析和評價,對壩基巖體結構進行了工程地質分類,并提出了巖體力學參數(shù)建議值,為該水源工程的設計和施工提供了地質依據(jù),也為工程實施后安全運行提供了科學的資料。
水源工程;壩址;工程地質條件;巖體結構分類
擬建打磨崗灌區(qū)煙草水源工程位于內鄉(xiāng)縣馬山口鎮(zhèn)杜洛村外坡組青山河上,該河道為湍河支流默河東支流,屬長江流域白河水系。壩上游控制流域面積112.3 km2,主河道長20.02 km,河道平均比降0.014。全流域屬中低山區(qū)。水源工程主要建筑物包括碾壓混凝土重力壩、引水隧洞等。碾壓混凝土重力壩(中壩線)由左非溢流壩段、溢流壩段、右非溢流壩段及沖砂洞等建筑物組成,壩軸線長234.0 m,非溢流壩段壩頂高程304.50 m,總長134.0 m,溢流壩段壩頂高程297.00 m,段長100.0 m,采用挑流消能,工程等別為Ⅳ等,主要建筑物級別為4級,設計洪水標準取為50年一遇,設計水位301.36 m,庫容為887.7萬m3;校核洪水標準取為500年一遇,校核水位302.91 m;總庫容為983.3萬m3;死水位277.80 m,相對庫容為87萬m3;興利水位297.00m,相對庫容為562萬m3。灌區(qū)面積由原5.12萬畝擴大到11.78萬畝。工程位置見圖1。
工程區(qū)位于伏牛山南坡,五朵山南麓,在中國大地構造單元上位于二郎坪—劉山崖晉寧地向斜褶皺之南,朱陽關—夏館—大河、商南—馬山口深斷裂北側和灌漲—馬山口—喬端、七里坪—余關斷裂東側。影響庫壩區(qū)構造穩(wěn)定性的因素較多,區(qū)域內的灌張——馬山口斷裂、湍河斷裂為發(fā)震構造,兩條較大的深斷裂帶為控震構造帶;其余幾條斷裂從新構造的活動強度分析,地震活動強度逐漸減弱、周期性逐漸延長、地殼升降幅度明顯減小、第四紀以來未發(fā)生活動等,地殼運動逐漸趨于穩(wěn)定,庫壩區(qū)屬于基本穩(wěn)定區(qū)。工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g,動反應譜特征周期0.35 s,相應的地震基本烈度為Ⅵ度。
圖1 工程位置示意圖
3.1 地形、地貌及地層巖性
壩軸線所處位置為中低山區(qū)。河谷底寬約39.0 m,谷底高程在258.75 m~259.11 m,谷底與兩岸山頂相對高差超過45 m。河谷走向240°,河谷為“U”型谷,壩軸線方向326°。該壩址兩岸山體基本對稱,左岸山體自然坡度60°~70°;右岸山體自然坡度30°~40°,兩岸植被發(fā)育良好。壩址區(qū)的地層較單一,主要為華力西期片麻狀花崗巖,少量的殘坡積地層,其中:華力西期片麻狀花崗巖(γ42),在庫區(qū)廣泛分布,新鮮面呈灰白、白色,風化面呈暗灰色、灰黃色,中粗粒結構,塊狀構造。壩址區(qū)第四系殘坡積礫質土不發(fā)育,僅在坡度較緩的山體表部及坡腳零星分布,灰黃色,結構稍密~中密,礫石含量20%~30%,砂粒含量20%~30%,細粒土含量40%~50%;礫石成分主要為片麻狀花崗巖,磨圓度差,多呈棱角狀。
3.2 地質構造及物理地質現(xiàn)象
壩段內地質構造線與區(qū)域構造線方向近一致,呈NWW走向。左壩肩發(fā)育有F10、F11兩條斷層,其中:F10:位于中壩線左壩肩上游30 m處,斷層長42.0 m,斷層帶寬1.0 m,為一張性斷層,斷層帶內巖石破碎,充填碎石土,斷層產狀:走向270°、傾向180°、傾角50°;F11:位于中壩線左壩肩下游40 m處,斷層長35.0 m,斷層帶寬0.5 m,斷層帶內巖石破碎,充填碎石土。產狀:走向140°、傾向50°、傾角40°。壩址區(qū)表部巖石節(jié)理較發(fā)育,主要為風化卸荷裂隙,巖體被切割成大小不等的塊狀,完整性較差。
3.3 工程地質條件
3.3.1 左壩肩(0+000~0+057)
