三湾水利枢纽及输水工程地质条件评价分析

2014-04-03王弛

黑龙江水利科技 2014年5期

关键词：净水厂风化层坝址

王弛

(辽宁省汤河水库管理局，辽宁辽阳111000)

三湾水利枢纽及输水工程地质条件评价分析

王弛

(辽宁省汤河水库管理局，辽宁辽阳111000)

辽宁省丹东市三湾水利枢纽及输水工程由三湾水利枢纽、输水管线和净水厂3部分组成。通过了解区域地质概况，进行区域稳定性研究;查明各工程部位地质条件、地形地貌、地层岩性、地质构造特征、地下水特征等地质情况，对场地稳定性和适宜性作出评价，对地基基础设计方案提出建议，并为设计提供相关的物理力学参数。

枢纽;输水工程;工程地质;稳定性;地震危险性;评价分析

1 工程概况

辽宁省丹东市三湾水利枢纽及输水工程由三湾水利枢纽、输水管线和净水厂3部分组成。工程是以争取界河水权为目标，为丹东市供水提供安全保障，兼顾发电的大型综合利用水利工程，是爱河流域骨干工程之一。

该水利枢纽建成后，2025年向丹东市年供水2.05亿m3，电站总装机容量16 000 kW，年发电量4 346万 kW·h。

2 评价目的和任务

目的和任务有以下5点:

1)通过了解区域地质概况，进行区域稳定性研究，对工程场地的构造稳定性和地震危险性作出评价。

2)查明拟定各坝线的工程地质条件。

3)调查水库的主要工程地质问题，并作出评价。

4)查明输水管线各比选线路的地形地貌、地层岩性、地质构造特征、沿线水文地质情况［1］。

5)查明净水厂拟建场地的地形地貌、地层岩性、构造、地下水特征、场地类别，对场地稳定性和适宜性作出评价，对地基基础设计方案提出建议，并为设计提供相关的物理力学参数［2］。

3 库区工程地质条件

三湾水利枢纽库区位于爱河干流下游的低山丘陵区，库区内地形起伏不大，呈北高南低趋势。库区左岸地形陡峻，岩石裸露，为块状构造，风化强度低，岩石完整性和厚实度较好，且附近无大的临谷;右岸为丘陵，山体厚实，且附近无大的临谷。左右岸均未发现大的导水断裂带及洞穴，所以认为两岸无渗漏危险。

库区及两岸基岩埋藏深度相对较小，裂隙发育程度、深度及连续性较差。虽然库区中下游及上游有破碎带经过，但破碎带已被充填且压性特征明显，基本不透水。

库区两岸大部分地区在正常蓄水位以上覆盖层较薄或基岩裸露，不易发生浸没。库区两岸除基岩裸露区外，大部分地段覆盖层较薄，即使覆盖层塌落，很快会接触到稳定层，所以从整体看，库岸较稳定，不易形成大面积塌岸现象［3］。库区周边植被发育，覆盖层较薄，大面积塌岸不易形成，因此水库淤积问题不大。

库区内岩性较单一，且岩石完整性较好。虽然有两条构造经过库区，但其以压性为主，破碎带内被充填，导水性差，水库最大坝高23.39 m，蓄水高度较小，库区产生诱发地震的机制较差，初步认为本库区不易产生诱发地震。

4 坝址选择

从地层岩性上看，上、下坝址河床部位及右岸均为前震旦系花岗岩，河谷部位均为砂卵砾石等河流冲洪积物，上坝址主河床左侧局部至左岸山体为前震旦系闪长岩，下坝址左坝肩为前震旦系混合花岗岩，岩性差别不大。

