论文部分内容阅读
摘要：本文针对在覆盖层深厚的河道建拦水坝工程所面临的建基面力学强度问题、坝基渗透稳定问题和水库渗漏问题，提出主要勘察方法与实施，展示了所取得的地貌、地层结构、构造以及各主要岩土层物理力学参数、水力学参数等，根据这些工程地质条件、水文地质条件与特征，解答了大坝建基面的选择与大坝与库区防渗处理位置与方法。
关键词：工程地质问题；工程地质勘察；力学稳定；渗透稳定
1 前 言
某公司拟建山阳县马滩河庙台子水电站工程，位于陕西省山阳县南部板岩镇白头寨村至庙台子村一带，该水电站规划用溢流坝抬高水位，于河左岸以隧洞等设施引马滩河之水形成落差发电，为一座径流式小型发电站，装机容量为3000kw，属V等小（2）型工程。取水坝为有坎宽顶堰上布设翻板闸挡水，坝轴线长58.5m，正常蓄水位497.00m，坝前一般水深约4m。其中溢流坝段长40m，坝顶高程498.50m，设5孔5×10m的翻板闸门；左岸非溢流坝段长6m，右岸非溢流坝段长2.5m，坝顶高程498.50m，坝高约5m。紧靠冲砂闸布置引水隧洞进水口。
我院于2011年8月承担了该项目工程地质勘察任务，由于拟选坝址一带河道砂卵石层厚达30m，造成建坝工程坝基建基面强度要求与渗透稳定要求、以及部分库区渗漏均成为问题，也成为该项目勘察的重点。选择合理有效的勘察方法与手段，取得主要岩土层物理力学参数、水力学参数，才可以解决该上述问题。
2 勘察实施
2.1勘察工作
为了达到勘察目的与任务要求，解决工程地质问题，主要依据《中小型水利水电工程地质勘察规范》SL55—2005规范和工程场地特征，布置工作如下：对坝址区、水库范围及附近进行比例尺为1：1000的工程地质测绘；沿拟选坝址中轴线，布置1条勘探线3个钻孔，钻孔间距约为45～150m，孔深15～35m，钻进中按要求进行标准贯入试验、动力触探试验，在主要钻孔中分段进行了压水试验；在控制性钻孔中采取了岩土样、水样，对样品进行了室内岩石试验、土工试验及水质分析试验，并在钻进过程中进行了相关的原位测试试验；沿坝轴线布置人工浅震物探剖面一条，长度约300m。勘探点及物探线布置详见综合工程地质平面图。
2.2取得的成果
2.2.1 地形地貌
拟选坝位于马滩河河曲转弯部位，该处河槽宽约200m，高程约为492.10m，左岸为修建于高漫滩上的公路路基，路面高出河床约8m，岸坡陡直，下部为砌石挡墙，路后侧为板岩山体，稳定性良好；右岸为河流一级阶地前缘阶坎，高程约为500m，呈缓坡，高约3～5m，主要由砂卵石组成，坡体稳定性良好。河槽内水域宽约25m，其余均为砂卵石漫滩，砂卵石最大深度达32m。
坝址区位于本区镇安—北沟寺背斜北翼，北翼岩层主要倾向于北，倾角约40～60°，区域构造稳定性良好。
2.2.2 岩土层工程特性
⑴坝基岩土层结构
坝址区勘探测绘范围内地层主要为第四系松散堆积层和泥盆系上统板岩。其埋藏与组合关系见剖面图。按由新至老依次为：①卵石层＼②圆砾层＼③卵石层＼④泥盆系板岩。
⑵砾卵石层颗粒粒组分析
坝基土颗粒分析统计表见表2-1。
⑶砾卵石层密实度
为了评价砾卵石层密实度，本次勘察在各层均进行了重型动力触探试验，按照岩土工程勘察规范GB50021—2001附录B进行了修正，统计结果和密实度评价见表 2-2。
2.2.3坝基砂土液化
勘察区地震基本烈度为Ⅵ度，地基土存在部分可能发生液化的饱和砂土，根据标准贯入试验实测击数，按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487--2008）附录P，计算地基砂土临界值为13.6～15.2，砂层标准贯入实测击数为16～17，判断为不液化砂土，设计时可不考虑地基土液化问题。
2.2.4 坝址区水文地质特征
坝址区河槽第四系松散层覆盖较厚，富含丰富的地下水，两岸基岩和高阶地，其强风化带节理裂隙中含有地下水、高阶地砂卵石层底部含有孔隙水，地下水较贫乏。坝址区岩土层渗透系数见表2-4。
坝址区地下水主要受大气降水和河流补给，其径流途径沿孔隙裂隙由高至低，基本与地形地势变化具一致性，最终主要沿河流排泄。
3 工程主要问题分析
3.1坝基强度分析
根据勘探与测试资料，①层卵石厚度不均，稍密～中密，力学变异性较大，不宜作为坝基持力层；②层圆砾分布较稳定，承载力特征值可取280kPa，③层卵石分布稳定，承载力特征值可取400kPa，②③层均可作为坝基持力层，选择适当的坝基尺寸，即可满足坝基垂直承载力及水平推力要求，但其均属强渗透性，应采取适当的防渗处理措施。下部基岩层承载力和渗透性均可满足建坝要求。
