徐華祥

(安順市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州安順561000)

烏圖河一級(jí)水電站壩址工程地質(zhì)特征分析

徐華祥

(安順市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州安順561000)

水利工程事關(guān)民生、經(jīng)濟(jì)與發(fā)展，它的建設(shè)質(zhì)量的好壞直接決定了水利工程是否能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用與功能。而影響水利工程建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一就是工程地質(zhì)特征的相關(guān)分析，只有基于準(zhǔn)確的工程地質(zhì)特征分析，才能合理采取相應(yīng)的施工方法。介紹了水利工程建設(shè)地質(zhì)特征分析的內(nèi)容與方法，對(duì)貴州烏圖河一級(jí)水電站壩址的工程地質(zhì)特征進(jìn)行分析與論述，對(duì)分析論證結(jié)果提出了相關(guān)的建議。

水利工程;工程地質(zhì);特征分析;貴州烏圖河一級(jí)水電站;地質(zhì)評(píng)價(jià)

隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，西部城市迎來(lái)了重大的發(fā)展機(jī)遇。水利工程作為其中重要的組成部分之一，也同樣呈現(xiàn)出了建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量逐年增加的趨勢(shì)，尤其是貴州省，因其省內(nèi)地勢(shì)地貌、地質(zhì)條件特征復(fù)雜，所以對(duì)其在水利工程建設(shè)前進(jìn)行富有成效的工程地質(zhì)特征分析研究是非常有必要的。

1 水利工程建設(shè)地質(zhì)特征分析的內(nèi)容與方法

水利工程地質(zhì)特征分析的內(nèi)容可分為3個(gè)方面的內(nèi)容，即地基穩(wěn)定性、地表穩(wěn)定性以及地殼穩(wěn)定性。其中地基穩(wěn)定性就是地基巖土體在水利工程的影響范圍內(nèi)的穩(wěn)定性分析;而地表穩(wěn)定性指的是受地表面工程建設(shè)活動(dòng)因素影響下的地面地質(zhì)穩(wěn)定性分析;所謂地殼穩(wěn)定性則是主要受地球內(nèi)因影響的地殼表層相對(duì)的穩(wěn)定性分析。

而在水利工程地質(zhì)勘測(cè)工作中常用的方法則包括地球物理測(cè)井、電法勘探、電磁勘探、地震勘探、重磁位場(chǎng)勘探以及鉆探等方法。

地球物理測(cè)井。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)值模擬技術(shù)的推廣應(yīng)用，使得動(dòng)態(tài)測(cè)井技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，除此之外其鉆孔適應(yīng)范圍也從91 mm擴(kuò)展到了50 mm，同時(shí)能夠?qū)D像數(shù)字化采集實(shí)時(shí)存儲(chǔ)壓縮得以實(shí)現(xiàn)。

電法勘探。這種勘探方法又以交變流與穩(wěn)定電流場(chǎng)兩個(gè)分支理論發(fā)展出電磁感應(yīng)法、激發(fā)極化法、自然電場(chǎng)法、電阻率法等。其中電阻率法是水利工程地質(zhì)勘探最為普遍使用的方法。

電磁勘探。最近幾年，電磁勘探也逐漸成為水利工程地質(zhì)勘探的主流方法之一，它包括了連續(xù)電磁波勘探與電磁測(cè)探兩種方法，前者為人工場(chǎng)源，后者為天然場(chǎng)源。

重磁位場(chǎng)勘探。這種物探方法是最為傳統(tǒng)的，其可靠度與精度較低是最大的缺陷。但是隨著高精度、高科技的磁力儀與重力儀的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，使這種傳統(tǒng)的勘探方法的精度大幅度提升。這種方法在目前的水利工程地質(zhì)勘探分析中應(yīng)用不多。

鉆探。目前水利工程地質(zhì)分析領(lǐng)域最為常用的仍是鉆探方法。然而由于水利工程建設(shè)所遇到的地質(zhì)條件更為復(fù)雜，在遇到石英砂巖、燧石層等特硬地層或是遇到巨漂礫、砂礫等軟弱地層時(shí)，常規(guī)鉆探方式并不能取得良好的效果。我國(guó)為解決在多種復(fù)雜條件下的地質(zhì)鉆探問(wèn)題，分別研究出了鉆井取樣技術(shù)、液動(dòng)雙作用沖擊鉆進(jìn)技術(shù)、金剛石鉆具鉆進(jìn)技術(shù)、套鉆取芯技術(shù)以及大口徑鉆進(jìn)等一系列技術(shù)，并成功將它們進(jìn)行推廣應(yīng)用，取得了良好的成果。除此之外，破碎地層取芯、繩索取芯等技術(shù)也均與國(guó)際保持同步。

2 貴州烏圖河一級(jí)水電站壩址工程地質(zhì)特征分析

2.1 工程概況

該水電站地處貴州省境內(nèi)水城縣花戛鄉(xiāng)烏圖河，其組成包括電站、壓力管道、前池、引水隧洞、導(dǎo)流洞以及重力壩等建筑物。河岸式電站形式，24 MW的總裝機(jī)容量，發(fā)電量年均可達(dá)1.035億kW，IV級(jí)工程等級(jí)，規(guī)模則為小(1)型工程規(guī)模。

