云河水库坝址复杂地质条件建坝工程地质问题及对策 张耀

发表时间:2020/7/14   来源:《基层建设》2020年第7期   作者:张耀
[导读] 摘要:云河水库坝址存在顺河向大断层,岩体呈碎裂结构,坝基断裂构造发育,岩石破碎,工程地质条件复杂,前期投入了大量的勘探和试验研究,全面查明了坝址的工程地质、水文地质条件,对坝址存在的主要工程地质问题进行深入研究和分析评价,并针对坝址存在的地质问题提出基础处理意见,为工程设计和基础处理提供了有力的地质依据,保证了云河水库大坝工程顺利实施。
        陕西省汉中市水利水电建筑勘测设计院  陕西汉中  723000
        摘要:云河水库坝址存在顺河向大断层,岩体呈碎裂结构,坝基断裂构造发育,岩石破碎,工程地质条件复杂,前期投入了大量的勘探和试验研究,全面查明了坝址的工程地质、水文地质条件,对坝址存在的主要工程地质问题进行深入研究和分析评价,并针对坝址存在的地质问题提出基础处理意见,为工程设计和基础处理提供了有力的地质依据,保证了云河水库大坝工程顺利实施。
        关键词:碎裂岩体、顺河大断层、复杂地质条件建坝
        1 工程概况及主要勘察工作量
        云河水利水电枢纽工程总体方案为:自云河龙门垭修建灌溉补水水库,总库容984万m3,兴利库容767万m3,拦河坝为高63m的堰顶加闸碾压砼重力坝;坝后电站装机容量2400KW,年发电量1147万KW•h,设计水头41m,设计流量7.47m3/s。大坝主体工程于2019年5月建成。地质勘察完成的主要工程量有:钻孔9个,总进尺383.68m;孔内压水试验63段;坑槽探995m3;地质平硐11条,总长360.8m;室内岩块结构面中型直剪试验6组;地震弹性波测试244点,总长280m;现场原位岩体变形试验8组,16点;岩石物理力学性质试验3组;建筑材料试验10组。
        2 坝址基本地质条件
        2.1地形地貌
        坝址区为一峡谷河段,河谷横剖面为不对称“V“型,平水期河面宽度25~30m,谷底高程837.9~834.7m,河床覆盖层厚度4.10~6.30m。左岸山坡坡度45~60°,右岸山坡坡度一般约55°,局部为直立或倒坡,基岩裸露。
        2.2地层岩性
        (1)流纹质碎屑熔岩(λ21-a):灰~黑灰色、褐灰色,碎屑熔岩结构、玻基斑状结构,基质为隐晶结构,块状构造。主要出露于河床和左坝肩。(2)碎裂流纹质碎裂屑(角砾)熔岩(λ21-b):肉红色、砖红色、碎屑熔岩(角砾)结构、玻基斑状结构,碎裂结构,块状构造。主要出露于右坝肩。(3)辉绿岩脉(rπ):灰绿色,变余辉结构,块状构造。蚀变作用强烈,呈脉状产出,岩脉宽度0.35~2.2m。
        2.3地质构造
        坝址断层比较发育,贯穿坝址区的断层有F15、F10、F104、F101四条。F15断层:产状N2°~4°W、SW、∠60°~∠75°,N3°E、NW或NE、∠55°~∠60°。出露于左岸山坡,交坝线地面出露高程903,高于坝顶约6m。破碎带宽度达18.50m,其中,断层泥厚1~5cm,力学强度很低;断层千糜岩夹扁豆体,厚0.13~0.35m,地震波纵波速Vp约2500m/s;断层角砾岩带呈弱风化,地震纵波速Vp约3600~3800m/s。沿断层存在绕坝渗漏和渗透稳定问题。F10、F10'断层:产状N37°~42°W、NE、∠77°~∠88°。为一组平行断层,间距2.0~2.5m,单条破碎带宽度0.1m,夹泥厚1~4cm,两断层之间为辉绿岩脉充填,岩脉宽度1.8~2.2m。F104断层:地表产状N13°~45°W、NE、∠63°~∠88°出露于右坝肩,破碎带宽度0.1~2.40m,破碎带以泥夹岩屑和岩块夹泥为主,Vp仅为1100~2000m/s,坝基出露高程约860m,对坝基稳定有重要影响。F101断层:产状N28°~36°W、SE、∠70°~∠76°出露于左坝肩,破碎带宽度0.02~1.4m,为泥夹岩屑和岩块夹泥充填,Vp为2200m/s,坝基出露高程约884m,对坝基稳定有重要影响。


