松塔水电站枢纽围堰工程地质条件评价

2011-09-17戴永坚

山西水利 2011年7期

关键词：覆盖层卵石基岩

戴永坚

（晋中市水利勘测设计院，山西榆次 030600）

1 工程概况

松塔水电站枢纽工程位于山西省寿阳县羊头崖乡西草庄村东500 m处的潇河干流上，水电站坝址距寿阳县城约20 km，距晋中市城区约44 km。该枢纽工程大坝主选坝型为碾压式均质土坝，比选坝型为面板堆石坝，其主要设计指标见表1。

表1 土坝主要设计指标表

2 围堰工程地质

2.1 上游围堰工程地质条件

上游围堰位于大坝上游约250 m、导流泄洪洞进口引渠下游约30 m处的潇河干流上。围堰长111 m，堰顶高程980.8 m，围堰顶宽7.0 m，最大堰高10.8 m，上游边坡 1∶2.0，下游边坡 1∶1.5。

围堰处潇河河床及河漫滩宽85 m，其中河床宽约20 m，地面高程972.5～977.5 m。围堰右岸为堆积岸，呈凸岸，岸坡较缓,地面高程在980 m以上。左岸为侵蚀岸，呈凹岸，岸壁较陡，基岩出露，地面高程在980 m以上。围堰左右岸发育Ⅰ，Ⅱ级堆积阶地，Ⅰ级堆积阶地高出河床7～8 m，阶面高程980～983 m，阶面宽10～30 m；Ⅱ级堆积阶地高出河床10～15 m，阶面高程983～988 m，阶面宽 10～50 m。

围堰左岸（剖面平距0～51 m）：平距0～33 m地表基岩出露，地层岩性为T1l-11～T1l-9岩组细砂岩、粉砂岩互层夹泥岩，岩层倾向左岸偏下游，倾角6°～7°，节理裂隙较发育，强风化层厚1～3 m；平距33～51 m为Q41pal地层，上部为厚1.7～3.2 m的低液限粉土，下部为卵石混合土层，总厚度4～6 m。

围堰堰基（剖面平距51～162 m）：该段属潇河Ⅰ级堆积阶地、河床及河漫滩，局部基岩裸露，基岩为T1l-7、T1l-8岩组细砂岩、粉砂岩夹泥岩，基岩面高程972～980 m，由河床向两岸基岩面逐渐升高。该段覆盖层为Q41pal和Q42pal地层，上部为厚0～2 m的低液限粉土，下部为卵石混合土层，总厚度0～4.5 m。

围堰右岸（剖面平距162～200 m）：该段属潇河Ⅰ，Ⅱ级堆积阶地，覆盖层为Q41pal，Q3pal地层，上部为厚1～3.5 m的淡黄色低液限粉土，下部为卵石混合土层，总厚度 2～5 m。

根据围堰附近钻孔资料推测，围堰处地下水水位高程 956～957 m。

2.2 上游围堰工程地质评价

2.2.1 地基承载力

根据围堰地基特性，建议基岩强风化层承载力标准值为600～700 kPa，卵石混合土层承载力标准值为180～200 kPa，低液限粉土承载力标准值为 90～100 kPa。

2.2.2 围堰地基渗漏及绕坝渗漏

堰基覆盖层上部为低液限粉土，下部为卵石混合土层，存在堰基渗漏问题。覆盖层平均渗透系数参照坝基取渗水试验平均值23.4 m/d，属强透水带。

覆盖层渗漏量采用下式进行估算：

式中：Q——渗漏量，m3/d；

B——渗漏带宽度，m；

q——堰基单宽渗漏量，m3/（d·m）；

kcp——渗透带平均渗透系数，m/d；

H——堰前堰后水位差，m；

2 b——堰基宽，m；

T——渗透层厚度，m。

经估算，堰基覆盖层渗漏量为1 461 m3/d。

表2 上游围堰地基覆盖层渗漏量估算表

围堰左右岸存在沿覆盖层的绕坝渗漏问题，渗透层主要为卵石混合土层。两岸下伏基岩视为相对隔水层，绕坝渗漏宽度取堰顶线与地形线交点至左岸或右岸堰顶线与基岩面交点之间的距离，左右岸绕坝渗漏宽各约30 m，运用公式（1）并参照表3有关数据计算，绕坝渗漏最小半圆半径r0取堰基底宽的1/2，即22.5m，估算得左、右岸绕坝渗漏量分别为34 m3/d，24 m3/d。