从河床覆盖层厚度及岩体风化程度看，上坝址主河床覆盖层较薄，最大深度为6.5 m，坝址处强风化岩厚度为0.2～1.1 m。

下坝址主河床覆盖层较厚，最大深度为10.0 m，坝址处强风化岩厚度1.6～2.6 m。

本工程推荐坝型为混凝土重力坝，坝基础需坐落在弱风化岩基内，因此从地层岩性及风化程度方面看上坝址优于下坝址。

从地质构造上看，下坝址未发现有断层等不利构造通过，上坝址有4条较小规模的断层通过，但断层处理工程量不大。因此从地质构造角度分析，下坝址略优于上坝址。

坝体建基面以下岩石绝大部分属于弱透水，防渗处理工程量均比较小，两坝址坝基渗漏条件基本一致［4］。

通过分析，上、下坝址在地形地貌、地层岩性、坝基渗漏等方面各有优缺点存在，均可满足筑坝和建库的要求。

从工程地质条件总体上看，上坝址虽然有4条小规模断层通过，但断层处理工程量较小，且具有覆盖层及强风化岩厚度较薄的优点。

因此从地质条件上看上坝址优于下坝址，选择上坝址作为本工程的推荐坝址。

5 坝址建筑物区的工程地质条件

5.1 坝基与坝肩工程地质条件

根据勘察资料表明:上坝址主河床左侧局部至左岸山体为前震旦系闪长岩，主河床均为第四纪覆盖层，覆盖层较薄，坝基础需坐落在中等风化层和弱风化岩基内，岩石强度较高，可满足筑混凝土重力坝的要求［5］。

5.2 各坝段工程地质条件

各坝段工程地质条件包括:左侧挡水坝段覆盖层、溢流坝段覆盖层和左侧挡水坝段覆盖层。

5.2.1 右侧挡水坝段覆盖层

右侧挡水坝段覆盖层最大揭露厚度为1.5 m，位于山脚及阶地上。风化层情况:全风化厚度为0～8.58 m，向山脚逐渐尖灭;强风化厚度为0～1.82 m，向山脚逐渐尖灭;中等风化厚度为0～3.6 m，向山脚逐渐尖灭;微风化厚度为0.2～5.13 m，向山脚逐渐变薄。建议基础坐落于中等风化层上。

5.2.2 溢流坝段覆盖层

溢流坝段覆盖层厚度为4.5～6.5 m。风化层情况:

1)全风化厚度为1 m，只在局部出现。

2)强风化厚度为0.2～1.1 m。

3)中等风化厚度为0.9～3.95 m。

4)微风化最大厚度为7 m。中等风化层分布均匀，岩面起伏不大，通过压水试验，除局部段外，其渗透性较小，建议基础坐落于中等风化层上。

5.2.3 河床式厂房覆盖层

河床式厂房覆盖层最大揭露厚度为1.7～4.25 m，位于主河床中。风化层情况:强风化最大揭露厚度为0.6 m，向左岸方向逐渐尖灭;中等风化最大揭露厚度为0.55 m，向左岸方向逐渐尖灭。下部为微风化和未风化层。由于强风化～中等风化层厚度较小，且向左岸逐渐尖灭，建议基础坐落于微风化层上。

5.2.4 左侧挡水坝段覆盖层

左侧挡水坝段覆盖层最大揭露厚度为1.7 m，向左岸方向逐渐尖灭。风化层情况:中等风化层厚度为1.6 m，微风化层厚度为0.56～4.09 m，以下为未风化。建议基础坐落于微风化层上。

5.3 泵站工程地质条件

拟建泵站位于上坝址向下游方向靠近右岸的坡脚的滩地上，距离上坝址29 m，泵站规模为52.4 m×23 m。

泵站小部分位于一级阶地上，大部分位于河漫滩上，地形起伏较小。

地层岩性有素填土、粉质黏土、卵石层和强风化花岗岩，其中卵石粒径多为4～10 cm，最大粒径14 cm，卵石层中上部松散～稍密状的承载力特征值为200 kPa，下部为中密～密实状的承载力特征值为400 kPa。

