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(广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院,广西 南宁 530023)
【摘 要】通过野外地质测绘、钻探及室内试验等手段,查明了广西百色市德保县扶平水库库区及坝址的工程地质条件,并针对建基面的选择、抗滑稳定、渗漏及开挖边坡稳定问题进行分析评价,为设计提供依据。
【关键词】坝址;坝基;工程地质条件;分析;评价
【中图分类号】TV221.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688(2016)06-0130-03
1 工程概况
扶平水库工程位于百色市德保县敬德镇扶平村扶平河上游6.5 km处,将扶平河河水经水库调蓄后通过输水管道向下游扶平、驮良等村屯供水,同时向沿河的扶平村和驮良村农田进行自流灌溉。拟建水库坝顶高程为930.5 m,最大坝高47 m,正常蓄水位为925 m。
2 区域地质概况
工程区属于云贵高原东南缘、桂西山地与桂西南岩溶低山的交界山区,属中低山地貌。出露的地层有寒武系、泥盆系、石炭系、二迭系、三迭系、下第三系和第四系。其中,三迭系在测区分布最广。工程位于广西“山”字形构造后缘西翼南段,也属于德保小“山”字形构造脊柱的南端,地质构造比较复杂。工程区的地震动峰值加速度为0.05 g,地震基本烈度为VI度,区域地质构造稳定性较好。
3 库区工程地质条件
3.1 水库渗漏评价
按正常蓄水位计算,水库回水线均低于库周地形。水库周边无单薄分水岭、低矮垭口及低邻谷分布,地形封闭条件良好。库区地层岩性主要为三迭系中统百逢组泥质粉砂岩、砂岩,隔水性能良好。库周地势均高于正常蓄水位,山体雄厚,无贯穿库外的构造破碎带、不整合面及层间挤压破碎带,不存在渗漏通道,成库条件良好。
3.2 库岸稳定性评价
库区大部分岩层走向与河流流向正交或斜交,岸坡多为混合边坡或土质岸坡,河流凹岸岸坡部分有基岩裸露,后缘自然边坡较陡,一般为40°~50°,凸岸岸坡前缘一般为土质岸坡,自然边坡为20°~35°。水库蓄水后,大部分岸坡是稳定的,不会形成大规模滑坡,局部表层土体可能出现小规模的崩塌,对水库及大坝建筑物安全无影响。
3.3 库区浸没
水库水位抬高后,地下水位相应壅高,但两岸不存在大面积的Ⅰ级阶地,蓄水后库水不出河槽。两岸基本为山地,坡度较陡,无民宅等其他建筑。按正常蓄水位计算,水库区蓄水后,不会产生大面积浸没问题。
3.4 水库诱发地震
工程区属于构造活动相对稳定的地区,地震活动微弱,地震动峰值加速度低。组成库盆的岩层为三迭系砂岩、泥质粉砂岩,属于弱~微透水地层,库底基岩坚硬;水库区断层不发育,无区域性的大断层从水库及周边通过,库水淹没河段短、水深不大。因此,库区不具备诱发较强地震的地质构造背景,水库蓄水后,不会发生较强的水库诱发地震。
4 坝址区工程地质概况
4.1 坝址工程地质条件
(1)地形地貌。坝址位于扶平~念归村级公路边,距离扶平村约6.5 km。河谷两岸属中低山地貌,植被茂盛。河谷呈“V”字形,两岸地形基本对称,左岸山顶高程为1 028.8 m,自然边坡18°~40°,右岸山顶高程为1 294.4 m,自然边坡15°~35°。坝址河床宽约30 m,自北向南方向流,河床底部高程为888.0 m,右岸局部见有基岩裸露。
