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        DQ水電站壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析及探討

        2017-08-01 00:21:39楊蜀湘
        陜西水利 2017年2期
        關(guān)鍵詞:壩址卸荷壩基

        楊蜀湘

        DQ水電站壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析及探討

        楊蜀湘

        (新疆六師審計(jì)中心,新疆五家渠831300)

        以DQ水電站為例,結(jié)合該水電站壩線區(qū)的地質(zhì)條件,針對(duì)左右岸坡穩(wěn)定性、壩基巖體強(qiáng)度、壩基巖體壓縮變形、壩基抗滑穩(wěn)定性、壩基滲漏及繞壩滲漏等問(wèn)題,采用物理力學(xué)試驗(yàn)和對(duì)比計(jì)算的方法,提出選用左岸錨固支護(hù),右岸進(jìn)行錨桿、錨索加掛網(wǎng)噴混凝土,具有可行性的壩基開(kāi)挖、防護(hù)加固及防滲處理方案,攻克了工程壩址內(nèi)地質(zhì)條件薄弱、抗滑穩(wěn)定性差、滲透性強(qiáng)的難題,為工程順利實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        水電站;壩址;地質(zhì);分析

        DQ水電站壩址地基巖體褶皺發(fā)育,巖層產(chǎn)狀陡立,為橫向河谷。壩址兩岸巖體風(fēng)化強(qiáng)烈,強(qiáng)風(fēng)化巖體埋深一般15 m~27 m,河床沖積層厚16 m~22 m,壩址工程地質(zhì)條件較差??裳须A段進(jìn)一步查明河床沖積層厚度、物質(zhì)組成及性狀,兩岸巖體的工程地質(zhì)條件及地下水位,為工程實(shí)施階段提供全面的數(shù)據(jù)支撐,并提出了科學(xué)合理的防護(hù)措施。本水電站擬建攔河壩高59.5 m,裝機(jī)容量約81 MW,工程規(guī)模為中型,攔河壩推薦為重力壩型,壩后式廠房,建設(shè)任務(wù)以發(fā)電為主。

        1 壩線工程地質(zhì)分析

        1.1 開(kāi)挖邊坡及基坑穩(wěn)定性

        左右岸坡大部分為第四系殘坡積、崩坡積覆蓋層,局部出露基巖,覆蓋層巖性為碎石土夾塊石,厚度2.0~5.0 m。下伏基巖均為三迭系中統(tǒng)法郎組上段上部:青灰色、灰黑色薄層狀粉砂巖夾細(xì)砂巖、頁(yè)巖等。

        左岸坡面產(chǎn)狀57°∠36°,陡坡地形.層面產(chǎn)狀162°∠75°,裂隙發(fā)育一組:240°∠35°,經(jīng)赤平投影(圖1)分析,無(wú)不利結(jié)構(gòu)面組合出現(xiàn),岸坡卸荷裂隙不發(fā)育。左壩肩、左岸坡基本穩(wěn)定。

        右岸坡:坡面產(chǎn)狀237°∠28°。裂隙發(fā)育一組:216°∠10°,該組裂隙發(fā)育,卸荷張開(kāi)明顯,結(jié)構(gòu)面多泥質(zhì)半充填。層面產(chǎn)狀75°~162°∠40°~75°,結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀變化較大,層間擠壓帶發(fā)育,結(jié)構(gòu)面多泥化,泥化帶寬度0.5~5cm不等。經(jīng)赤平投影(圖2)分析,層面與強(qiáng)卸荷裂隙在邊坡上形成不穩(wěn)定的楔形體。岸坡卸荷裂隙發(fā)育,右壩肩、右岸坡穩(wěn)定性差,但卸荷帶下部巖體穩(wěn)定性較好。[1]

        圖1 壩線左岸邊坡赤平投影圖

        圖2 壩線右岸邊坡赤平投影圖

        1.2 壩基巖體強(qiáng)度及壓縮變形

        壩基表層第四系松散層強(qiáng)度低,壓縮性大,存在壓縮變形問(wèn)題。

        壩基表層強(qiáng)風(fēng)化基巖巖體工程地質(zhì)分類為ⅣC類巖體,承載力不能滿足重力壩的要求,會(huì)產(chǎn)生壩基壓縮變形問(wèn)題。壩基弱風(fēng)化細(xì)砂巖、粉砂巖巖體工程地質(zhì)分類為Ⅲ2B、Ⅲ1B類,據(jù)六郎洞電站廠房開(kāi)挖邊坡統(tǒng)計(jì),細(xì)砂巖約占60%,粉砂巖約占40%。弱風(fēng)化細(xì)砂巖、粉砂巖[R]=3~5 MPa,承載力能基本滿足重力壩基礎(chǔ)的壓縮要求,因此重力壩基礎(chǔ)不會(huì)產(chǎn)生壓縮變形及不均勻沉陷問(wèn)題。[2]

        1.3 壩基抗滑穩(wěn)定性

        壩基強(qiáng)風(fēng)化巖體雖然結(jié)構(gòu)面組合對(duì)抗滑穩(wěn)定有利,但抗剪斷強(qiáng)度較低,存在滑動(dòng)破壞條件。

