乌江水库工程坝址地质评价探讨

2017-10-16毛维铮

陕西水利 2017年5期

关键词：拱坝坝址乌江

毛维铮

（福建省福州市水利水电规划设计院，福建福州 350001）

乌江水库工程坝址地质评价探讨

毛维铮

（福建省福州市水利水电规划设计院，福建福州 350001）

结合乌江水库工程坝址地质特点及条件，对拱坝地形地质、坝址与上部结构、下游坝趾地质评价、重力坝坝基地质等主要工程地质问题进行评价分析，结果得出：该水库坝址区工程地质条件较好,适宜修建水库。

水库建设；地质条件；地质评价

0 引言

福清乌江水库工程位于福清市西北部的镜洋镇，属于福清市镜洋工业区，乌江水库位于十八重溪上游，控制集雨面积10.8 km2，十八重溪流经间闽侯县南通镇汇入大樟溪，属闽江流域，坝址以上主河道长度6.05 km，平均坡降45‰，流域植被较好，源短坡陡，属于高山河流。乌江水库坝型为浆砌双曲拱坝，最大坝高为47.7 m，坝顶高程为420.70 m，总库容为216.77万m3，其中兴利库容176.51万m3，防洪库容30.77 m3，死库容9.49万m3。

1 地质概况

本区属侵蚀、剥蚀的中低山丘陵地貌。河流两岸坡陡谷深，山高滩多，支流繁多。区内水系、河谷大体呈北北东和北北西向发育，植被较好，溪水清澈。

坝址处河谷两岸呈较对称“V”型。坝基开挖后左坝肩建基面岩体坡度高程375 m以上48°～52°、高程400 m以上约56°。右肩建基面岩体坡度 40°～45°。

区内出露地层为中生代火山喷溢和沉积的火山碎屑岩、第四系地层。石帽山群呈单个盆地产出，不整合于南园组之上。盆地中大量超浅或火山岩体侵入，特别在盆地边缘断断续续有次石英正长斑岩墙呈环状分布。区内花岗斑岩、石英正长斑岩脉成群出露。本区内主要地层分述如下：

（1）白垩系石帽山群上组上段（K1sh2b）熔结凝灰岩、紫红色流纹岩、凝灰质砂岩等，上组下段（K1sh2a）流纹质凝灰熔岩、凝灰岩等，下组上段（K1sh2b）地层，其岩性表现为紫、紫灰、深灰色英安岩、安山岩、英安质晶屑凝灰熔岩等，下组下段（K1sh2a）岩性表现为紫、紫红、深灰色凝灰质砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩等。

（2）侏罗系上统南园组第二段（J3nb）地层，其岩性表现为浅灰、紫灰色流纹质晶屑凝灰熔岩夹流纹岩、凝灰岩、砂岩，第三段（J3nc）则表现为英安岩、英安质凝灰熔岩夹粉砂岩、底部安山岩，常见硅化。

（3）第四系地层主要为分布于山包及坡地的坡残积亚粘土、分布于河床的冲洪积漂石、砂卵石层及崩积滚石、砾石等。

本区属新华夏系活动构造——棋盘格式构造体系，其断裂主要为北东 65°～70°的压扭性断裂及北西 325°～330°的张扭性断裂。拟选坝址附近发育一条北北东向的压扭性断裂，倾角70°～80°，沿断裂有挤压硅化破碎岩石，劈理发育。西侧发育一条南北向断层。区内未发现活动性断层。区域构造属于相对稳定区。

参照 (GB18306-2001)《中国地震动参数区划图》，（GB50011-2010）《建筑抗震设计规范》，本区抗震烈度属Ⅶ度区，工程区地震动峰值加速度0.10 g，属设计地震分组第三组。场地复杂程度为二级，地基复杂程度为二级，抗震基本烈度为Ⅶ度。

福清各地一、二月份的气温最低，从3月份开始气温逐月升高，四、五月份上升幅度最大，至7月份(少数年份为8月份)气温上升至最高峰，8月以后气温又逐月下降，以12月份降温最剧烈。年平均气温在21℃左右。

受断裂构造控制，地下水主要为孔隙水和裂隙水两种。孔隙水主要赋存于第四系地层中，裂隙水主要赋存于断层、节理裂隙中。地下水通常受大气降水及河、沟水的补给，向河流、冲沟排泄，其水位、水量均随季节变化[1]。

2) 浸提pH。准确称取5 g火龙果果皮用打浆机打碎，在最适的乙醇浓度下，按1∶100的比例加入乙醇，在室温下自然pH(2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5和12)浸提60 min，方法同上。

坝址处河谷两岸呈较对称“V”型。坝基开挖后左坝肩建基面岩体坡度高程375 m以上48°～52°、高程400 m以上约56°。右肩建基面岩体坡度 40°～45°。

经过分析结合野外地质测绘及本次的勘探工作验证，本区地层主要为：①第四系冲积(Q4al+pl)的①粗砂及①-1卵石，主要分布在库区沟底；②第四系坡积层（Qdl），为土黄色含碎、块石粉质粘土。主要分布在坝区两侧斜坡地带；根据本次钻探揭露地层从上到下分述如下：

①粗砂：浅黄、土黄色，饱和，松散状态。粒径大于0.50 m的颗粒质量约占总质量75%，为石英-长石质，呈棱角-次棱角状。含泥量约占5%。层厚0.3～0.5 m。

①-1卵石：浅灰色，饱和，松散，粒径大于2 cm的颗粒质量约占总质量80%，粒径4～18 cm，呈次园状，充填物以砾砂为主,少量粘性土。局部粒径大于20 cm。层厚约1.0 m。