(2)地层岩性。坝址区出露地层为三迭系中统百逢组第二段(T2b2)泥质粉砂岩夹砂岩及第四系残坡积层(Qedl)含碎石黏土、冲积层(Qal)漂卵石。
(3)地质构造。坝址区无断层通过,在上游处有一背斜穿过左坝肩。左坝肩上部公路陡坎处岩层产状为N65°W,NE∠40°;右坝肩公路陡坎往下游26 m处岩层产状为N45°W,SW∠68°。受区域地質构造影响,坝址区两坝肩节理构造较为常见,以NW、NE为主,倾角较陡。总体来看,坝区构造单元较为简单,地质构造较稳定。
(4)水文地质条件。地下水主要为基岩裂隙水,含水量微弱,主要来源于大气降水,水位随季节变化而变化,地下水补给河水。由于枯水期大气降水减少,地下水补给来源减少,故两岸山体地下水位埋藏较深,岩体透水率5 Lu下限埋深在基岩以下12~26 m,左右岸基本对称,河床处埋深约10 m。地下水对混凝土的腐蚀性评价为无腐蚀,对钢筋混凝土结构中的钢筋的腐蚀性评价为弱腐蚀。
4.2 坝址岩体物理力学参数建议值
根据室内试验成果和工程类比,坝址岩体物理力学参数建议值见表1。
5 拟建大坝主要建筑物工程地质条件及评价
5.1 坝段工程地质条件及评价
根据水工建筑物布置,拟建大坝主要建筑物由左、右岸非溢流坝及河床溢流坝组成。
左岸非溢流坝主要布置于坝址左岸斜坡地带,山体雄厚,岸坡坡度为28°~40°。覆盖层为残坡积层含碎石黏土,厚度为2~4 m;下伏基岩为三迭系中统百逢组第二段(T2b2)的中厚层状泥质粉砂岩夹砂岩,强风化岩体下限埋深一般为3~10 m,岩体渗透系数为10-3、10-4级,属中等透水层;其弱风化下限埋深为10~23 m,岩体透水率一般为3~30 Lu,属弱~中等透水层,存在绕坝肩渗漏的可能。
河床溢流坝布置于坝轴线河床处,地面高程一般为888.0 m,覆盖层为漂卵石层,厚0~3 m,局部基岩裸露,岩体为弱风化,岩层倾向下游偏右岸,倾角一般为60°~65°,无大的构造及断层经过;其弱风化下限埋深约为6 m,岩体透水率一般<10 Lu,属弱透水层。
右岸非溢流坝主要布置于坝址右岸斜坡地带,岸坡坡度为38°~42°,覆盖层厚度为1~3 m,土质为含碎石黏土。下伏基岩岩体为强~弱风化,岩层倾向下游偏右岸,倾角为60°~65°,坝基无大的构造及断层经过。根据钻孔揭露,右岸坝基强风化岩体下限埋深一般为5~12 m;岩体渗透系数一般为10-5级,属弱透水层;弱风化下限埋深为12~35 m,岩体透水率一般为3~7.5 Lu,基本属弱透水层,局部裂隙发育段透水率偏大,属中等透水层,基本不存在绕坝肩渗漏的可能。 5.2 建基面选择
根据地形地质条件,坝址地基可修建中、小型混凝土重力坝,当坝高小于50 m时,可建在弱风化中部至上部基岩上。为加强坝基岩体的完整性,建议对坝基岩体进行固结灌浆处理,并对坝基进行防渗处理。
5.3 坝基岩体质量分类及坝块处理建议
坝基持力层岩性主要为泥质粉砂岩,根据坝区地质测绘、钻孔编录及声波测井成果,其强风化岩体较破碎,纵波速度(Vp)一般为1 800~2 400 m/s,岩体完整性系数Kv在0.15~0.35,RQD值一般小于10%,强风化岩体坝基岩体工程地质分类基本为V类;弱风化岩石属中硬岩,钻孔中岩芯一般为柱状杂碎块状,RQD值为10~20%,纵波速度(Vp)为2 000~3 500 m/s,岩体完整性系数Kv在0.15~0.35,属较破碎岩体,坝基岩体工程地质分类属BⅣ类;微风化岩石坚硬,钻孔中岩芯大部为柱状、长柱状,RQD值一般为30~70%,局部大于80%,纵波速度(Vp)为3 000~5 000 m/s,岩体完整性系数Kv在0.5~0.8,属较完整岩体,坝基岩体工程地质分类属BⅢ类。
