[俄羅斯]C.A.伊瓦年科娃 Ю.С.科馬洛夫

趙秋云 編譯自俄刊《水工建設(shè)》2009年第4期

擬建的下結(jié)雅 (Hижнезейский)水利樞紐將建在結(jié)雅(Зея)河的中游,而結(jié)雅水電站位于上游,后者于1983年建成。在2007～2008年,為了對下結(jié)雅水利樞紐的設(shè)計方案進行經(jīng)濟技術(shù)論證(ТЭО),開展了一系列綜合性的地質(zhì)調(diào)查工作。

下結(jié)雅水利樞紐建筑物位于俄羅斯阿穆爾州(Amypcкaя)的馬扎諾夫 (Мазановский)區(qū) 。目前水電站壩址所在地區(qū)的路況不佳,為泥土路。下結(jié)雅水電站壩址布置情況示于圖1。

圖1 下結(jié)雅水電站壩址示意

水利樞紐壩址處距結(jié)雅河河口290.2 km,在謝列姆賈(Селемджи)河河口上游2.5 km處,在右岸支流——奧澤爾納亞帕季 (ОзернаяПадь)河下游225 m處。在該水利樞紐壩址處,結(jié)雅河河谷為槽型、且為不對稱的斷面,相對于右邊河谷來說,其左邊比較陡峭。河谷兩側(cè)的高度為50～60m,分水嶺高程為200～210m。壩址處的河谷底部寬度為 850m,在正常蓄水位187m的高程處,寬度為1650m,見圖2。

圖2 河口地區(qū)的結(jié)雅河河谷

1 工程地質(zhì)條件

在地質(zhì)條件方面,下結(jié)雅水利樞紐及其附屬建筑物的工程所在地位于布列亞 (Буреинский)阿穆爾 -馬門 (Aмуро-Мамынский)花崗巖巖體的隆起體地帶,而在其南部,為早古生代巖漿的侵入體——花崗巖和花崗閃長巖,其上面覆蓋著晚第三系 -第四系的松散堆積物。在結(jié)雅河河谷的底部及河谷的兩側(cè),發(fā)育著第四系沖積層:河谷底部是河床沉積層;沿右岸側(cè),是河灘沉積物和Ⅰ期河漫灘階地沉積物;在左岸,是Ⅲ期和Ⅳ期河漫灘階地沉積物;在右岸,即壩址下游的谷坡上,是Ⅱ期河漫灘階地沉積物。在分水嶺地帶,巖漿的侵入體上面覆蓋著白堊系的更新統(tǒng) -第四系沉積層。結(jié)雅河河谷的邊緣上,覆蓋著殘積 -坡積層。

河床沉積層中的成分主要為含15%～30%左右砂石的卵石土;河灘沉積層中的成分主要為含約35%的砂壤土和亞粘土礫石土,以及含約 35%的亞粘土石的砂礫石土。河床沉積層的厚度為1.5～4.0m,河灘沉積層的厚度為6.0～11.0m。

厚度為8.0～15.0m的Ⅰ期河漫灘階地沉積層的主要成分為:在斷面的上部,是質(zhì)地由堅硬到松軟的亞粘土、砂壤土,以及質(zhì)地由粉沙狀到細(xì)沙狀的砂土;在斷面的下部,是含有20%～30%砂石成分的卵石土,以及夾雜有砂壤與砂質(zhì)混合成分的礫石土。

厚度為3.0～6.7m的Ⅱ期河漫灘階地沉積層,是在該樞紐基礎(chǔ)開挖中發(fā)現(xiàn)的,其主要成分為砂質(zhì)粘土、礫砂,以及夾雜有砂石和砂壤土混合成分的礫石土和卵石土。沖積層位于坡積層的下面。

厚度為1.5～3.5m的Ⅲ期河漫灘階地沉積層,是在該樞紐壩址處的左岸被開挖出來的,其主要成分為亞粘土、中等粒徑的砂土以及礫砂。

厚度為7.0～15.0m的Ⅳ期河漫灘階地沉積層,其主要成分為夾雜有細(xì)砂和礫石的砂土、夾雜有砂土的卵石礫石土,以及含量占 35%的亞粘土。

坡積層在坡地上較為發(fā)育,其成分主要為亞粘土、砂壤土、容易散碎的亞粘土和砂壤土、碎石狀亞粘土以及中等粒徑的砂土。坡積層的厚度大約是1.0～5.0m。

Ⅰ期和Ⅱ期河漫灘階地表面的絕大部分已經(jīng)變成了沼澤地。在這些沼澤地區(qū)段,同樣也會碰到其他一些地形要素。泥炭的厚度平均可達1.0m,局部地段甚至?xí)?。泥炭已呈中度風(fēng)化。