②含碎石粉质粘土：褐黄、土黄等色,稍湿,可-硬塑状态。碎石含量约占30%，局部夹块石。该层分布在斜坡处，厚度变化较大，层厚 0.4～2.70 m。

③弱风化凝灰岩：灰黄色、紫红色，凝灰岩结构，块状构造，节理裂隙较发育，面有铁锰质渲染，岩芯呈短柱～柱状，局部为碎块状，矿物主要成分为石英、长石等。多呈闭合～微张，裂隙面倾角以中、高倾角为主，岩体完整程度为较破碎～较完整，岩体质量等级为Ⅲ～Ⅳ级，岩芯采取率约90%，RQD（%）≈70，属较硬岩。本层未揭穿。

④微风化凝灰岩：灰黄色、紫红色，凝灰岩结构，块状构造，节理裂隙较发育，面有铁锰质渲染，岩芯呈短柱～柱状，局部为碎块状，矿物主要成分为石英、长石等。岩体较完整，岩体质量等级为Ⅱ级，岩芯采取率约90%，属较硬岩。本层未揭穿。

左坝基左岸坝基岩体大部分为较完整岩体，呈弱风化中下限，属Ⅱ类岩体。

河床坝基大部分岩体为较完整的岩体，属Ⅱ类岩体。另有一部分岩体为完整性差～较完整的岩体，属Ⅲ类岩体，基岩完整性较差。应挖除到微风化岩。

总体上坝基岩体及其结构面符合要求，建议用（见表1）设计参数[3]。

表1 坝基岩体及其结构面的建议设计参数

本河流属山区性河流，坝址以上流域植被覆盖和水土保持均较好，因缺乏当地实测泥沙资料，故参照《福建省水资源图集》，当地多年平均悬移质侵蚀模数为150 t/km2。水库流域输沙量为悬移质输沙量和推移质输沙量总和，推移质泥沙按悬移质泥沙的25%计算，水库淤积年限采用30年，计算出泥沙总量为4.05万m3。

综上所述，水库区工程地质条件较好。具体见图1。

图1 坝址工程地质剖面图

2 拱坝坝址地质探讨

2.1 坝址与上部结构的结合

乌江水库大坝为C15细骨料混凝土砌块石双曲拱坝，单心等厚圆拱圈，上下游坝面采用20 cm厚度的C20混凝土浇筑。

坝顶高程420.70 m，最大坝高为47.7 m，坝顶弧长110.00 m，中心角93.09。坝顶厚度10.90 m，厚度比0.2285。大坝中央为溢流坝段，长度47 m，溢流总净宽40 m，分为8孔。溢流堰上设墩架有钢筋混凝土的工作桥。

乌江水库上游淹没区内既无重要的厂矿，又无较大面积的农田、住房等，淹没损失不大；

乌江水库流域面积小，相应洪峰流量不大，乌江水库调节能力均达到完全年调节，不挂闸或挂闸方案影响不大；

从坝址地形地质条件看，均可布置较宽溢洪道的条件，且正常水位与校核水位相差在2 m左右；

采用坝顶自由溢流方式，可减少设置闸门、启闭机、启闭房等的附属设备，这样结构及设备较简单，便于工程运行管理。

从效益与投资方面比较，在同样坝高和相同堰顶高程的情况下，挂闸方案可年均多利用水量22.82万m3，增加2 m的水头，但对于水厂而言水库兴利库容已经能满足日供水2万t的规模，挂闸增加的可利用水量能提高水厂供水的保证率，但须增加工程投资约82.8万元和每年的运行费用和管理人员工资及福利。从而得知，经济效益不佳。

因此，乌江水库拱坝的泄水建筑物考虑采用不挂闸的方案。

2.2 下游坝趾地质评价

考虑到本工程集雨面积相对较小，而水库具有年调节能力，所以溢流堰过洪机会相对较少，但要注意过小流量时，水流直冲下游坝趾，因而要加强观测，必要时要在下游坝趾处采取加固措施。

考虑到水流直冲下游坝趾，要加强观测，必要时要在下游坝趾采取加固措施。因本工程施工难度较大。交通等不便利。经综合地质等条件，将溢流堰进行调整如下：采取阶梯式进行处理，以减轻对下游两岸坡的冲刷[4]。如图2所示。

图2 拱坝下游展视图

2.3 有关重力坝坝基地质探讨

拱坝对建基面的要求较高。一般拱坝宜修建在河谷较狭窄、地质条件较好的坝址上[2]。本工程中，水库区为河谷盆地型，两侧山体雄厚，没有低于水库正常蓄水位的哑口。库区出露的基岩主要有熔结凝灰岩、英安质晶屑凝灰熔岩，凝灰质砂砾岩等，岩石较坚硬、致密，岩体不透水，没有可溶性岩层存在。水库蓄水后不会产生永久性渗漏。

同时，大坝坝基岩性单一，岩石致密坚硬，节理裂隙发育，未发现有大的断裂构造，坝址工程地质条件较好。坝基按照设计处理后，基本满足建造拱坝地质条件要求。这样的地质条件对于坝型的选择，如采用重力坝也是适合的。因此对于本工程而言，从地质角度分析，可以选择的坝型可以有增加重力坝的比选方案，当然，最后选择要从技术经济进行分析以便最终决定选择合适的坝型。从开挖的地质情况分析，本坝址也适合重力坝。因此，较好的地质条件对于大坝的坝型有着较好的选择。