5.4 坝基渗漏问题评价
坝基岩性为泥质粉砂岩夹砂岩,虽然局部地段节理裂隙较发育,但多被泥质或岩屑充填,富水性较差,具有较好的隔水性能。根据钻孔压水资料,在拟建坝轴线上岩体的透水性随着深度的增加而减弱,其中强风化岩体多属中等透水性,局部属弱透水性;弱风化岩体多属弱透水性,局部属中等透水性;微风化岩体基本属弱透水性。由于枯水期大气降水减少,地下水补给来源减少,故两岸山体地下水位埋藏较深,一般均低于5 Lu下限界线。在拟建坝段地基岩体透水率5 Lu下限界线埋深起伏较大,其中左岸坝段5 Lu下限界线埋深一般为11~22 m,河床坝段约10 m,右岸坝段一般为12~28 m。建议对坝基进行防渗处理,防渗深度可置于5 Lu下限界线以下3~5 m,防渗帷幕向两岸坝肩延伸适当长度。
5.5 坝基抗滑稳定评价
根据野外地质测绘及钻孔揭露,有一背斜轴部从左坝肩中上部穿过,背斜轴部为缓倾角区,北翼岩层产状倾向上游偏左岸,南翼岩层产状倾向下游偏右岸,倾角约65°,基本对坝基稳定无影响。坝区节理发育主要有四组:①N9°E,SE∠75°,间距为30~60 cm,延伸长度为3~9 m,发育4条;②N80°W,NE∠50°,间距为20~30 cm,延伸长度约1 m,发育3条;③N87°E,SE∠4°,河床表面见一条,延伸长度顺河方向约2.5 m,垂直河流方向约5 m。④N20°E,NW∠21°,间距为25 cm,延伸长度小于1 m,发育2条。裂面均粗糙、稍起伏,微张~闭合状,延伸长度一般为1~3 m。随着埋深变化,节理裂隙宽度由上至下从张开逐步变化为闭合,上部裂隙面铁锰质渲染强烈,强风化带多夹泥。坝区节理相互间贯通性较差、延伸较短,不会与层面形成较大的楔体,不会对坝基抗滑稳定产生较大影响。
5.6 坝肩、坝基开挖边坡稳定问题评价
左坝肩坝顶930.5 m高程以上永久开挖边坡高26 m,右坝肩坝顶930.5 m高程以上永久开挖边坡高34 m,边坡属岩土质混合边坡,土层及强风化岩体力学性质较差,边坡稳定性差,建议进行防护处理。设计应根据地质提供的开挖边坡比进行开挖设计,坡高超过10 m时应设置一条2 m宽的马道,并在坡顶轮廓线外做好相应排水措施。施工开挖过程中,若遇到局部存在不利节理组合的边坡,可以增加随机锚喷支护。
6 结语
综上所述,工程区属构造活动相对稳定地区,区域构造稳定性好。水库地形地质条件封闭良好,不存在库水向周边渗漏问题,水库区蓄水后,库岸不会产生大面积浸没问题。近坝库岸无大的滑坡及塌方存在,库岸边坡基本稳定。拟建坝址场地稳定性较好,适宜修建混凝土重力坝。
本文分析了大坝主要建筑物的工程地质条件,对建基面的选择、坝基岩体质量分类、坝基渗漏、抗滑稳定及开挖边坡的稳定问题做出了评价。地勘成果已被设计部门采用,该工程已于2016年4月开工建设。
参 考 文 献
[1]广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院.广西德保县扶平水库初步设计阶段工程地质勘察报告[R].南宁:广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院2015.
[2]水利电力部水利水电规划设计院.水利水电工程地质手册[M].北京:水利电力出版社,1985.
[3]GB 50487—2008,水利水电工程地质勘察规范[S].