上述所有的沉積層主要是覆蓋于殘積層上。除了部分區(qū)段以外,殘積層無論是按其面積、還是按其埋藏深度來說都不固定,經(jīng)常在變化。在結(jié)雅河河床范圍內(nèi),殘積層的厚度由幾米至10.0～15.0m不等,在壩肩處,其厚度為2.0～5.0m,而在某些區(qū)段,厚度可達9.0～11.0m。

下結(jié)雅水電站工程施工段屬于多年凍結(jié)巖層島狀發(fā)育地區(qū)。通過在結(jié)雅河河灘地和岸坡上的鉆孔中進行的觀測表明:無論是堅硬的巖石還是疏松的巖石,基本上都是處于融解狀態(tài),而且其溫度都在零度以上,僅有較少的島狀凍結(jié)巖層(有可能是隔年層),表現(xiàn)為:

(1)在右岸Ⅰ期河漫灘階地范圍內(nèi),在布置水電站泄水建筑物的地段,該凍結(jié)巖層主要是位于沼澤沉積巖層的下面。7月至 8月初,凍結(jié)巖層的發(fā)育深度為0.8～3.0m,11月至12月,其發(fā)育深度可達5.2～7.0m。

(2)在結(jié)雅河河谷的右岸岸坡,在布置生產(chǎn)基地的地段,該凍結(jié)巖層一般是位于Ⅰ期和Ⅱ期河漫灘階地發(fā)育段的沼澤沉積巖層下面。3月,其溫度通常在零度以下,且埋藏深度為0.9～9.1m,局部地段的埋藏深度可達10.0m以上;7月,其埋藏深度為1.0～4.2 m。夏季凍結(jié)巖層的厚度通常為1.5～5.3m,冬季通常為7.3～8.2m,局部會達到9.1 m以上。

在Ⅰ期河漫灘階地范圍內(nèi)發(fā)育的含有各種碎屑成分的亞粘土和砂壤土、細(xì)砂、粉沙,以及山體巖系中的細(xì)砂和粉沙,都具有較小的密度、較低的強度和很高的壓縮性的特性。各種成因形成的礫石土、卵石土和碎石土則都具有較高的密度和強度以及較低的壓縮性的特性。

所有松散沉積層都覆蓋于基巖之上,這些基巖均為花崗巖和花崗閃長巖,它們被后期侵入的閃長巖、花崗巖和花崗閃長巖巖脈所分隔。

2 構(gòu)造斷層系類別

根據(jù)在該水利樞紐所在區(qū)域開展的工程地質(zhì)調(diào)查和地球物理勘探工作獲取的資料,可以將下結(jié)雅水電站所在地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造劃分為以下 4個構(gòu)造斷層系:

(1)北東向斷層;

(2)北西向斷層;

(3)次經(jīng)度線向斷層;

(4)次緯度線向斷層。

在水利樞紐所在區(qū)域,最大的構(gòu)造斷層系是第4個構(gòu)造斷層系,還包括:

(1)次經(jīng)度線向斷層構(gòu)造帶位于大壩左壩段與岸坡的連接地段的Ⅲ期河漫灘階地沉積層的下面,與大壩軸線相交成55°角。較密集裂隙帶的寬度為10.0～15.0m。

(2)北西向斷層的構(gòu)造帶的寬度為20.0～30.0m,位于大壩河床部分的下面,與大壩軸線相交成70°～80°角。

其他一些構(gòu)造裂隙主要都集中在所研究的區(qū)段上,均屬于細(xì)小的斷裂,且屬于Ⅴ ～Ⅷ級裂隙。

3 巖體區(qū)段的劃分

在巖體近表層部分,外力作用狀況較好,為物理風(fēng)化和巖體卸荷。在完成了上述分析研究的基礎(chǔ)上,可以將垂直斷面的巖體劃分為以下幾個區(qū)段:

(1)殘積巖(強風(fēng)化巖)區(qū)段(0);

(2)風(fēng)化區(qū)段(Ⅰ);

(3)花崗巖、花崗閃長巖和脈巖體與其周邊接觸帶的卸荷區(qū)段(Ⅱ);

(4)巖體相對來說完好,沒有發(fā)生擾動的區(qū)段(Ⅲ);

(5)下部卸荷區(qū)的構(gòu)造斷裂影響區(qū)段。

在殘積巖區(qū)段中,巖體的裂隙發(fā)育平均非常強;在風(fēng)化區(qū)段中為強裂隙;在卸荷區(qū)段中為中等裂隙;在巖體相對來說完好的區(qū)段中為弱裂隙。

