克孜尔水库方山的工程地质条件及工程处理

2015-12-19向新益

西部探矿工程 2015年5期

关键词：主坝方山克孜尔

向新益

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830091）

克孜尔水库方山的工程地质条件及工程处理

向新益*

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830091）

克孜尔水库的方山是主坝左肩和副坝右肩的联接段，由构造形成的方山分布有叠瓦断层、滑塌体、地裂缝等，工程地质条件复杂，对方山的工程地质勘察、评价直接影响到坝段坝线位置选择和工程建设，就方山工程地质勘察、工程地质条件评价及工程处理进行了论述。

克孜尔水库方山；工程地质条件；工程处理

1 概况

克孜尔水库是新疆渭干河流域的一座控制性大型综合利用水利枢纽；坝址位于木扎提河与克孜河交汇口以下长约2.5km的河段内，河床宽130m左右，右岸为洪积扇带；工程由拦河主坝、副坝、溢洪道、泄洪排砂涵洞、发电引水涵洞和坝后电站组成。

主坝、副坝为粘土心墙砂砾石坝，主坝坝顶高程1154.6m，坝顶长920.6m，最大坝高44.0m；副坝坝顶高程1154.0m，坝顶长1288.0m，最大坝高32.6m，主、副坝粘土心墙均为不对称宽心墙，心墙顶高程1153.4m。F2断层带自副坝右坝肩处通过。主、副坝由F2错动抬升形成的大方山联接。

大方山是F2断层错断，南部抬升，在河左岸形成Ⅳ-Ⅵ级阶地，临河阶坎为高30～40m的陡壁，这些阶地在渭干河、克孜尔河交汇处左岸形成一大方山（见图1），构成主坝水库工程的左肩和副坝右肩。

图1 坝区地质地貌略图

方山长500m，宽160m，最高点高程1177.58m，方山北坡为活动的F2断层带，坡高33m左右。为副坝右坝肩。南坡高35～65m，南坡上发育了3条较大的北南方向冲沟（图2），方山除受F2活动断层影响外，还有广泛分布有叠瓦断层、滑塌体、地裂缝等，工程地质条件复杂。

方山的工程地质勘察、评价直接影响到坝段坝线位置选择，因此，方山的工程地质勘察、评价和工程处理的设计等对克孜尔水库工程建设和运行管理至关重要。

2 方山的工程地质勘察

方山为一孤立的台地，四周临空，地表层有厚2.5m左右阶地卵砾石层覆盖，查明叠瓦断层、滑塌体、地裂缝的分布，主要采用工程地质测绘、物探、坑槽探相结合，尤其是对地裂缝的勘察采用了大量的槽探和竖井，方山共布置了探槽12条，竖井16个。

3 方山主要工程地质问题及处理

（1）叠瓦断层。大方山的基岩为新近系上新统N2的砂岩、泥岩：产状65°NW∠80°～90°，上部分布有厚2.5m左右阶地卵砾石层；方山上的断裂除北坡的F2活动断裂带以外还发育了一组与F2同产状的叠瓦断层14条（见图2），断层产状65°SE∠20°～30°，断距0.5～1m，间距10～30m，从方山上的冲沟及四周阶坎出露的天然剖面清晰显示，叠瓦断层对方山顶部的砾卵石层（Q3）没有影响，因此可以断定叠瓦断层也不活动。

（2）滑塌体。方山上的节理除层面与叠瓦断层平行的节理外，还发育了一组NW向的张节理，产状325°NE∠70°～85°，叠瓦断层，斜切岩层，它们的走向平行河流和方山南坡走向，F3、F4、F5、F6在南坡谷坡上出露，与近于直立的地层层面配合、组成边坡不稳定结构面，在方山南坡下游长350m的边坡沿F4、F3断层面滑动，该滑塌体至今仍继续活动，滑塌方量约30×104m3，滑塌体后缘裂隙深1～2m，宽50cm左右（图2）。

图2 方山地质图

方山南坡上游段谷坡（坝肩范围），叠瓦断层出露于谷坡中部，它们与层面组成的结构面经稳定分析，其安全系数K为1.15～0.9之间，属极限平衡状态；因此，在坝肩范围内出露的断面把上盘不稳定岩体全部清除。充分利用2号深冲沟作为排泄坝肩渗漏水和保护坝后岩体的稳定，清除沟底基岩表面风化层，铺设较厚层的砂砾石层作为排水层，上覆废料盖层，以防止上游沟坡不再向坝肩发展。

（3）地裂缝。在方山中部及西部，经大量探槽、竖井揭露，见有地裂缝90多条，绝大多数走向300°～353°，（87条）倾向NE或SW，倾角60°～90°，最大延伸深度为15.25m，另有3条10°～30°方向的小裂缝。北西向裂缝在平面上组成3个密集带，每带内都有1条主要的裂缝，这3个密集带位于TC-5，TC-4探槽，SJ-79竖井处，裂缝间距190～195m。

所有裂缝都是上宽下窄，呈楔形，最大宽有1.03m，覆盖层内的裂缝被后期的水流淤积物填充。基岩内的裂缝，由于砂砾石的阻塞，基本无填充物，但沿裂缝面有明显的水流痕迹。最大的原裂缝深度由SJ-79和SJ-82竖井揭露，为13.6～15.25m（基岩面以下10～11m），裂缝下端岩体完好。

裂缝延伸的长度以TC5探槽内的裂缝最长，折线状延伸65.6m，还有1条为41m，其余的在13m以下。所有裂缝都未发现明显的水平或垂直方向的错动及再次裂开的迹象。SJ-82竖井揭露有1条大裂缝，在基岩面处宽1.03m，上部Q3卵砾石层内形成楔状体，有垂直位移40cm，属典型的地震构造楔，从形成特征可以断定不是地应力形成的地质构造活动形迹。

在方山西北角F2断层出露处，发现压在断层下的粉细砂层，有古液化迹象，说明该区过去发生过强烈地震，方山上的地裂缝是古地震事件产物。

根据最小强度理论分析，一旦地震破坏裂缝形成后，在同一地震地质环境内后来的地震波动应力场，就会沿着已有裂缝不断释放，不大可能再在已有裂缝之间的完整地层中，再造成新的裂缝，因此只要设法避开原地震裂缝区，就可以减少未来地震对方山上的工程设施的影响，也可以避开现有裂缝对两肩的渗漏和渗流对大方山后边坡稳定的影响。