赫章县和平水库大坝地质综述
摘要
关键词
水文地质条件、地质构造、帷幕灌浆
正文
一、大坝地质条件概述
(1)地形地貌
坝址区河谷宽15~25m,呈基本对称“U”型河谷,河流整体流向N40°E,河床高程1713~1718m,设计正常蓄水位1747m时,迴水长约1.4km,谷口宽187m,宽高比4.74。左岸坝肩为冲沟,右岸为山脊。两岸山顶高程1990~2000m,左岸高程1755m以下地形坡度20~30°,1755m以上地形坡度50~80°,右岸1766m以下地形坡度20~35°,1766m以上地形坡度50~80°。岸坡有浅切冲沟发育,岸坡较平顺,多为残坡积物覆盖,靠近河床的两岸坡基岩多裸露;河床地形较平坦,无陡坎、跌坎等发育,河床纵比降4%。
(2)地层岩性
坝址区主要出露的地层为石炭系上统马平群(C3mp),二叠系下统梁山组(P1l)、中统栖霞组(P2q)、茅口组(P2m)及第四系(Q)覆盖层;由老至新分述如下:
石炭系上统马平群(C3mp):浅灰色厚层灰岩夹灰紫色瘤状灰岩及紫红、绿色页岩,厚0~155.1m。主要分布在坝址下游河床。
二叠系下统梁山组(P1l):浅灰色中厚层石英砂岩,约占44%,中厚层灰色泥岩,约占33%,薄至中厚层炭质泥岩,约占23%,夹灰色页岩和0~8层煤(或煤线),厚17.4~60m。主要分布在库区两岸山腰以下及河床,顶部高程在1747~1752m。
中统栖霞组(P2q):灰、深灰色厚层灰岩,夹燧石灰岩及白云质灰岩,下部夹炭质泥灰岩,厚50~127m。主要分布在库区两岸山腰。
茅口组(P2m):上部深灰、浅灰色厚层灰岩,夹燧石灰岩及白云质灰岩;中部黑色中厚层燧石灰岩夹燧石层;下部浅灰、深灰色厚层灰岩夹白云质灰岩。在镇地坝一带中上部相变为灰黑色薄层燧石灰岩夹泥灰岩和燧石层,厚50~533m。主要分布在库区两岸山顶。
第四系(Q):主要为残坡积和冲洪积粘土夹碎石,厚0~8m。多分布于沟谷、岸坡、山地、坡麓等处。
(3)地质构造及结构面
经地质调查,坝址区有一小型断层分布,出露地层为二叠系下统梁山组(P1l)石英砂岩、泥岩、炭质泥岩夹煤层至中统栖霞组(P2q)、茅口组(P2m)灰岩地层,结构面主要为层面和节理裂隙面,分别叙述如下:
1地质构造:逆断层f2位于坝址下游约90~160m,长约300m,断距1~2m,断层走向151°,倾向北东,倾向75°,断层上盘地层为马平群至茅口组,下盘为梁山组至茅口组。
2层面:岩层倾向下游偏右岸,产状N45~49°W/NE∠4~6°。
3节理裂隙:坝址受区域地质构造影响节理裂隙较发育,坝址区主要发育了N70~75°E/NW∠80~85°(剪性)、N65°W/NW∠60~65°(剪性)、NS/E∠75~80°(剪性)、N45°W/NE∠80~85°(剪性)、N80~85°W/SW∠80~85°(剪性)、EW/S∠65~70°(剪性)6组裂隙。
(4)水文地质条件
据坝址区钻孔压水试验资料,强风化岩体q>5Lu,弱风化岩体q=3.9~4.7Lu,强风化岩体较破碎,裂隙较发育,具有一定透水性,向深部岩体逐渐呈减弱趋势。地下水类型以岩溶裂隙水和基岩裂隙水为主,次为第四系孔隙水。地下水主要赋于覆盖层及岩体风化带。主要接受大气降雨补给,基岩裂隙水赋存于风化裂隙内,沿岩溶管道、裂隙面、层面排泄于河谷;第四系孔隙水主要分布于残坡积层和冲洪积层孔隙内,沿孔隙浸出分散排泄于河床及河谷低洼处。坝址两岸较多泉水出露。两岸地下水补给给河水,为补给型河谷。建库河流为库区最低排泄基准面。