左壩肩山體呈北東—南西向,山體雄厚,自然坡度60°~70°,壩肩巖性為片麻狀花崗巖夾薄層云母石英片巖,強風化厚度3.5m,以下為弱-微風化巖石。該壩肩發(fā)育有F10、F11斷層,由于其規(guī)模較小,對左壩肩的穩(wěn)定性影響不大。左壩肩巖石裂隙發(fā)育有四組:①傾向265°~270°、傾角80°~55°,該組裂隙傾向左岸,為張性節(jié)理;②傾向90°~95°、傾角65°~70°,該組裂隙傾向右岸,為張性節(jié)理;③傾向5°~15°、傾角50°~60°,該組裂隙傾向下游,為張性節(jié)理;④傾向215°~225°、傾角50°~60°,該組裂隙傾向上游,對壩基穩(wěn)定較為有利。以上四組裂隙,第②、④組較發(fā)育,第①、③組次之。由于巖石表部裂隙發(fā)育,并且多數(shù)裂隙無充填,形成滲透通道。該壩肩上部巖石強風化厚度3.5 m,巖石透水率54.63 Lu,中等透水,弱風化巖石厚27.4 m,巖石透水率3.98~30.4 Lu,弱—中等透水;其下微風化巖石,巖石透水率0.48~0.51 Lu,弱透水。因此左壩肩存在繞壩滲漏問題,建議對左壩肩進行帷幕灌漿處理。
3.3.2 右壩肩(0+096~0+234)
右壩肩山體呈北西-南東向,山體較雄厚,自然坡度30°~40°。壩肩巖性為片麻狀花崗巖,夾薄層大理巖及云母石英片巖捕虜體,在山坡、坡腳上零星分布有礫質土,厚度約2.7 m。右壩肩巖石裂隙發(fā)育有四組:①傾向85°~95°、傾角40°~50°,該組裂隙傾向右岸,為張性節(jié)理;②傾向345°~355°、傾角40°~50°,該組裂隙傾向下游,為張性節(jié)理;③傾向160°~170°、傾角60°~70°,該組裂隙傾向上游,為張性節(jié)理,對壩基穩(wěn)定較為有利;④傾向245°~255°、傾角75°~85°,該組裂隙傾向右岸,為張性節(jié)理。以上四組裂隙,第①、③、④組最發(fā)育,第②組次之,由于巖石表部裂隙發(fā)育,互相切割,將巖體切割成碎塊狀。該壩肩上部巖石強風化厚度3.9 m,巖石透水率20.65 Lu,中等透水,弱風化巖石厚8.8 m,巖石透水率17.12~27.59 Lu,中等透水;其下微風化巖石,巖石透水率2.8~45.4 Lu,弱-中等透水,因此右壩肩存在繞壩滲漏問題,根據(jù)圖2滲透剖面圖,建議右壩肩防滲處理范圍為:向下深入弱透水以下5.0 m。
圖2 壩址區(qū)滲透剖面圖
3.3.3 河槽段(0+057~0+096)
該壩址河床偏于左岸,巖性為片麻狀花崗巖夾云母石英片巖捕虜體,弱風化巖石厚度為4.8 m,巖石透水率64.1 Lu,中等透水;下部為微風化巖石,巖石透水率0.64~37.4 Lu,弱-中等透水。因此河槽段存在壩基滲漏問題,建議進行帷幕灌漿處理。
壩基巖體片麻狀花崗巖為巖漿巖,強度高,抗風化能力強,受地質構造運動影響,隱蔽裂隙較發(fā)育,爆破或受其它外力作用后,易沿裂隙面破碎成塊度大小不一的石塊,表現(xiàn)為“硬、脆、碎”的工程地質特征。
表1 壩基巖石力學參數(shù)的地質建議值
4.1 壩基巖體結構
根據(jù)節(jié)理統(tǒng)計和鉆孔取芯觀察,壩址區(qū)巖石節(jié)理發(fā)育,巖石被切割成碎塊狀。依據(jù)裂隙間距將壩基巖體結構分類如下[1-2]:碎裂結構:強風化巖石,結構面很發(fā)育,間距一般在3~4 cm之間,巖體較破碎;鑲嵌碎裂結構:弱風化巖石結構面較發(fā)育,間距一般在10~30 cm之間,巖體完整性差,巖塊鑲嵌緊密;次塊狀結構:微風化巖石結構面中等發(fā)育,間距一般在30~50 cm,巖體較完整,呈次塊狀。
4.2 壩基巖體工程地質分類
依據(jù)壩基巖體結構和飽和單軸抗壓強度,參照GB50487-2008《水利水電工程地質勘察規(guī)范》附錄V,壩基巖體的工程地質類別為[3-4]:碎裂結構:強風化巖石,結構面很發(fā)育,間距一般在3 cm~4 cm之間,巖體較破碎,巖體工程地質分類屬Ⅳ~Ⅴ類;弱風化巖石為Ⅲ類中的BⅢ2類,巖體較完整,局部完整性差,抗滑和抗變形性能在一定程度上受結構面和巖石強度控制;微風化巖石為Ⅲ類中的BⅢ1類,巖體較完整,有一定的強度,抗滑、抗變形性能受結構面和巖石強度控制。
4.3 巖體的物理力學參數(shù)和承載力
壩基巖石主要片麻狀花崗巖,為硬質巖石,但風化程度不一,結合巖石結構和巖體完整程度,確定承載力為:強風化500 kPa,弱風化2000 kPa,微風化2500 kPa。根據(jù)巖體結構類型及巖體類別的劃分,本次對壩基片麻狀花崗巖進行了抗壓強度等試驗,
TV221.2
B
1673-9000(2017)02-0067-03
2016-12-23
李宏沖,(1985-),男,寧夏中寧人,工程師,主要從事水利、建筑、公路等行業(yè)的巖土工程勘察、治理工作。