[责任编辑:陈泽琦]
【作者简介】高立辉,男,吉林梨树人,广西壮族自治区水利电力勘测設计研究院工程师,从事水利电力工程地质勘察工作。
【摘 要】通过野外地质测绘、钻探及室内试验等手段,查明了广西百色市德保县扶平水库库区及坝址的工程地质条件,并针对建基面的选择、抗滑稳定、渗漏及开挖边坡稳定问题进行分析评价,为设计提供依据。
【关键词】坝址;坝基;工程地质条件;分析;评价
【中图分类号】TV221.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688(2016)06-0130-03
1 工程概况
扶平水库工程位于百色市德保县敬德镇扶平村扶平河上游6.5 km处,将扶平河河水经水库调蓄后通过输水管道向下游扶平、驮良等村屯供水,同时向沿河的扶平村和驮良村农田进行自流灌溉。拟建水库坝顶高程为930.5 m,最大坝高47 m,正常蓄水位为925 m。
2 区域地质概况
工程区属于云贵高原东南缘、桂西山地与桂西南岩溶低山的交界山区,属中低山地貌。出露的地层有寒武系、泥盆系、石炭系、二迭系、三迭系、下第三系和第四系。其中,三迭系在测区分布最广。工程位于广西“山”字形构造后缘西翼南段,也属于德保小“山”字形构造脊柱的南端,地质构造比较复杂。工程区的地震动峰值加速度为0.05 g,地震基本烈度为VI度,区域地质构造稳定性较好。
3 库区工程地质条件
3.1 水库渗漏评价
按正常蓄水位计算,水库回水线均低于库周地形。水库周边无单薄分水岭、低矮垭口及低邻谷分布,地形封闭条件良好。库区地层岩性主要为三迭系中统百逢组泥质粉砂岩、砂岩,隔水性能良好。库周地势均高于正常蓄水位,山体雄厚,无贯穿库外的构造破碎带、不整合面及层间挤压破碎带,不存在渗漏通道,成库条件良好。
3.2 库岸稳定性评价
库区大部分岩层走向与河流流向正交或斜交,岸坡多为混合边坡或土质岸坡,河流凹岸岸坡部分有基岩裸露,后缘自然边坡较陡,一般为40°~50°,凸岸岸坡前缘一般为土质岸坡,自然边坡为20°~35°。水库蓄水后,大部分岸坡是稳定的,不会形成大规模滑坡,局部表层土体可能出现小规模的崩塌,对水库及大坝建筑物安全无影响。
3.3 库区浸没
水库水位抬高后,地下水位相应壅高,但两岸不存在大面积的Ⅰ级阶地,蓄水后库水不出河槽。两岸基本为山地,坡度较陡,无民宅等其他建筑。按正常蓄水位计算,水库区蓄水后,不会产生大面积浸没问题。
3.4 水库诱发地震
工程区属于构造活动相对稳定的地区,地震活动微弱,地震动峰值加速度低。组成库盆的岩层为三迭系砂岩、泥质粉砂岩,属于弱~微透水地层,库底基岩坚硬;水库区断层不发育,无区域性的大断层从水库及周边通过,库水淹没河段短、水深不大。因此,库区不具备诱发较强地震的地质构造背景,水库蓄水后,不会发生较强的水库诱发地震。
4 坝址区工程地质概况
4.1 坝址工程地质条件
(1)地形地貌。坝址位于扶平~念归村级公路边,距离扶平村约6.5 km。河谷两岸属中低山地貌,植被茂盛。河谷呈“V”字形,两岸地形基本对称,左岸山顶高程为1 028.8 m,自然边坡18°~40°,右岸山顶高程为1 294.4 m,自然边坡15°~35°。坝址河床宽约30 m,自北向南方向流,河床底部高程为888.0 m,右岸局部见有基岩裸露。
(2)地层岩性。坝址区出露地层为三迭系中统百逢组第二段(T2b2)泥质粉砂岩夹砂岩及第四系残坡积层(Qedl)含碎石黏土、冲积层(Qal)漂卵石。