另据钻孔压水试验资料分析,岩体风化程度与透水性直接相关,岩体透水率越大,风化程度越强,反之就越弱。同时也可说明地下水的赋存形式、赋存量及地下循环相关之间关系。
(5)物理地质现象
1覆盖层:主要为第四系残坡积和冲洪积层,分布于两岸坡及河床。
2岩体风化:坝址区分布地层主要为梁山组(P1l)石英砂岩、泥岩、炭质泥岩夹煤层,抗风化能力较弱。从现场地质调查及钻孔揭示情况来看,地形坡度越陡、基岩裸露越好地带,岩体风化程度越弱,反之在缓坡地带,岩体风化程度越强。
二、主要工程地质问题及处理
(1)坝基承载力及压缩变形问题
坝基(肩)岩体为中厚层石英砂岩、泥岩,薄至中厚层炭质泥岩,石英砂岩强风化岩体属CⅣ类,地基承载力0.8~1.0MPa,弱风化岩体属BⅣ1类,地基承载力3.0~5.0 MPa,泥岩、炭质泥岩强风化岩体属CⅤ类,地基承载力0.3~0.4MPa,弱风化岩体属CⅣ类,地基承载力1.5~2.0 MPa,覆盖层承载力120~150kPa,岩体荷载满足坝体基础要求。
根据工程设计,堆填基础置于强风化中下部基岩地层上,强风化岩体较破碎,裂隙发育,抗变形性能受结构面控制,在上部荷载作用下,在坝体堆填荷载作用下会产生一定的压缩变形,压缩变形量不大,对工程影响小,基本可满足要求。
趾墙基础置于强风化下部至弱风化上部基岩地层上,弱风化裂隙中等发育,岩体较完整,在上部荷载作用下,产生压缩变形量较强风化层小,对工程无影响。
坝址下游90~160m有一小断层(f2)通过,坝基岩体短小裂隙较发育,以及受爆破等影响坝基岩体的完整性,建议采取帷幕灌浆结合固结灌浆的方式进行坝基处理。
(2)边坡稳定问题
1自然边坡稳定性评价:坝址左岸高程1755m以下地形坡度20~30°,1755m以上地形坡度50~80°,右岸1766m以下地形坡度20~35°,1766m以上地形坡度50~80°,少量浅切冲沟发育,左岸覆盖层深度约0~1m,强风化铅直深度约5~6m,弱风化铅直深度10~12m,右岸覆盖层深度约0~1m,强风化铅直深度约6~7m,弱风化铅直深度10~12m,未发现不良地质现象分布,自然边坡总体稳定。
2开挖边坡稳定性评价:河床覆盖层厚约0~1m,其透水性较强,基岩为相对隔水地层,坝基最大开挖深度约6.5m,开挖较浅,开挖边坡整体稳定。
左岸边坡:覆盖层一般厚0~1m,成分主要为粘土夹碎石,开挖边坡以岩质边坡为主,岩性软硬相见,下游侧为顺向坡,上游侧为逆向坡,开挖时将形成最高约15~20m的中高边坡,覆盖层及强风化层结构松散,稳定性较差,在自身重力、地表及地下水作用下,造成失稳,较易产生滑塌,建议分级放坡施工开挖,及时作好支护处理,顺向坡忌切脚开挖,建议顺层开挖。1755m以上地形坡度50~80°,边坡高且陡,自然边坡稳定,受裂隙切割,强风化层岩体破碎,局部存在临危岩体,施工前应予以清除并做好支护处理。