3.2渗透稳定分析
从拟建坝工程特征和坝基岩土结构分析，选择②层圆砾作为大坝建基层从施工作业难易程度和投资上是较适宜的。②层圆砾为全新统冲积层，中密，依据颗分试验结果，该层属级配连续土，不均匀系数平均值为59.5，砾石磨圆高，级配良好，依据《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008附录G计算评价：
d=√d70.d10=√1.018×25.3=5.07mm
P=14.8%<25%
D10/d10=0.326÷1.018=0.32<10
判定坝基②砾石渗透变形破坏类型为管涌型，与③层不会发生接触冲刷，允许水力比降可取0.15。
选择②层圆砾作为坝基持力层时，该层及以下的砂卵石层均属强～中等透水层，不能满足坝基防渗要求，应采取帷幕注浆等防渗措施，处理深度根据大坝设计参数计算确定。坝肩部位均分布强透水的砂卵石层，宜采取有隔水能力的挡墙等进行衬砌支护。
3.2水库渗漏分析
拟建坝设计为宽顶堰上布设翻板闸挡水，坝高约5m，库区常水位设计为497.00m。库区位于老河槽内，右岸二级阶地段岸坡以板岩为主，为弱～微透水层，不存在渗漏问题；一级阶地段岸坡以砂卵石为主，属强透水层，且该段阶地地形上呈窄梁，后侧为老河道，具备渗露条件，本段属渗漏段，长约100m；左岸二级阶地部分，基岩出露较高，为弱～微透水层，不存在渗漏问题；位于河漫滩的人工堤防段，堤下为砂卵石层，属强透水层，其外侧宽阔的漫滩和阶地外属基岩山体，库水会渗漏，但途径不畅，其渗漏量对库区蓄水不构成影响，长约500m。
根据本次地质测绘、勘探和压水试验，水库区主要库岸地层分布见剖面图，各主要层渗透参数统计如下表3-1。
根据计算结果，渗漏量对库区蓄水有较轻影响，建议在一级阶地库岸段，用挡墙护坡的同时，用防渗材料加以处理，处理深可至地面下3～5m，以保障推荐坝库区蓄水量。
4 结束语
工程地质问题的解决主要依靠工程地质条件与相关参数，工程地质条件及相关参数的获取依靠工程地质勘察。当前许多勘察手段与方法是很成熟与有效的，关键是勘察人针对实际问题如何选择与应用，应该在加强实际操作的基础上提高理论分析。
关键词：工程地质问题；工程地质勘察；力学稳定；渗透稳定
1 前 言
某公司拟建山阳县马滩河庙台子水电站工程，位于陕西省山阳县南部板岩镇白头寨村至庙台子村一带，该水电站规划用溢流坝抬高水位，于河左岸以隧洞等设施引马滩河之水形成落差发电，为一座径流式小型发电站，装机容量为3000kw，属V等小（2）型工程。取水坝为有坎宽顶堰上布设翻板闸挡水，坝轴线长58.5m，正常蓄水位497.00m，坝前一般水深约4m。其中溢流坝段长40m，坝顶高程498.50m，设5孔5×10m的翻板闸门；左岸非溢流坝段长6m，右岸非溢流坝段长2.5m，坝顶高程498.50m，坝高约5m。紧靠冲砂闸布置引水隧洞进水口。
我院于2011年8月承担了该项目工程地质勘察任务，由于拟选坝址一带河道砂卵石层厚达30m，造成建坝工程坝基建基面强度要求与渗透稳定要求、以及部分库区渗漏均成为问题，也成为该项目勘察的重点。选择合理有效的勘察方法与手段，取得主要岩土层物理力学参数、水力学参数，才可以解决该上述问题。
2 勘察实施
2.1勘察工作
为了达到勘察目的与任务要求，解决工程地质问题，主要依据《中小型水利水电工程地质勘察规范》SL55—2005规范和工程场地特征，布置工作如下：对坝址区、水库范围及附近进行比例尺为1：1000的工程地质测绘；沿拟选坝址中轴线，布置1条勘探线3个钻孔，钻孔间距约为45～150m，孔深15～35m，钻进中按要求进行标准贯入试验、动力触探试验，在主要钻孔中分段进行了压水试验；在控制性钻孔中采取了岩土样、水样，对样品进行了室内岩石试验、土工试验及水质分析试验，并在钻进过程中进行了相关的原位测试试验；沿坝轴线布置人工浅震物探剖面一条，长度约300m。勘探点及物探线布置详见综合工程地质平面图。
2.2取得的成果
2.2.1 地形地貌
