小浪底南岸引水進(jìn)水口工程地質(zhì)條件分析

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摘   要：小浪底南岸引水工程是小浪底南岸灌區(qū)和洛陽市城市供水的大Ⅱ型引水工程。本文通過對引水進(jìn)水口的工程地質(zhì)條件和工程施工中遇到的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行分析評價(jià)，并提出了處理措施。 
    關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)條件 結(jié)構(gòu)面 工程地質(zhì)問題

    1、工程概況
    小浪底南岸引水進(jìn)水口位于小浪底南岸大壩上游約700m處，直接從庫內(nèi)自流引水。主要水工建筑物有進(jìn)水塔、塔前引水渠、塔后交通橋與上塔公路四部分組成，屬Ⅱ級建筑物。塔后邊坡坡面傾向N，為逆向坡。設(shè)計(jì)引水位243m，流量28.6m3/s。
    2、工程地質(zhì)條件
    2.1地層巖性及分布特征
    進(jìn)水口施工開挖揭露的地層為二迭系上統(tǒng)上石盒子組P23-2～P23-6巖組，整個(gè)進(jìn)水口場地宏觀表現(xiàn)為暗紫紅色粉砂質(zhì)粘土巖與黃綠色砂巖互層。進(jìn)水口位于狂口背斜傾伏端，地層為單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀：傾向125°～135°，傾角5°～7°，各巖組巖性特征見表1。

    2.2地質(zhì)構(gòu)造特征
    （1）斷層及其特征
    進(jìn)水口發(fā)育兩條小斷層f51、f52，均出露在進(jìn)水塔塔后邊坡上，由于其規(guī)模很小，對塔后邊坡穩(wěn)定影響不大。f51位于253馬道以上塔后山體西側(cè)邊坡，走向187°，與進(jìn)水塔軸向近平行，傾向NW，傾角77°，斷層帶寬0.3 ～1.5 m，充填角礫、巖屑，斷距約2.0 m。f52位于塔后邊坡洞軸線右側(cè)1.4 m處，高程249～253 m，走向158°，傾向NE、傾角70°，斷層帶寬0.1～0.3 m，充填角礫，巖屑，斷距0.2 m，從253馬道向下延伸約4 m后尖滅。
    （2）節(jié)理發(fā)育情況及其特征
    在進(jìn)水口發(fā)育有4組節(jié)理，在局部形成節(jié)理密集帶。P23-3、P23-5粘土巖中，走向345°～355°、60°～80°兩組節(jié)理發(fā)育，節(jié)理密度1～2條/米，節(jié)理延伸長度1～3 m，切層性差，節(jié)理面平直彎曲呈閉合狀態(tài)。走向270°～290°這組節(jié)理密度大于1條/m，延伸較長，且大多切層。同時(shí)在粘土巖地層中還存在一部分緩傾角節(jié)理，產(chǎn)狀無規(guī)律，傾角在20°～60°，節(jié)理面平直彎曲，其中在左側(cè)邊坡樁號0+007.5～0+016，高程252.75m～256 m處形成節(jié)理密集帶，巖體破碎。P23-2、P23-4砂巖中，走向270°～290°、345°～355°、10°～30°三組節(jié)理較發(fā)育，節(jié)理密度2～3條/m，走向270°～ 290°這組節(jié)理延展性和切層性較好。
    （3）泥化夾層分布情況
    進(jìn)水口場地揭露的泥化夾層主要分布在P23-2、P23-4巖組。P23-4有三層泥化夾層，但其泥化率、連續(xù)率均較差。P23-2巖組在進(jìn)水塔塔基部位揭露的三層泥化夾層中，泥化率、連續(xù)率均較高。進(jìn)水塔塔后邊坡、基坑揭露泥化夾層情況見表2。

    2.3巖體的力學(xué)性質(zhì)
    進(jìn)水口場地地層主要是粘土巖與砂巖互層，巖體的強(qiáng)度在相同結(jié)構(gòu)面切割的條件下，取決于各巖組巖石的力學(xué)強(qiáng)度。巖組中含有鈣硅質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)的堅(jiān)硬巖組成南岸份較高的地層，其巖體強(qiáng)度一般較高；同時(shí)節(jié)理發(fā)育程度又與巖石的單層厚度有關(guān)，巨厚層、厚層百分含量較大的地層，其巖體強(qiáng)度也較高。對于進(jìn)水口場地二迭系厚層粘土巖與砂巖互層地層，粘土巖的力學(xué)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于鈣硅質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖，粘土巖的力學(xué)性質(zhì)對進(jìn)水口場地及邊坡穩(wěn)定起控制作用。進(jìn)水口粘土巖巖體抗剪強(qiáng)度（中型剪）試驗(yàn)成果見表3。