巖體的垂直分帶沿深度方向并不是穩(wěn)定不變的,它取決于巖石的裂隙發(fā)育程度和巖石構(gòu)造斷裂程度等各種因素。

殘積巖區(qū)段的厚度在幾十厘米至2.0～5.0m之間變化;沿構(gòu)造斷裂方向,厚度在幾十厘米至8.0～10.0m之間變化;風(fēng)化區(qū)段的厚度在5.0～10.0m之間變化;卸荷區(qū)段的厚度在10.0～20.0m之間變化,而沿構(gòu)造帶以及沿礦脈層的厚度則達30.0m及以上。相對來說,完好的巖體通常是埋藏在距地表平均深度為25.0～30.0m處,只有個別地段(沿構(gòu)造帶和脈巖體)的巖體是埋藏在40.0～50.0m的深處。

位于各劃分區(qū)段的巖體的滲透性是各不相同的:

(1)在殘積巖區(qū)、風(fēng)化區(qū)以及卸荷區(qū)的部分區(qū)段,其滲透性是由強滲透性到弱滲透性;

(2)在卸荷區(qū)和巖體完好的區(qū)域,以及在(巖體保存完好范圍內(nèi)的)構(gòu)造斷裂影響區(qū)域,巖石的滲透性是由一般滲透性到弱滲透性。

在裂隙發(fā)育程度相同的區(qū)域,巖體的滲透性相當(dāng)分散,這是因為在某些區(qū)段的巖體裂隙中有粘質(zhì)填料存在。一般來說,殘積巖區(qū)的花崗巖類的巖體具有強滲透性;風(fēng)化區(qū)的巖體具有一般滲透性;卸荷區(qū)、巖體完好區(qū)和(完好巖體內(nèi)的)構(gòu)造斷裂影響區(qū)則具有弱滲透性。應(yīng)當(dāng)指出的是,位于卸荷區(qū)域的脈巖體具有一般滲透性。

除了殘積花崗巖類以外,花崗巖和花崗巖類都屬于堅硬的和非常堅硬的、不可柔化的以及密實度相當(dāng)大的巖石。在侵入火成巖較發(fā)育地區(qū)所做的試驗表明,巖體中的強度和變形程度很少是取決于其組成,而是在很大程度上取決于巖體的風(fēng)化程度、裂隙度以及構(gòu)造斷裂發(fā)育程度。因此,用于花崗巖類的抗剪強度指標(biāo)和變形系數(shù)必須與所劃分的區(qū)域及巖體的完整度相一致。

在下結(jié)雅水利樞紐施工地段,可以劃分為2類含水層系:

(1)對應(yīng)于松散沉積物的孔隙水層系;

(2)對應(yīng)于第四紀(jì)前的堅硬巖石裂隙區(qū)域的裂隙水層系。

這2個含水層系相互之間存在著水力學(xué)上的聯(lián)系,且都具有同一個地下水潛水面。地下水主要是無壓水。地下水補給主要來源于大氣降水的滲漏和融雪。

在地下水中,重碳酸鹽水、鈣酸鈉或混合陽離子成分、淡水占大多數(shù)。與含有侵蝕性的二氧化碳成分的相比,滲透到 W4標(biāo)號混凝土中的地下水具有中等侵蝕性,在循環(huán)浸潤的情況下,會對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形成弱侵蝕。土的季節(jié)性凍結(jié)的正常深度是2.5～3.5m。

4 結(jié) 語

在上述分析研究的基礎(chǔ)上,可以得出以下結(jié)論。

(1)在土的自然狀態(tài)下(在2007年 9月開展地震學(xué)研究工作期間),按照地震烈度等級表(MSK),所研究地段的主要部分具有以下地震烈度值:①在最大計算地震(МРЗ)的條件下,為7度和 8度;②在設(shè)計地震(ПЗ)的條件下,為 6度和7度。

在所研究地段的東南部,結(jié)雅河的右岸,在最大計算地震條件下,可以將其劃分為可能的 9度(設(shè)計地震條件下的 8度)區(qū)域。這大概與此處分布著大量的沼澤沉積物(其地震性質(zhì)更惡劣)以及地下水的水位較高有著密切的關(guān)系。

(2)為了改善建筑物基礎(chǔ)的抗震條件,在設(shè)計水利樞紐時,對主要建筑物周邊,尤其是對于在發(fā)生最大設(shè)計震級的情況下,根據(jù)詳細(xì)劃分地震區(qū)域(СМР)圖,對可能出現(xiàn) 8度和 9度地震烈度區(qū)域內(nèi)的松土和弱疏松土的處理問題進行了認(rèn)真研究,并研制了適宜的處理措施。

總的來說,下結(jié)雅水電站壩址處的工程地質(zhì)條件良好,適宜于修建水利樞紐工程。