(3)地质构造。坝址区无断层通过,在上游处有一背斜穿过左坝肩。左坝肩上部公路陡坎处岩层产状为N65°W,NE∠40°;右坝肩公路陡坎往下游26 m处岩层产状为N45°W,SW∠68°。受区域地質构造影响,坝址区两坝肩节理构造较为常见,以NW、NE为主,倾角较陡。总体来看,坝区构造单元较为简单,地质构造较稳定。
(4)水文地质条件。地下水主要为基岩裂隙水,含水量微弱,主要来源于大气降水,水位随季节变化而变化,地下水补给河水。由于枯水期大气降水减少,地下水补给来源减少,故两岸山体地下水位埋藏较深,岩体透水率5 Lu下限埋深在基岩以下12~26 m,左右岸基本对称,河床处埋深约10 m。地下水对混凝土的腐蚀性评价为无腐蚀,对钢筋混凝土结构中的钢筋的腐蚀性评价为弱腐蚀。
4.2 坝址岩体物理力学参数建议值
根据室内试验成果和工程类比,坝址岩体物理力学参数建议值见表1。
5 拟建大坝主要建筑物工程地质条件及评价
5.1 坝段工程地质条件及评价
根据水工建筑物布置,拟建大坝主要建筑物由左、右岸非溢流坝及河床溢流坝组成。
左岸非溢流坝主要布置于坝址左岸斜坡地带,山体雄厚,岸坡坡度为28°~40°。覆盖层为残坡积层含碎石黏土,厚度为2~4 m;下伏基岩为三迭系中统百逢组第二段(T2b2)的中厚层状泥质粉砂岩夹砂岩,强风化岩体下限埋深一般为3~10 m,岩体渗透系数为10-3、10-4级,属中等透水层;其弱风化下限埋深为10~23 m,岩体透水率一般为3~30 Lu,属弱~中等透水层,存在绕坝肩渗漏的可能。
河床溢流坝布置于坝轴线河床处,地面高程一般为888.0 m,覆盖层为漂卵石层,厚0~3 m,局部基岩裸露,岩体为弱风化,岩层倾向下游偏右岸,倾角一般为60°~65°,无大的构造及断层经过;其弱风化下限埋深约为6 m,岩体透水率一般<10 Lu,属弱透水层。
右岸非溢流坝主要布置于坝址右岸斜坡地带,岸坡坡度为38°~42°,覆盖层厚度为1~3 m,土质为含碎石黏土。下伏基岩岩体为强~弱风化,岩层倾向下游偏右岸,倾角为60°~65°,坝基无大的构造及断层经过。根据钻孔揭露,右岸坝基强风化岩体下限埋深一般为5~12 m;岩体渗透系数一般为10-5级,属弱透水层;弱风化下限埋深为12~35 m,岩体透水率一般为3~7.5 Lu,基本属弱透水层,局部裂隙发育段透水率偏大,属中等透水层,基本不存在绕坝肩渗漏的可能。 5.2 建基面选择
根据地形地质条件,坝址地基可修建中、小型混凝土重力坝,当坝高小于50 m时,可建在弱风化中部至上部基岩上。为加强坝基岩体的完整性,建议对坝基岩体进行固结灌浆处理,并对坝基进行防渗处理。
5.3 坝基岩体质量分类及坝块处理建议
坝基持力层岩性主要为泥质粉砂岩,根据坝区地质测绘、钻孔编录及声波测井成果,其强风化岩体较破碎,纵波速度(Vp)一般为1 800~2 400 m/s,岩体完整性系数Kv在0.15~0.35,RQD值一般小于10%,强风化岩体坝基岩体工程地质分类基本为V类;弱风化岩石属中硬岩,钻孔中岩芯一般为柱状杂碎块状,RQD值为10~20%,纵波速度(Vp)为2 000~3 500 m/s,岩体完整性系数Kv在0.15~0.35,属较破碎岩体,坝基岩体工程地质分类属BⅣ类;微风化岩石坚硬,钻孔中岩芯大部为柱状、长柱状,RQD值一般为30~70%,局部大于80%,纵波速度(Vp)为3 000~5 000 m/s,岩体完整性系数Kv在0.5~0.8,属较完整岩体,坝基岩体工程地质分类属BⅢ类。
5.4 坝基渗漏问题评价