    3、主要工程地質(zhì)問題分析
    3.1進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性分析
    （1）巖體強(qiáng)度及巖石礦物成份對邊坡穩(wěn)定性影響
    P23-2、P23-4、P23-6巖組鈣硅質(zhì)、泥鈣質(zhì)細(xì)砂巖一般具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，即使邊坡后緣及兩側(cè)有切割面存在，也不會(huì)在自重作用下發(fā)生切層破壞引起邊坡失穩(wěn)。P23-3、P23-5巖組粘土巖不僅存在抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度低外，還存在崩解性、膨脹性、塑性蠕變（流變）問題。因此施工中要求對其進(jìn)行封閉，以保證粘土巖地層不向外膨脹，同時(shí)防止風(fēng)化卸荷作用的進(jìn)一步發(fā)展。
    （2）地層產(chǎn)狀及層面對邊坡穩(wěn)定性的影響
    進(jìn)水口地層產(chǎn)狀：傾向125°～135°，傾角∠5°～7°,塔后邊坡坡面傾向N，為逆向坡。就地層產(chǎn)狀而言對邊坡穩(wěn)定有利。但巖層層面力學(xué)指標(biāo)較低。層面與其它構(gòu)造面組合易形成破裂面，對邊坡穩(wěn)定有一定影響，特別是在庫水位運(yùn)用條件下，能大大降低層面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，對邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。
    （3）結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性影響
    進(jìn)水口場地發(fā)育的斷層f51、f52規(guī)模很小，對塔后邊坡穩(wěn)定影響不大。走向270°～290°的節(jié)理切層性、延展性均較好，與進(jìn)水塔后邊坡走向一致，可形成失穩(wěn)邊坡的分割邊界，對邊坡穩(wěn)定性有較大的影響，并與走向345°～ 355°、走向10°～30°兩組節(jié)理組合，形成不利組合，惡化邊坡穩(wěn)定條件。走向345°～ 355°、走向10°～30°兩組節(jié)理走向與進(jìn)水塔基坑兩側(cè)邊坡走向一致，對進(jìn)水塔兩側(cè)邊坡穩(wěn)定影響比較大。在粘土巖地層中，發(fā)育的緩傾角節(jié)理，產(chǎn)狀沒有一定規(guī)律性、但可與其它組節(jié)理面組成不利組合，破壞巖體的完整性。
    （4）泥化夾層對邊坡穩(wěn)定的影響
    P23-4巖組中泥化夾層延伸較短、泥化率及發(fā)育程度較低、對邊坡穩(wěn)定影響較小，而P23-2巖組中泥化夾層延伸長、泥化率、發(fā)育程度較高，與上述三組節(jié)理組合，形成不規(guī)則的切割體，造成施工中局部巖體不穩(wěn)定。邊坡開挖卸荷回彈和爆破沖擊力作用產(chǎn)生的剪切作用及施工用水的浸入和水庫蓄水后進(jìn)水口單薄山體受庫水的長期浸泡，泥化夾層的工程特性將會(huì)大大降低，但由于泥化夾層的產(chǎn)狀傾向坡內(nèi)，對邊坡穩(wěn)定性影響不大。
    3.2進(jìn)水口塔基穩(wěn)定性分析
    進(jìn)水口塔基高程在240m～252m，坐落在P23-2巖組頂部的泥鈣質(zhì)細(xì)砂巖上，巖體較完整，巖石飽和抗壓強(qiáng)度為123Mpa；節(jié)里面抗剪強(qiáng)度c=0.05Mpa，f=0.35；巖層層面抗剪強(qiáng)度c=0.01Mpa，f=0.30；斷層帶抗剪強(qiáng)度c=0.01Mpa，f=0.30；P23-2巖體抗剪強(qiáng)度c=0.30Mpa，f=0.45；承載力基本值在900kpa，滿足設(shè)計(jì)要求。從穩(wěn)定性分析計(jì)算和施工期情況看，進(jìn)水口塔基是穩(wěn)定的。
    4、結(jié)論
    （1）進(jìn)水口場地出露基巖地層為二疊系P23-2～P23-6巖組，巖層傾向SE，為反向坡，對邊坡穩(wěn)定有利。其中P23-3、P23-5巖組為粘土巖，P23-2、P23-4、P23-6巖組為鈣質(zhì)、硅鈣質(zhì)砂巖。粘土巖強(qiáng)度低，與水易膨脹、崩解。
    （2）進(jìn)水口場地沒有大斷層通過。主要發(fā)育NWW、NNW、NNE、NE 四組節(jié)理裂隙，均為高傾角節(jié)理。這些高傾角節(jié)理裂隙與緩傾的巖層層面組合，將邊坡巖體切割成不規(guī)則的棱形塊體，對邊坡表面局部穩(wěn)定不利。
    （3）P23-2巖組230 m～232.5m高程發(fā)育三層連續(xù)率、泥化率均較高的泥化夾層，與NWW組節(jié)理組合，對邊坡穩(wěn)定起控制作用。
    （4）引水口巖體完整，巖石強(qiáng)度高，滿足進(jìn)水塔基礎(chǔ)承載力要求。在工程施工中對粘土巖采取防護(hù)處理措施，防止了進(jìn)水口單薄山梁西側(cè)坡出露的粘土巖進(jìn)一步風(fēng)化。