        左岸壩基段:該段壩基為弱風(fēng)化巖體,巖體工程地質(zhì)分類為Ⅲ2B類,弱風(fēng)化細(xì)砂巖占約40%,弱風(fēng)化粉砂巖占約60%;巖體為層狀鑲嵌結(jié)構(gòu),呈互層狀構(gòu)造。左岸段壩軸線與向斜軸交角21°,為橫向河谷。巖層層面陡傾,層間擠壓帶發(fā)育。主要發(fā)育結(jié)構(gòu)面一組:順河緩—中傾角結(jié)構(gòu)面,傾向左岸山內(nèi)。據(jù)結(jié)構(gòu)面赤平投影的組合分析,無(wú)不利結(jié)構(gòu)面組合,巖體抗剪斷強(qiáng)度較高,因此左岸壩基抗滑基本穩(wěn)定。

        右岸壩基段:該段壩基為弱風(fēng)化巖體,巖體工程地質(zhì)分類為Ⅲ2B類,弱風(fēng)化細(xì)砂巖占約40%,弱風(fēng)化粉砂巖占約60%;巖體為層狀鑲嵌結(jié)構(gòu),呈互層狀構(gòu)造。右岸段壩軸線與向斜軸交角21°,為橫向河谷。弱風(fēng)化巖體抗剪斷強(qiáng)度較高,抗滑穩(wěn)定性較好。巖層層面陡傾,層間擠壓帶發(fā)育,f1斷層帶從右岸壩基上部通過(guò),總體陡傾向右岸山內(nèi)偏上游。主要發(fā)育結(jié)構(gòu)面A組:順河緩—中傾角結(jié)構(gòu)面,傾向河床。據(jù)結(jié)構(gòu)面赤平投影的組合分析,A組和層面將淺表陡坡切割成相對(duì)不穩(wěn)定的楔形體,其中A組結(jié)構(gòu)面形成優(yōu)勢(shì)軟弱結(jié)構(gòu)面,向河床面具備一定的臨空滑動(dòng)條件,因此右岸壩基f1斷層帶淺層抗滑不穩(wěn)定,通過(guò)壩基處理,可滿足抗滑穩(wěn)定要求。而深層因軟弱結(jié)構(gòu)面組合向河床及下游方向不具備臨空條件,右岸壩基卸荷帶下部抗滑基本穩(wěn)定。[3]

        1.4 滲流穩(wěn)定性

        河床洪沖積層結(jié)構(gòu)松散,透水性較強(qiáng),存在發(fā)生管涌的條件,壩軸線處最大厚度約22 m,需清除。

        強(qiáng)~弱風(fēng)化巖體透水性中等~弱,結(jié)構(gòu)面較發(fā)育,但抗?jié)B透變形能力強(qiáng),基本不存在滲透變形破壞。右岸發(fā)育f1斷層,為逆斷層,據(jù)ZKx6孔透水性微弱,但上盤(pán)巖體破碎,抗?jié)B透變形能力差,可能存在管涌破壞的可能性。

        1.5 壩基滲漏及繞壩滲漏

        1.5.1 滲漏分析

        河床壩基砂礫石滲漏分析:河床部位為砂卵礫石夾粉細(xì)砂層,滲透性為中等~強(qiáng)透水,是壩基產(chǎn)生滲漏的主要部位,建議全部清除。

        河床壩基巖層滲漏分析:壩基巖層上部巖層透水率q=7~20 Lu,為弱透水層。其下巖層透水率q=1~5 Lu,屬弱透水層,為相對(duì)隔水層。

        左壩肩基巖透水率q=7~18 Lu,為弱至中等透水性,埋深約45 m;以下巖層透水率q=1.9~4.9 Lu,屬弱透水,為相對(duì)隔水層。左壩基存在繞壩滲漏。

        右壩肩上部巖層透水率q=6.7~37Lu,為中等透水,局部為強(qiáng)透水層。以上部位是右岸坡滲漏的主要部位。深部巖層透水率為q=2.7~3.3Lu,屬弱透水,為相對(duì)隔水層。右壩基存在繞壩滲漏。

        1.5.2 滲漏估算

        (1)工程特性

        按重力壩壩型估算,壩頂高程1005.0 m,正常蓄水位1001.0 m,壩底寬(最小)47.2 m。

        (2)計(jì)算公式

        (3)滲漏計(jì)算邊界及計(jì)算參數(shù)確定

        壩基滲漏段(B)為正常高水位與兩壩肩清基后同地面交點(diǎn)的間距,透水層厚度(T)系從建基面至相對(duì)隔水層頂板的平均厚度確定。

        繞壩滲漏寬度左、右岸以壩肩至正常高水位與岸坡地下水位交點(diǎn)的間距確定;滲徑長(zhǎng)度L按L=B×π近似計(jì)算。

        H為上、下游水頭差,平均滲透系數(shù)K值采用K=0.02∑s· q/∑s加權(quán)平均統(tǒng)計(jì)(建基面以下)。

        (4)取值計(jì)算

        計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

        壩基及繞壩滲漏總量為1246.85 m3/d,年滲漏總量為45.51×104m/y,占總庫(kù)容的(總庫(kù)容5433.3萬(wàn)m3)0.84%,滲漏量較小。[4]