表3 上游围堰左、右岸绕坝渗漏量估算成果表

2.2.3 围堰地基渗透稳定性

参照坝基覆盖层渗漏稳定性分析，堰基粗粒土及含巨粒土层可能产生的渗透变形类型为管涌，建议产生管涌的临界水力比降总体按0.24考虑，允许水力比降总体按0.12考虑。堰基上部低液限粉土可能产生的渗透变形类型为流土，据工程类比建议，其允许水力比降总体按0.5考虑。

由于堰基卵石混合土层存在渗漏及渗透破坏问题，建议对堰基卵石混合土层进行防渗处理，对上部低液限粉土层进行加固处理或挖除。

2.3 下游围堰工程地质条件

下游围堰位于大坝下游约300 m、导流泄洪洞出口上游附近的潇河干流上。围堰长107 m，堰顶高程972.5 m，围堰顶宽4.0 m，最大堰高5.5 m，上游边坡1∶2.0，下游边坡 1∶1.5。

围堰处潇河河床及河漫滩宽105 m，其中河床宽约20 m，地面高程967.0～971.7 m。围堰右岸为堆积岸，呈凸岸，岸坡较缓,地面高程在974 m以上。左岸为侵蚀岸，呈凹岸，岸壁较陡，基岩出露，地面高程在968 m以上。围堰左右岸发育Ⅰ，Ⅱ级堆积阶地，Ⅰ级堆积阶地高出河床7～8 m，阶面高程974～979 m，阶面宽0～100 m，Ⅱ级堆积阶地高出河床13～15 m，阶面高程980～988 m，阶面宽 20～50 m。

围堰左岸（剖面平距0～49 m）：岸坡陡壁基岩裸露，地层岩性为T1l-11～T1l-10岩组细砂岩、粉砂岩夹泥岩，岩层倾向下游偏左岸，倾角2°～5°，节理裂隙较发育，强风化层厚1～3 m；上覆地层岩性为Q2pl和Q3pal低液限黏（粉）土，底部有一层厚1～2 m的卵石混合土层，总厚度 0～13.5 m。

围堰堰基（剖面平距49～156 m）：该段属潇河河床、河漫滩，地表出露的地层岩性为Q42pal卵石混合土层，表层有0～0.5 m厚的低液限粉土层，总厚度0.5～2.5 m；下伏基岩为T1l-10、T1l-9岩组粉砂岩、细砂岩夹泥岩。

围堰右岸（剖面平距156～200 m）：该段属潇河Ⅰ级堆积阶地，地表出露的地层岩性为Q41pal低液限粉土，厚2.5～3.5m，下部为卵石混合土层，厚度4.5～5.1m。

根据围堰附近钻孔资料推测，围堰处地下水水位高程 951～953 m。

2.4 下游围堰工程地质评价

2.4.1 地基承载力

围堰地基上部为Q42pal低液限粉土、卵石混合土层，下部为T1l-10、T1l-9岩组粉砂岩、细砂岩夹泥岩，建议低液限粉土承载力标准值为60～80 kPa，卵石混合土层承载力标准值为180～200 kPa，基岩强风化层承载力标准值为500～600 kPa。

2.4.2 围堰地基渗漏及绕坝渗漏

堰基覆盖层主要为卵石混合土层，存在堰基渗漏问题。覆盖层平均渗透系数参照坝基取23.4 m/d，属强透水带。

堰基覆盖层渗漏量采用公式（1）进行估算。经估算，堰基覆盖层渗漏量为1 002 m3/d。

表4 下游围堰地基覆盖层渗漏量估算表

表5 下游围堰右岸绕坝渗漏量估算成果表

围堰左岸堰顶高程以下为基岩，岸坡稳定性较好。围堰右岸存在沿覆盖层的绕坝渗漏问题，渗透层主要为卵石混合土层。右岸下伏基岩视为相对隔水层，绕坝渗漏宽度取堰顶线与地形线交点至右岸堰顶线与基岩面交点间的距离，右岸绕坝渗漏宽约45 m，绕坝渗漏最小半圆半径r0取堰基底宽的1/2，即11.5m，采用公式（1）并参照表5有关数据进行计算，估算得右岸绕坝渗漏量为76 m3/d。

2.4.3 围堰地基渗透稳定性

参照坝基覆盖层渗透漏稳定性分析可知，下游围堰堰基存在渗漏及渗透破坏问题，建议对其进行防渗处理，并清除上部低液限粉土层。