乌图河一级水电站坝址工程地质特征分析

2012-08-15徐华祥

黑龙江水利科技 2012年7期

关键词：坝址特征分析基岩

徐华祥

(安顺市水利水电勘测设计院，贵州安顺561000)

乌图河一级水电站坝址工程地质特征分析

徐华祥

(安顺市水利水电勘测设计院，贵州安顺561000)

水利工程事关民生、经济与发展，它的建设质量的好坏直接决定了水利工程是否能充分发挥其应有的作用与功能。而影响水利工程建设质量的关键因素之一就是工程地质特征的相关分析，只有基于准确的工程地质特征分析，才能合理采取相应的施工方法。介绍了水利工程建设地质特征分析的内容与方法，对贵州乌图河一级水电站坝址的工程地质特征进行分析与论述，对分析论证结果提出了相关的建议。

水利工程;工程地质;特征分析;贵州乌图河一级水电站;地质评价

随着我国西部大开发战略的深入推进，西部城市迎来了重大的发展机遇。水利工程作为其中重要的组成部分之一，也同样呈现出了建设项目数量逐年增加的趋势，尤其是贵州省，因其省内地势地貌、地质条件特征复杂，所以对其在水利工程建设前进行富有成效的工程地质特征分析研究是非常有必要的。

1 水利工程建设地质特征分析的内容与方法

水利工程地质特征分析的内容可分为3个方面的内容，即地基稳定性、地表稳定性以及地壳稳定性。其中地基稳定性就是地基岩土体在水利工程的影响范围内的稳定性分析;而地表稳定性指的是受地表面工程建设活动因素影响下的地面地质稳定性分析;所谓地壳稳定性则是主要受地球内因影响的地壳表层相对的稳定性分析。

而在水利工程地质勘测工作中常用的方法则包括地球物理测井、电法勘探、电磁勘探、地震勘探、重磁位场勘探以及钻探等方法。

地球物理测井。随着计算机技术与数值模拟技术的推广应用，使得动态测井技术得以实现，除此之外其钻孔适应范围也从91 mm扩展到了50 mm，同时能够将图像数字化采集实时存储压缩得以实现。

电法勘探。这种勘探方法又以交变流与稳定电流场两个分支理论发展出电磁感应法、激发极化法、自然电场法、电阻率法等。其中电阻率法是水利工程地质勘探最为普遍使用的方法。

电磁勘探。最近几年，电磁勘探也逐渐成为水利工程地质勘探的主流方法之一，它包括了连续电磁波勘探与电磁测探两种方法，前者为人工场源，后者为天然场源。

重磁位场勘探。这种物探方法是最为传统的，其可靠度与精度较低是最大的缺陷。但是随着高精度、高科技的磁力仪与重力仪的开发与应用，使这种传统的勘探方法的精度大幅度提升。这种方法在目前的水利工程地质勘探分析中应用不多。

钻探。目前水利工程地质分析领域最为常用的仍是钻探方法。然而由于水利工程建设所遇到的地质条件更为复杂，在遇到石英砂岩、燧石层等特硬地层或是遇到巨漂砾、砂砾等软弱地层时，常规钻探方式并不能取得良好的效果。我国为解决在多种复杂条件下的地质钻探问题，分别研究出了钻井取样技术、液动双作用冲击钻进技术、金刚石钻具钻进技术、套钻取芯技术以及大口径钻进等一系列技术，并成功将它们进行推广应用，取得了良好的成果。除此之外，破碎地层取芯、绳索取芯等技术也均与国际保持同步。

2 贵州乌图河一级水电站坝址工程地质特征分析

2.1 工程概况

该水电站地处贵州省境内水城县花戛乡乌图河，其组成包括电站、压力管道、前池、引水隧洞、导流洞以及重力坝等建筑物。河岸式电站形式，24 MW的总装机容量，发电量年均可达1.035亿kW，IV级工程等级，规模则为小(1)型工程规模。