右岸边坡:覆盖层一般厚0~1m,成分主要为粘土夹碎石,开挖边坡以岩质边坡为主,下游侧为顺向坡,上游侧为逆向坡,开挖时将形成最高约15~20m的中高边坡,覆盖层及强风化层结构松散,稳定性较差,在自身重力、地表及地下水作用下,造成失稳,较易产生滑塌,建议分级放坡施工开挖,及时作好支护处理,顺向坡忌切脚开挖,建议顺层开挖。1766m以上地形坡度50~80°,边坡高且陡,自然边坡稳定,受裂隙切割,强风化层岩体破碎,局部存在临危岩体,施工前应予以清除并做好支护处理。
河床边坡:覆盖层一般厚0~1m,成分主要为砂卵石,开挖边坡以岩质边坡为主,下游侧为顺向坡,上游侧为逆向坡,覆盖层及强风化层结构松散,稳定性较差,在自身重力、地表及地下水作用下,造成失稳,较易产生滑塌,建议分级放坡施工开挖,及时作好支护处理,顺向坡忌切脚开挖,建议顺层开挖。
(3)防渗处理意见
经水库渗漏分析,在该坝线建坝修库不存在两岸邻谷及右岸单薄垭口地块的渗漏问题,仅坝址两岸沿浅表风化裂隙带渗漏和绕坝渗漏的可能性,需对防渗墙接触带及以下一定深度的基岩和两岸风化破碎岩体进行防渗处理,建议采用帷幕灌浆。
三、各建筑物工程地质条件及评价
(1)溢洪道工程地质条件及评价
溢洪道布置于右岸,为岸边正槽开敞式溢洪道,轴线总体走向N12.49°E,长约135.85m,引渠段底板高程为1745.0m,进口堰顶高程1747.0m,溢洪道出口采用底流消能方式,消力池长24.0m,池深3.1m,消力池出口接护坦连接下游,底板高程1712.10m,长13.6m。
溢洪道沿线整体地形坡度5°~35°,沿线第四系覆盖层覆盖深度约0~2m,下伏基岩为二叠系下统P1l中厚层石英砂岩、泥岩,薄至中厚层炭质泥岩互层,偶夹煤层,未发现大的不良物理地质现象分布,近坝一侧为逆向坡,远坝一侧为顺向坡,边坡现状总体稳定。
溢洪道出口设有消能设施,但溢流对出口附近深厚覆盖层仍有冲刷问题,应作防冲刷处理。出口附近覆盖层结构松散,强风化岩体破碎,抗冲刷能力均较弱,弱风化岩体完整性相对较好,抗冲刷能力强,建议设计考虑利用弱风化层及以下岩体。
远坝一侧边坡为顺向坡,边坡结构对边坡稳定不利,边坡现状稳定,开挖时有顺层滑动的可能性,边坡稳定问题较突出,建议合理放坡开挖,作好边坡防护措施。
近坝一侧边坡为逆向坡,岩层倾角较缓,覆盖层结构松散,强风化层岩体破碎,边坡稳定问题较突出,建议合理放坡开挖,边坡开挖时覆盖层及强风化岩体可能产生局部垮塌现象,建议加强开挖边坡支护。
根据地形条件,导流隧洞布置在右岸,隧洞呈城门洞型,断面尺寸(宽×高)为2.0m×2.8m,进口底板高程为1720.5m,出口底板高程为1714.0m,隧洞围岩为梁山组(P1l)中厚层石英砂岩、泥岩,薄至中厚层炭质泥岩互层,偶夹煤层,岩层产状N49°W/NE∠6°,倾下游偏右岸,隧洞围岩类别Ⅳ类围岩约占30%,Ⅴ类围岩约占70%,建议开挖时短进尺、强支护。下游边坡侧为顺向坡,上游侧为逆向坡,边坡现状稳定,岩层走向与洞轴线斜交,洞身段有一小断层(f2)通过,断层影响带2~3m,岩体破碎,建议开挖时及时采取钢支护措施;地下水类型主要为基岩裂隙水,赋存于弱风化及以下岩体裂隙内,洞线位于地下水位以下,地下水活动对施工可能会造成一定影响,需做好排水处理。
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