坝基岩性为泥质粉砂岩夹砂岩,虽然局部地段节理裂隙较发育,但多被泥质或岩屑充填,富水性较差,具有较好的隔水性能。根据钻孔压水资料,在拟建坝轴线上岩体的透水性随着深度的增加而减弱,其中强风化岩体多属中等透水性,局部属弱透水性;弱风化岩体多属弱透水性,局部属中等透水性;微风化岩体基本属弱透水性。由于枯水期大气降水减少,地下水补给来源减少,故两岸山体地下水位埋藏较深,一般均低于5 Lu下限界线。在拟建坝段地基岩体透水率5 Lu下限界线埋深起伏较大,其中左岸坝段5 Lu下限界线埋深一般为11~22 m,河床坝段约10 m,右岸坝段一般为12~28 m。建议对坝基进行防渗处理,防渗深度可置于5 Lu下限界线以下3~5 m,防渗帷幕向两岸坝肩延伸适当长度。
5.5 坝基抗滑稳定评价
根据野外地质测绘及钻孔揭露,有一背斜轴部从左坝肩中上部穿过,背斜轴部为缓倾角区,北翼岩层产状倾向上游偏左岸,南翼岩层产状倾向下游偏右岸,倾角约65°,基本对坝基稳定无影响。坝区节理发育主要有四组:①N9°E,SE∠75°,间距为30~60 cm,延伸长度为3~9 m,发育4条;②N80°W,NE∠50°,间距为20~30 cm,延伸长度约1 m,发育3条;③N87°E,SE∠4°,河床表面见一条,延伸长度顺河方向约2.5 m,垂直河流方向约5 m。④N20°E,NW∠21°,间距为25 cm,延伸长度小于1 m,发育2条。裂面均粗糙、稍起伏,微张~闭合状,延伸长度一般为1~3 m。随着埋深变化,节理裂隙宽度由上至下从张开逐步变化为闭合,上部裂隙面铁锰质渲染强烈,强风化带多夹泥。坝区节理相互间贯通性较差、延伸较短,不会与层面形成较大的楔体,不会对坝基抗滑稳定产生较大影响。
5.6 坝肩、坝基开挖边坡稳定问题评价
左坝肩坝顶930.5 m高程以上永久开挖边坡高26 m,右坝肩坝顶930.5 m高程以上永久开挖边坡高34 m,边坡属岩土质混合边坡,土层及强风化岩体力学性质较差,边坡稳定性差,建议进行防护处理。设计应根据地质提供的开挖边坡比进行开挖设计,坡高超过10 m时应设置一条2 m宽的马道,并在坡顶轮廓线外做好相应排水措施。施工开挖过程中,若遇到局部存在不利节理组合的边坡,可以增加随机锚喷支护。
6 结语
综上所述,工程区属构造活动相对稳定地区,区域构造稳定性好。水库地形地质条件封闭良好,不存在库水向周边渗漏问题,水库区蓄水后,库岸不会产生大面积浸没问题。近坝库岸无大的滑坡及塌方存在,库岸边坡基本稳定。拟建坝址场地稳定性较好,适宜修建混凝土重力坝。
本文分析了大坝主要建筑物的工程地质条件,对建基面的选择、坝基岩体质量分类、坝基渗漏、抗滑稳定及开挖边坡的稳定问题做出了评价。地勘成果已被设计部门采用,该工程已于2016年4月开工建设。
参 考 文 献
[1]广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院.广西德保县扶平水库初步设计阶段工程地质勘察报告[R].南宁:广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院2015.
[2]水利电力部水利水电规划设计院.水利水电工程地质手册[M].北京:水利电力出版社,1985.
[3]GB 50487—2008,水利水电工程地质勘察规范[S].
[责任编辑:陈泽琦]
【作者简介】高立辉,男,吉林梨树人,广西壮族自治区水利电力勘测設计研究院工程师,从事水利电力工程地质勘察工作。