        2.4水文地质条件
        地下水赋存于岩体的风化和构造裂隙中,为基岩裂隙型潜水,脉状裂隙水含水层是其主要特点,是坝址渗漏的主要途径。河床岩体透水带厚度3.5m~5.0m;左坝肩透水带规律性差,中等透水带4段(10≤q<100Lu);弱透水带(1≤q<10 Lu)共14段,占50.0%,q平均值5.0Lu,中等透水带和微透水带交互分布,弱透水带为坝肩和绕坝渗漏的主要透水层及其渗透途径;微透水带(0.1≤q<1Lu)共10段,占35.7%,该带在坝基岩体浅部呈透镜体。相对不透水层的深度为:自地表算起相对不透水层下限深30~60m。
        右坝肩透水带基本为层状分布。据右岸3孔16段压水试验资料:ZK6钻孔6段压水试验值均小于1Lu,q平均值0.47Lu,属微透水性;ZK7 钻孔10段压水试验,中等透水带1段,q为21.33Lu,层厚5m,其下为弱透水带,q平均值6.4Lu,层厚6.0~8.0m,以下岩体属微透水带,q平均值0.34Lu。右坝肩防渗工程地质条件较简单,自地表算起相对不透水层下限深度约40~45m。
        2.5坝基岩体(石)主要力学指标
        开挖后左坝肩和河床段坝基位于弱~微风化流紋质碎屑熔岩上(λ21-a),弱风化岩体为碎裂结构(Ⅲb类);微风化岩体为镶嵌碎裂结构(Ⅲa类)。右坝肩坝基位于弱~微风化碎裂流纹质碎屑熔岩(λ21-b ),岩体类别均为属Ⅲa类。坝基岩体主要力学指标建议为:Ⅲa类岩体:f′=1.0,C'=0.4MPa;E0= 4×10³MPa;[RW]=5~7MPa;混凝土与岩体f′=0.9,C'=0.4MPa,f=0.72。Ⅲb类岩体:f′=0.75,C'=0.3MPa;E0=2×10³MPa;[RW]=3~4MPa;混凝土与岩体f′=0.75,C'=0.3MPa,f=0.68。
        3.主要工程地质问题及对策
        坝址主要工程地质问题是:(1)顺河断层发育,断层规模大,纵向贯穿整个坝基(河床坝基及两岸坝肩),对坝肩抗滑稳定、变形稳定、渗透稳定均有重要影响;(2)坝址构造裂隙发育、岩体破碎,变形模量和承载力低,属于不利地质条件;(3)岩石具有“硬、脆、碎”特点,开挖爆破敏感,坝基面爆破影响深度大,降低岩体强度;(4)受坝址断裂构造影响和控制,岩体风化深度、透水带深度偏大且规律差;(5)两岸坝肩存在地形不对称,强度不对称,左坝肩岩体变形模量约为右坝肩的1/2。
        主要对策是:(1)选择与坝址地质条件相适应的坝型,云河水库大坝可行性研究和初步设计阶段初期均按拱坝进行设计,随着地质工作深入,发现拱坝方案坝基和坝后岸坡处理技术复杂、施工质量难以保证、处理工程量巨大,最终放弃拱坝方案,改为重力坝方案,通过坝基开挖地质编录情况来看,重力坝方案是最优选择;(2)加强坝基固结灌浆,整个坝基范围内均作固结灌浆处理,固结灌浆深度建议一般为5m,孔距和排距均采用3m;F15,F101破碎带固结灌浆深度为8~20m,孔距建议为2.5m,排距为3m。坝基开挖后建基面表层存在纵波速低值区,深度一般在5m左右,坝肩个别部位纵波速低值区深度达8m左右,岩体纵波速较勘察期测试值降低约50%,对不满足设计要求的坝段加密、加深固结灌浆孔。(3)对河床F10、F10'、左坝肩F101、右坝肩F101断层软弱破碎带采用混凝土塞做专门处理,此外,对夹泥大裂隙做刻槽回填混凝进行处理。
        4.结语
        云河水库坝址区工程地质条件复杂,主要表现为:坝址岩石具“硬、脆、碎”特点,坝址裂隙发育,岩体破碎,岩块坚硬,整体强度偏弱;坝址左、右坝肩有五条顺河方向断层,尤其左坝肩F15、F101断层规模较大,软弱破碎带宽度大,对左坝肩稳定有重要影响,需要作专门的工程处理;受断裂构造影响,岩体风化深度和透水带深度较大,透水带规律性差。坝址存在抗滑稳定、变形稳定、渗渗漏及渗透稳定等工程地质问题,勘察期间对这些问题分别进行了专门研究,选择了适宜的坝型,并采取了相应的基础处理措施,大坝建成试蓄水未发现不良地质问题。
 
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