2.2 地质分析

该水电站工程的拦河坝最高为15 m，坝顶高程达1 272 m，处于正常状态下的水位在1 270 m，拦河坝在马场河，呈V型的河谷断面，右岸缓而左岸陡。山体在左坝肩位置呈较厚状，马场河河床高程为1 158.8 m，其河谷宽约30 m左右。二叠系栖霞组、茅口组与第四系松散堆积为坝址地层形态。其中栖霞、茅口组呈灰岩灰色厚层状、白云岩炭色块状。N25°E·NW20°的岩层产状，厚3～5 m的强风化层，并无软弱夹层存在，发育的岩溶，揭露发现有溶洞的洞径＞1 m，其充填混合土卵石。松散堆积物的组成则包括结构密实的冲积而成的高液限黏土，其厚度范围在0～19 m;结构松散的崩塌残坡堆积的块碎石、大块石，并有少量高液限黏土夹杂，厚度范围在0～3 m;河流冲积土卵石层与淤泥，厚度范围在13.8 ～36.8 m。

而地质构造则呈现出复杂的态势，包括6°的工程区域地震基本烈度、0.05 g的动峰值加速度以及0.45 s的特征周期值。坝址区构造基本是单斜岩层构造，包括两组发育节理裂隙，压扭性逆断层通过坝址上游的150 m位置，N70°E·NW75°至80°的产状，＞12 km的长度，20～50 m宽的破碎带，破碎带无胶结，所影响的带宽在50～100 m左右，多为负地形。

2.3 工程地质评价

以上述坝址地质资料为依据，可以得出该坝基的主渗漏层是基岩风化带与第四系松散层。1.3～17.5 m厚的混合土卵石层、3.5 ～18.7 m 厚的冲积淤泥层与 0.6 ～1.7 m 厚的混合土卵石层分别组成了第四系松散层的底、中、上部分。上、中部钻孔时并无循环水现象，底部钻孔则出现循环水，表明中部的淤泥层有一定的隔水特点，此处渗透小，所以在坝基渗漏计算时，所考虑的是上部渗漏因素，即公式Q=Bq=BkcpH，式中:T为渗透层厚度，本工程取值1.7;2b为坝基宽度;H为坝前正常的蓄水位;kcp为渗透带的平均系数，本工程取值10;q为坝基单宽渗透水量;B为渗漏带宽;Q为渗漏量。经计算可知第四系松散层为447.52 m3/d的渗漏量。揭穿中淤泥层后，其渗透厚为19.2 m，超过了坝基宽，因此利用的计算公式，即，式中:y为渗透层厚度，本工程取19.2;b为坝基宽;K为平均渗透系数，本工程取10;qr为坝基的单宽渗透水量;B为渗漏带的平均宽。得到计算结果为1 295.27 m3/d的渗漏量。渗透系数在基岩风化带显示为1.66 m/d，综合考虑岩溶裂隙与通常渗漏因素，渗漏带系数取值为3.0 m/d，并计算得到基岩224.91 m3/d的渗漏量，而淤泥层在被揭穿或未揭穿时的总渗漏量分别为1 520.18 m3/d与 447.52 m3/d，而第四系松散层就占到85.2%的坝基总渗漏量。因此对其进行防治加固处理是有必要的，其处理深度最佳位置在基岩下3～5 m的位置。

2.4 结论与相关建议

贵州省乌图河水电站坝址工程地质特征分析总体结论为13.8～36.8 m范围的冲积卵石型混合土、不良级配的淤泥与砾等组成的天然坝基表层，3～5 m范围的强风化层、发育的岩溶、无软弱夹层，炭质灰岩、厚层状灰岩的天然坝基下层。基本地震烈度6°，动峰值加速度0.05 g，特征周期值0.45 s。坝基均存在着渗透稳定及渗漏的问题且程度不一。

建议清除所有的强风化层与覆盖层或防渗、加固地基，利用高压旋喷固结技术对淤泥层进行相应处理，而固结灌浆技术则应用于基岩强风化层与卵石混合土层上。采取防渗处理于左右坝肩裸露基岩，岩溶发育的裂隙易溶通道渗漏位置。为防止坝肩基岩在蓄水后有可能出现的掉块崩塌现象，因此建议清除掉两坝肩上的强风化层，将坝体放于弱或新鲜的风化基岩位置，最后对其实施加固。