拟选坝位于马滩河河曲转弯部位，该处河槽宽约200m，高程约为492.10m，左岸为修建于高漫滩上的公路路基，路面高出河床约8m，岸坡陡直，下部为砌石挡墙，路后侧为板岩山体，稳定性良好；右岸为河流一级阶地前缘阶坎，高程约为500m，呈缓坡，高约3～5m，主要由砂卵石组成，坡体稳定性良好。河槽内水域宽约25m，其余均为砂卵石漫滩，砂卵石最大深度达32m。
坝址区位于本区镇安—北沟寺背斜北翼，北翼岩层主要倾向于北，倾角约40～60°，区域构造稳定性良好。
2.2.2 岩土层工程特性
⑴坝基岩土层结构
坝址区勘探测绘范围内地层主要为第四系松散堆积层和泥盆系上统板岩。其埋藏与组合关系见剖面图。按由新至老依次为：①卵石层＼②圆砾层＼③卵石层＼④泥盆系板岩。
⑵砾卵石层颗粒粒组分析
坝基土颗粒分析统计表见表2-1。
⑶砾卵石层密实度
为了评价砾卵石层密实度，本次勘察在各层均进行了重型动力触探试验，按照岩土工程勘察规范GB50021—2001附录B进行了修正，统计结果和密实度评价见表 2-2。
2.2.3坝基砂土液化
勘察区地震基本烈度为Ⅵ度，地基土存在部分可能发生液化的饱和砂土，根据标准贯入试验实测击数，按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487--2008）附录P，计算地基砂土临界值为13.6～15.2，砂层标准贯入实测击数为16～17，判断为不液化砂土，设计时可不考虑地基土液化问题。
2.2.4 坝址区水文地质特征
坝址区河槽第四系松散层覆盖较厚，富含丰富的地下水，两岸基岩和高阶地，其强风化带节理裂隙中含有地下水、高阶地砂卵石层底部含有孔隙水，地下水较贫乏。坝址区岩土层渗透系数见表2-4。
坝址区地下水主要受大气降水和河流补给，其径流途径沿孔隙裂隙由高至低，基本与地形地势变化具一致性，最终主要沿河流排泄。
3 工程主要问题分析
3.1坝基强度分析
根据勘探与测试资料，①层卵石厚度不均，稍密～中密，力学变异性较大，不宜作为坝基持力层；②层圆砾分布较稳定，承载力特征值可取280kPa，③层卵石分布稳定，承载力特征值可取400kPa，②③层均可作为坝基持力层，选择适当的坝基尺寸，即可满足坝基垂直承载力及水平推力要求，但其均属强渗透性，应采取适当的防渗处理措施。下部基岩层承载力和渗透性均可满足建坝要求。
3.2渗透稳定分析
从拟建坝工程特征和坝基岩土结构分析，选择②层圆砾作为大坝建基层从施工作业难易程度和投资上是较适宜的。②层圆砾为全新统冲积层，中密，依据颗分试验结果，该层属级配连续土，不均匀系数平均值为59.5，砾石磨圆高，级配良好，依据《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008附录G计算评价：
d=√d70.d10=√1.018×25.3=5.07mm
P=14.8%<25%
D10/d10=0.326÷1.018=0.32<10
判定坝基②砾石渗透变形破坏类型为管涌型，与③层不会发生接触冲刷，允许水力比降可取0.15。
选择②层圆砾作为坝基持力层时，该层及以下的砂卵石层均属强～中等透水层，不能满足坝基防渗要求，应采取帷幕注浆等防渗措施，处理深度根据大坝设计参数计算确定。坝肩部位均分布强透水的砂卵石层，宜采取有隔水能力的挡墙等进行衬砌支护。
3.2水库渗漏分析
拟建坝设计为宽顶堰上布设翻板闸挡水，坝高约5m，库区常水位设计为497.00m。库区位于老河槽内，右岸二级阶地段岸坡以板岩为主，为弱～微透水层，不存在渗漏问题；一级阶地段岸坡以砂卵石为主，属强透水层，且该段阶地地形上呈窄梁，后侧为老河道，具备渗露条件，本段属渗漏段，长约100m；左岸二级阶地部分，基岩出露较高，为弱～微透水层，不存在渗漏问题；位于河漫滩的人工堤防段，堤下为砂卵石层，属强透水层，其外侧宽阔的漫滩和阶地外属基岩山体，库水会渗漏，但途径不畅，其渗漏量对库区蓄水不构成影响，长约500m。
根据本次地质测绘、勘探和压水试验，水库区主要库岸地层分布见剖面图，各主要层渗透参数统计如下表3-1。
根据计算结果，渗漏量对库区蓄水有较轻影响，建议在一级阶地库岸段，用挡墙护坡的同时，用防渗材料加以处理，处理深可至地面下3～5m，以保障推荐坝库区蓄水量。
4 结束语
工程地质问题的解决主要依靠工程地质条件与相关参数，工程地质条件及相关参数的获取依靠工程地质勘察。当前许多勘察手段与方法是很成熟与有效的，关键是勘察人针对实际问题如何选择与应用，应该在加强实际操作的基础上提高理论分析。