2.2 地質(zhì)分析

該水電站工程的攔河壩最高為15 m，壩頂高程達(dá)1 272 m，處于正常狀態(tài)下的水位在1 270 m，攔河壩在馬場(chǎng)河，呈V型的河谷斷面，右岸緩而左岸陡。山體在左壩肩位置呈較厚狀，馬場(chǎng)河河床高程為1 158.8 m，其河谷寬約30 m左右。二疊系棲霞組、茅口組與第四系松散堆積為壩址地層形態(tài)。其中棲霞、茅口組呈灰?guī)r灰色厚層狀、白云巖炭色塊狀。N25°E·NW20°的巖層產(chǎn)狀，厚3～5 m的強(qiáng)風(fēng)化層，并無(wú)軟弱夾層存在，發(fā)育的巖溶，揭露發(fā)現(xiàn)有溶洞的洞徑＞1 m，其充填混合土卵石。松散堆積物的組成則包括結(jié)構(gòu)密實(shí)的沖積而成的高液限黏土，其厚度范圍在0～19 m;結(jié)構(gòu)松散的崩塌殘坡堆積的塊碎石、大塊石，并有少量高液限黏土夾雜，厚度范圍在0～3 m;河流沖積土卵石層與淤泥，厚度范圍在13.8 ～36.8 m。

而地質(zhì)構(gòu)造則呈現(xiàn)出復(fù)雜的態(tài)勢(shì)，包括6°的工程區(qū)域地震基本烈度、0.05 g的動(dòng)峰值加速度以及0.45 s的特征周期值。壩址區(qū)構(gòu)造基本是單斜巖層構(gòu)造，包括兩組發(fā)育節(jié)理裂隙，壓扭性逆斷層通過(guò)壩址上游的150 m位置，N70°E·NW75°至80°的產(chǎn)狀，＞12 km的長(zhǎng)度，20～50 m寬的破碎帶，破碎帶無(wú)膠結(jié)，所影響的帶寬在50～100 m左右，多為負(fù)地形。

2.3 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

以上述壩址地質(zhì)資料為依據(jù)，可以得出該壩基的主滲漏層是基巖風(fēng)化帶與第四系松散層。1.3～17.5 m厚的混合土卵石層、3.5 ～18.7 m 厚的沖積淤泥層與 0.6 ～1.7 m 厚的混合土卵石層分別組成了第四系松散層的底、中、上部分。上、中部鉆孔時(shí)并無(wú)循環(huán)水現(xiàn)象，底部鉆孔則出現(xiàn)循環(huán)水，表明中部的淤泥層有一定的隔水特點(diǎn)，此處滲透小，所以在壩基滲漏計(jì)算時(shí)，所考慮的是上部滲漏因素，即公式Q=Bq=BkcpH，式中:T為滲透層厚度，本工程取值1.7;2b為壩基寬度;H為壩前正常的蓄水位;kcp為滲透帶的平均系數(shù)，本工程取值10;q為壩基單寬滲透水量;B為滲漏帶寬;Q為滲漏量。經(jīng)計(jì)算可知第四系松散層為447.52 m3/d的滲漏量。揭穿中淤泥層后，其滲透厚為19.2 m，超過(guò)了壩基寬，因此利用的計(jì)算公式，即，式中:y為滲透層厚度，本工程取19.2;b為壩基寬;K為平均滲透系數(shù)，本工程取10;qr為壩基的單寬滲透水量;B為滲漏帶的平均寬。得到計(jì)算結(jié)果為1 295.27 m3/d的滲漏量。滲透系數(shù)在基巖風(fēng)化帶顯示為1.66 m/d，綜合考慮巖溶裂隙與通常滲漏因素，滲漏帶系數(shù)取值為3.0 m/d，并計(jì)算得到基巖224.91 m3/d的滲漏量，而淤泥層在被揭穿或未揭穿時(shí)的總滲漏量分別為1 520.18 m3/d與 447.52 m3/d，而第四系松散層就占到85.2%的壩基總滲漏量。因此對(duì)其進(jìn)行防治加固處理是有必要的，其處理深度最佳位置在基巖下3～5 m的位置。

2.4 結(jié)論與相關(guān)建議

貴州省烏圖河水電站壩址工程地質(zhì)特征分析總體結(jié)論為13.8～36.8 m范圍的沖積卵石型混合土、不良級(jí)配的淤泥與礫等組成的天然壩基表層，3～5 m范圍的強(qiáng)風(fēng)化層、發(fā)育的巖溶、無(wú)軟弱夾層，炭質(zhì)灰?guī)r、厚層狀灰?guī)r的天然壩基下層。基本地震烈度6°，動(dòng)峰值加速度0.05 g，特征周期值0.45 s。壩基均存在著滲透穩(wěn)定及滲漏的問(wèn)題且程度不一。

建議清除所有的強(qiáng)風(fēng)化層與覆蓋層或防滲、加固地基，利用高壓旋噴固結(jié)技術(shù)對(duì)淤泥層進(jìn)行相應(yīng)處理，而固結(jié)灌漿技術(shù)則應(yīng)用于基巖強(qiáng)風(fēng)化層與卵石混合土層上。采取防滲處理于左右壩肩裸露基巖，巖溶發(fā)育的裂隙易溶通道滲漏位置。為防止壩肩基巖在蓄水后有可能出現(xiàn)的掉塊崩塌現(xiàn)象，因此建議清除掉兩壩肩上的強(qiáng)風(fēng)化層，將壩體放于弱或新鮮的風(fēng)化基巖位置，最后對(duì)其實(shí)施加固。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在水利工程建設(shè)之前，對(duì)工程區(qū)域的工程地質(zhì)條件進(jìn)行可靠、有效的勘探是非常重要的。尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜的貴州省，更應(yīng)選擇合理的勘探方式對(duì)其進(jìn)行工程地質(zhì)的勘探，以保證水利工程建設(shè)的質(zhì)量。

［1］王瑞民.貴州烏圖河一級(jí)水電站壩址工程地質(zhì)分析［J］.山西水利，2010，26(10):28-29，35.

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2012-06-20

徐華祥(1972-)，男，貴州普定人，工程師，從事水文地質(zhì)及工程地質(zhì)工作。