强风化花岗岩岩体破碎，裂隙发肓，除石英外，其中大部分矿物成分已蚀变，钻进厚度为0.2～0.4 m，其承载力特征值为500 kPa。地质构造主要揭露的断层有F2和F3两个断层，主要为破碎的岩石与其中岩屑、黏粒、粉粒经挤压胶结而成，压扭性特征明显，与区域特征吻合。此构造为鸭绿江构造带的次生构造，表现稳定。

6 输水管线工程地质条件

工程区域内主要分布在鸭绿江断裂带、土城子—大楼房挤压破碎带、毛甸子—老古沟挤压破碎带。华夏系构造鸭绿江断裂带西侧次级断裂构造，基本上以北东向沿鸭绿江分布。

历史上距离震中最近的东港市和远离震中的丹东市均未发生过破坏性地震，特别是近年来活动极其微弱。沿江线和山上线均分布在断裂带内，对其基本没有影响，可表现为稳定，断裂构造只外环线的影响较大。

抗震设防标准，输水管线范围内的地震动参数:在庙岭至九连城一带，地面峰值加速度为0.1 g，丹东市区为0.15 g，在四道沟一带接近0.2g。

输水管线位于四道沟净水厂和庙岭之间，3个输水管线方案所在区域相距最远不过10～20 km，有些路段还相互交叉和重叠，地震设防烈度均采用Ⅶ度。

输水管线主线由三湾取水泵站出口至龙头一组段，长14.009 km。此段地貌类型是爱河、爱河西支、横道河一级阶地，地形略有起伏，高程 5.60～14.80 m。

按管底埋深≥3 m进行设计，管线大多坐落在卵石层，少量坐落在强风化花岗右面岩和粉质黏土上。根据地形、地貌、地质、施工、管理综合选定的。由龙头一组至四道沟净水厂进行三个方案的比较。通过对各方案管线地质构造和岩性的分析，推荐选择山上线［6］。

7 净水厂工程地质条件

7.1 四道沟净水厂工程地质条件

厂区地形起伏不大，地面相对高差为1.10 m，场地在地貌单元上属于鸭绿江一级阶地。区域内地层岩性为自地表而下依次为杂填土、粉质黏土、细砂、粗砂、砾砂、圆砾等层，地层厚度分别为3.9 m、2.6～4.0 m、1.6～1.7 m、1.3 m、1.1～2.2 m和7.3 m。本区域内地下水为第四系孔隙潜水，主要赋存于圆砾层中，其水位主要受大气降水控制，丰水期水位上升，枯水期水位下降，钻探施工期间测得地下水平均水位埋深为3.5 m。

据S1水质分析资料，本区地下水对各种类型的混凝土无腐蚀性，对钢结构均具弱腐蚀性。场地中地基稳定，适宜进行工程建设。本区设计地震分组为第一组，地震基本烈度为VII度，抗震设防烈度按VII度考虑，设计基本地震加速度为0.15 g，设计特征周期为0.35 s。

7.2 蛤蟆塘净水厂工程地质条件

厂区地形有一定的起伏，由东向西地势逐渐增高，地面最大高差约9 m。场地在地貌单元上属于山间凹地。区域内地层岩性为自地表而下依次为杂填土、耕土、粉质黏土、砾砂、碎石、残积土、全风化花岗岩层，地层厚度分别为0～2.5 m、0.5～0.7 m、3.8～5.4 m、1.1 ～1.2 m、0.75 ～1.6 m、0.6 ～3.0 m和0.9 m。

本区域内地下水为第四系孔隙潜水，分布不连续，主要赋存于砾砂和碎石层中，其水位主要受大气降水控制，丰水期水位上升，枯水期水位下降，钻探施工期间测得局部赋水地段地下水位为22.35～22.75 m。

根据丹东地区经验，本区地下水对各种类型的混凝土无腐蚀性，对钢结构均具弱腐蚀性。场地中地基稳定，适宜进行工程建设。本区设计地震分组为第一组，地震基本烈度为VII度，抗震设防烈度按VII度考虑，设计基本地震加速度为0.15 g，设计特征周期为0.35 s。