        2 壩基開(kāi)挖原則及處理措施

        2.1 壩基開(kāi)挖原則

        表1 重力壩基、壩肩滲漏計(jì)算表

        建議壩基建基面置于弱微風(fēng)化巖體中,且壩趾下游不能出現(xiàn)臨空面。根據(jù)壩基巖體的風(fēng)化程度、卸荷情況及壩基荷載大小確定壩基開(kāi)挖原則:

        (1)河床及兩岸部位挖除覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖體,將大壩基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上;大致以巖體聲波波速Vp≥3500 m/s以下為建基面。

        (2)對(duì)于構(gòu)造破碎帶、深風(fēng)化槽等,應(yīng)采取加深開(kāi)挖、作混凝土塞等措施;對(duì)于部分未開(kāi)挖的強(qiáng)卸荷松馳巖體,須采取固結(jié)灌漿進(jìn)行加固。

        2.2 開(kāi)挖處理措施

        根據(jù)上述開(kāi)挖原則,并結(jié)合勘探成果,各部位壩基開(kāi)挖深度及處理措施如下:

        (1)左岸坡開(kāi)挖深度12 m左右,穩(wěn)定性較好,進(jìn)行錨桿支護(hù),小斷層作混凝土塞處理。

        右岸卸荷較發(fā)育,開(kāi)挖深度20~26 m,開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定性較差,建議進(jìn)行錨桿、錨索加掛網(wǎng)噴混凝土處理。此外,對(duì)建基面f1斷層破碎帶,必須進(jìn)行掏挖,回填鋼筋混凝土塞處理,小斷層作混凝土塞處理。

        (2)帷幕灌漿

        防滲處理:按規(guī)程要求透水率q<5 Lu可視為相對(duì)隔水邊界,防滲體底界按進(jìn)入相對(duì)隔水層5m控制。帷幕深度:左岸進(jìn)入清基線以下40~43 m,右岸進(jìn)入清基線以下29~33 m。帷幕長(zhǎng)度:河谷段帷幕線長(zhǎng)223.75 m。根據(jù)兩壩肩滲透性及弱透水帶頂板分布特征,左岸坡帷幕線與相對(duì)隔水層相交,右岸坡帷幕線與地下水位相交。即左岸由左壩肩向外延伸86.72 m,右岸由右壩肩向外延伸52.29 m。

        建議采用單排孔布置帷幕灌漿,孔距約1.5 m,斷層破碎帶為2~3排孔布置。

        (3)固結(jié)灌漿

        建議進(jìn)行固結(jié)灌漿,呈梅花型布置灌漿孔,孔距3~4 m,排距3~4 m,深度5~8 m。在f1斷層破碎帶、影響帶位置加深加密灌漿孔。

        (4)由于沖刷坑對(duì)大壩穩(wěn)定及兩岸坡強(qiáng)風(fēng)化巖體的穩(wěn)定影響較大,建議不能采用挑流消能,而要設(shè)消力池消能,避免產(chǎn)生沖刷坑。[5-6]

        3 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)DQ水電站壩址區(qū)工程地質(zhì)條件的初步分析評(píng)價(jià),廠房布置于壩軸線右岸河邊,處于向斜與背斜之間,巖層總體傾向上游偏右岸,廠房基巖體為薄層狀粉砂巖夾細(xì)砂巖,承載力可滿足設(shè)計(jì)要求;結(jié)合大壩進(jìn)一步復(fù)查廠房基工程地質(zhì)條件,廠房整體抗滑穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。電站地質(zhì)條件較復(fù)雜,經(jīng)過(guò)仔細(xì)的勘察和地質(zhì)條件分析,調(diào)整壩址、壩線和廠房型式等,合理優(yōu)化基巖面,確保了工程順利實(shí)施,成功解決了壩基開(kāi)挖、防滲等難題。水電站投產(chǎn)至今,未發(fā)現(xiàn)地質(zhì)安全隱患。

        [1]GB50287-2006,水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

        [2]GB18306-2001,中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖[S].

        [3]DL/T5414-2009,水電水利工程壩址工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程[S].

        [4]張成儉.引洮工程TBM施工極軟巖隧洞段工程地質(zhì)問(wèn)題分析與評(píng)價(jià)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2011(04):60-63.

        [5]季旭.可溶巖區(qū)長(zhǎng)隧洞工程地質(zhì)問(wèn)題研究與分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2015(02):94-97.

        [6]王海宏.吊鐘水庫(kù)大壩安全鑒定工程地質(zhì)勘察[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2008(02):72-73.

        TV221.2

        B

        1673-9000(2017)02-0146-03

        2016-01-10

        楊蜀湘(1971-),男,湖南邵陽(yáng)人,工程師,主要研究方向:水利工程設(shè)計(jì)、造價(jià)等。

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