黄栗树水库溢洪道工程地质分析探讨

2017-01-20唐清华

治淮 2017年9期

唐清华

黄栗树水库溢洪道工程地质分析探讨

唐清华

一、工程概况

黄栗树水库位于安徽省滁州市全椒县境内滁河支流襄河上游，距全椒县城西北23km，控制流域面积262km2，总库容2.3亿m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、供水、发电、水产养殖等综合利用的大（2）型水库。黄栗树水库枢纽建筑物由大坝、正常溢洪道、副坝（非常溢洪道）、放水涵洞、渠首工程和小水电站等建筑物组成，坝长255m，最大坝高32.2m。

溢洪道位于大坝左侧，与左坝头间隔一山头，采用四级消能结构，全长约839m，由进口导流墙、引渠、泄洪闸、泄槽段、泄洪渠及二～四级跌水等建筑物构成。以泄洪闸闸室末端为0+000桩号，至0+330段为泄槽段（含0+046～0+070处的一级消力池，0+205处滚水坝及0+275二级跌水），三级跌水滚水坝位于0+510处，四级跌水位于0+676处。桩号0-037～0+183为开山段长约220m，岩质边坡，其余为挖填结合，土质边坡或土石混合边坡。

该水库于1961年开始建设，因投资等原因建设过程断断续续，于1994年整体建成。在施工及运行过程中，溢洪道曾出现边坡坍塌、挡土墙倒塌等情况。2010～2012年申请国家投资对大坝进行了防渗处理，但溢洪道等建筑物未处理，存在安全隐患。2014年开展了水库安全鉴定，属病险水库，亟需除险加固。该水库目前正在编制除险加固工程初步设计，笔者结合工作实际，现就黄栗树水库溢洪道工程地质情况进行探讨。因篇幅原因，本文仅述存在问题的溢洪道开山段及泄洪闸段。

二、溢洪道工程地质条件

1.开山段两岸边坡工程地质条件

开山段长约220m，岩质边坡，现状两侧边坡以峻坡为主，少量为悬坡，坡高约13～23m（含泄槽段护砌及挡土墙的高度），其中约在高程52.0～52.5m以上至坡顶为岩质边坡（峻坡为主），其下则为护砌及挡土墙。桩号0+183以下为挖填结合段，土质边坡为主，局部土石混合边坡。

（1）地层岩性

溢洪道开山段长约220m，岩质边坡，按岩性可分为两段，由溢洪道进口到溢洪道拐弯处（桩号约为0+100），长约140m，岩性主要为石灰岩，称为“石灰岩段”，岩层产状 N40°E，NW∠80°～90°，岩层走向与溢洪道轴线夹角约60°，岩层近于直立，薄层～碎裂镶嵌结构，层理一般厚约2～5cm，部分5～20cm，断层、裂隙发育；地表及坡面风化强烈，局部已全风化，因节理、裂隙较发育，岩体较破碎，坡面上岩石手稍用力就能抠动，雨天时有落石及小规模（体积一般小于5m3）崩塌现象发生；横切层理的裂隙可分为2组，一组为N70°～80°W，倾向NE∠40°～45°，在溢洪道右岸边坡为顺向坡；另一组为N50°～40°W，倾向SW∠40°～45°，在溢洪道左岸边坡为顺向坡。这两组裂隙发育程度相当，间距10～30cm，局部间距3～10cm。由拐弯处到桩号0+180左右，岩性主要为燧石岩、粘土岩、硅质板岩、碳质页岩、辉绿岩脉（岩脉侵入在燧石岩中）等，以燧石岩占绝大多数，称为“燧石岩段”，长约80m，这一段溢洪道与地层走向夹角为70°～50°，该段岩石为薄层～碎裂镶嵌结构，断层较发育，裂隙发育，横切层理的裂隙也有2组，性质同上；边坡岩体破碎，风化剧烈，雨天时有落石及小规模崩塌现象发生，其中粘土岩、辉绿岩脉风化更为严重，具弱崩解性。

（2）地质构造

1）断层

溢洪道中大小断层数量很多，共有13条，通过石灰岩段的有11条，有两条既通过石灰岩段又通过燧石岩段，由于1965年后新增了挡土墙、混凝土底板、防汛道路等，除F4、F11部分可见、F15大部分可见外，其余均被掩盖了。这些断层中顺坡向者少，仅有F5及F6在右壁与边坡斜交，还有F8断层因位于右岸陡壁顶部，产状不便量取，估计是顺坡向的，倾角约为30°～50°。其余各条断层在两壁上都是反坡向的，其中规模较大、破坏性严重的大断层有两条，分别为F11和F15断层，这两条断层均属平移断层，位于溢洪道左岸。

F11断层分布在左岸崖坡上，断层产状 N70°W，NE∠70°～85°，断层面上有厚约1～2m的断层角砾岩，胶结坚硬，局部夹红色粘土及砂礓结核，厚10cm左右。该断层走向大致平行溢洪道上游段轴线，断层顶面高程52～56m，断层两侧灰岩破碎严重，未设置护砌、挡土墙前在溢洪道段暴露长约135m，在0+130附近以产状N80°E，NW∠70°～85°延伸至左岸山中。根据各层石灰岩的错移情况，断层上下盘相对水平错移达45m左右，因而使断层两侧灰岩形成破碎严重的破碎带，且大都风化破碎成粉末状，浸水后影响溢洪道侧墙安全。

F15断层，产状 N80°W，NE∠80°～85°，亦分布在溢洪道左岸坡顶左侧，离坡顶约6～12m，有厚约0.4m的断层角砾岩，属平移断层，断层上下盘岩层水平错移达30m。该断层基本与F11平行，相距约20m。

2）节理裂隙

溢洪道开山段两岸节理裂隙颇为发育，特别是横切层理的共29条，分为2组。一组产状为N70°～80°W，NE∠40°，于右壁为顺坡向裂隙；另一组产状为 N40° ～50° W，SW∠40°，于左壁为顺坡向裂隙。两组裂隙发育程度相当，这样，溢洪道左、右壁各存在一组顺坡向裂隙，在与其他裂隙的组合后对边坡稳定甚为不利。

2.溢洪道泄洪闸地质条件

泄洪闸闸基建在弱风化的石灰岩上，本次勘探在闸中心线上游侧施钻了ZK11孔，该孔钻探及压水、注水试验成果表明，灰岩为碎块～片状的薄层结构，浅部岩层层面裂隙上时常夹有棕红色粘性土；44.98～40.88m高程段为弱风化灰岩，含白色条带状燧石结核及方解石脉，岩石破碎，中等倾角裂隙很发育，隙面多附有水锈，岩芯多呈3～5cm碎块状，少部分呈短柱状；40.88～21.50m高程段为微风化灰岩，岩石较破碎，岩芯多呈块状～短柱状，少量为大于10cm长柱状，裂隙较发育，隙面平直、规则，一般附有铁锰锈及泥膜，压水试验成功率低，已测得的灰岩透水率为5.61～17.33Lu，21.50m高程以下为新鲜岩体，但裂隙仍较发育，岩体透水率为3.04～3.69Lu。

三、溢洪道工程地质评价及处理建议

1.开山段边坡稳定性分析与处理建议

1）左岸边坡：溢洪道开山段左岸挡土墙顶以上边坡主要为峻坡（坡度45°～60°），局部为悬坡（65°～90°），坡高约为6～13m（自挡土墙顶部起算），坡顶覆盖层较薄，约为0.0～3.0m，系残积土。岩体破碎，节理裂隙发育；在坡面上发育有F11断层，现大部分被挡土墙墙后填土或护坡掩盖了，仅在泄洪闸左侧斜坡、桩号0+120等处坡面仍能见到断层角砾岩。

自进口 0-037～0+000段出露为F11断层角砾岩，桩号0+000～0+100段为石灰岩，薄层～镶嵌结构，0+100～0+180段主要为燧石岩夹粘土岩、辉绿岩脉等，其中0+000～0+050段（灰岩）岩石呈灰黄、灰棕色，已与一般灰岩颜色不同，因风化破碎手能抠动，该段岩石以硅质灰岩为主；桩号0+050～0+100灰岩呈灰黑色，产状清晰，但也已风化成碎块～粉末状。0+100～0+180陡坡面为薄层燧石岩夹粘土岩、辉绿岩脉等的全风化及强风化层，表层已呈棕褐、灰黄等色。本次又在上述成果基础上进行了补充地质测绘，这些岩层均倾角大，甚至近似直立，风化程度较以前更为严重，粘土岩部分已成土状，坡面上石灰岩、燧石岩多呈扁长的长方形碎块，大者也不过10cm左右，雨天即有落石和崩塌现象发生，但规模小（崩塌体积一般小于5m3）。

横切层理的N50～40°W倾向SW∠40°～45°裂隙组为顺坡向裂隙，再加上L11～L28裂隙的组合作用，对边坡稳定甚为不利。

2）右岸边坡：右岸边坡坡顶覆盖层较薄，约为0.0～1.5m，系残积土。据1965年资料，在坡面上发育有F4、F9断层。自桩号0+000～0+100为石灰岩强风化，局部已为全风化层，以陡坡（边坡坡度30°～45°）为主，局部峻坡，坡高6～13m。0+100～0+120为薄层燧石岩强风化，0+120～0+180则为薄层燧石岩、粘土岩、辉绿岩脉等全风化，局部已泥化，其中0+120～0+150段为石崖，系不稳定体，雨天经常发生小规模崩塌。

横切层理的N70°～80°W倾向NE∠40°～45°裂隙组为顺坡向裂隙，再加上L1～L11裂隙的组合作用，对边坡稳定不利，尤其在0+120～0+150段。

综上所述，溢洪道开山段左右两岸边坡岩性以灰岩、燧石岩为主，间夹有粘土岩、辉绿岩脉，薄层～镶嵌结构，且粘土岩、辉绿岩具弱崩解性；岩层走向与溢洪道轴线斜交，夹角约50°～70°，对边坡稳定有利；然而，由于构造发育，节理裂隙多，风化严重，使得岩石破碎严重，多呈碎块状，当边坡为陡峻坡时易发生石块崩落或崩塌现象；溢洪道左、右壁各存在一组顺坡向裂隙，在与其他裂隙的组合后对边坡稳定不利；边坡又多为峻坡、陡坡，坡顶覆盖层厚薄不均，厚者约3m左右，现状溢洪道开山段边坡在雨天就已出现落石、小规模崩塌现象，存在稳定问题。综合边坡岩性、构造、风化、坡顶覆盖层及现状坡度等情况，建议对溢洪道的石质边坡按1∶1.25～1∶1.50坡比进行削坡处理，并进行适当防护，以确保其稳定性。