三灣水利樞紐及輸水工程地質條件評價分析

王 弛

(遼寧省湯河水庫管理局，遼寧遼陽111000)

三灣水利樞紐及輸水工程地質條件評價分析

王 弛

(遼寧省湯河水庫管理局，遼寧遼陽111000)

遼寧省丹東市三灣水利樞紐及輸水工程由三灣水利樞紐、輸水管線和凈水廠3部分組成。通過了解區域地質概況，進行區域穩定性研究;查明各工程部位地質條件、地形地貌、地層巖性、地質構造特征、地下水特征等地質情況，對場地穩定性和適宜性作出評價，對地基基礎設計方案提出建議，并為設計提供相關的物理力學參數。

樞紐;輸水工程;工程地質;穩定性;地震危險性;評價分析

1 工程概況

遼寧省丹東市三灣水利樞紐及輸水工程由三灣水利樞紐、輸水管線和凈水廠3部分組成。工程是以爭取界河水權為目標，為丹東市供水提供安全保障，兼顧發電的大型綜合利用水利工程，是愛河流域骨干工程之一。

該水利樞紐建成后，2025年向丹東市年供水2.05億m3，電站總裝機容量16 000 kW，年發電量4 346萬 kW·h。

2 評價目的和任務

目的和任務有以下5點:

1)通過了解區域地質概況，進行區域穩定性研究，對工程場地的構造穩定性和地震危險性作出評價。

2)查明擬定各壩線的工程地質條件。

3)調查水庫的主要工程地質問題，并作出評價。

4)查明輸水管線各比選線路的地形地貌、地層巖性、地質構造特征、沿線水文地質情況［1］。

5)查明凈水廠擬建場地的地形地貌、地層巖性、構造、地下水特征、場地類別，對場地穩定性和適宜性作出評價，對地基基礎設計方案提出建議，并為設計提供相關的物理力學參數［2］。

3 庫區工程地質條件

三灣水利樞紐庫區位于愛河干流下游的低山丘陵區，庫區內地形起伏不大，呈北高南低趨勢。庫區左岸地形陡峻，巖石裸露，為塊狀構造，風化強度低，巖石完整性和厚實度較好，且附近無大的臨谷;右岸為丘陵，山體厚實，且附近無大的臨谷。左右岸均未發現大的導水斷裂帶及洞穴，所以認為兩岸無滲漏危險。

庫區及兩岸基巖埋藏深度相對較小，裂隙發育程度、深度及連續性較差。雖然庫區中下游及上游有破碎帶經過，但破碎帶已被充填且壓性特征明顯，基本不透水。

庫區兩岸大部分地區在正常蓄水位以上覆蓋層較薄或基巖裸露，不易發生浸沒。庫區兩岸除基巖裸露區外，大部分地段覆蓋層較薄，即使覆蓋層塌落，很快會接觸到穩定層，所以從整體看，庫岸較穩定，不易形成大面積塌岸現象［3］。庫區周邊植被發育，覆蓋層較薄，大面積塌岸不易形成，因此水庫淤積問題不大。

庫區內巖性較單一，且巖石完整性較好。雖然有兩條構造經過庫區，但其以壓性為主，破碎帶內被充填，導水性差，水庫最大壩高23.39 m，蓄水高度較小，庫區產生誘發地震的機制較差，初步認為本庫區不易產生誘發地震。

4 壩址選擇

從地層巖性上看，上、下壩址河床部位及右岸均為前震旦系花崗巖，河谷部位均為砂卵礫石等河流沖洪積物，上壩址主河床左側局部至左岸山體為前震旦系閃長巖，下壩址左壩肩為前震旦系混合花崗巖，巖性差別不大。

從河床覆蓋層厚度及巖體風化程度看，上壩址主河床覆蓋層較薄，最大深度為6.5 m，壩址處強風化巖厚度為0.2～1.1 m。

下壩址主河床覆蓋層較厚，最大深度為10.0 m，壩址處強風化巖厚度1.6～2.6 m。

本工程推薦壩型為混凝土重力壩，壩基礎需坐落在弱風化巖基內，因此從地層巖性及風化程度方面看上壩址優于下壩址。

從地質構造上看，下壩址未發現有斷層等不利構造通過，上壩址有4條較小規模的斷層通過，但斷層處理工程量不大。因此從地質構造角度分析，下壩址略優于上壩址。

壩體建基面以下巖石絕大部分屬于弱透水，防滲處理工程量均比較小，兩壩址壩基滲漏條件基本一致［4］。

通過分析，上、下壩址在地形地貌、地層巖性、壩基滲漏等方面各有優缺點存在，均可滿足筑壩和建庫的要求。

從工程地質條件總體上看，上壩址雖然有4條小規模斷層通過，但斷層處理工程量較小，且具有覆蓋層及強風化巖厚度較薄的優點。

因此從地質條件上看上壩址優于下壩址，選擇上壩址作為本工程的推薦壩址。

5 壩址建筑物區的工程地質條件

5.1 壩基與壩肩工程地質條件

根據勘察資料表明:上壩址主河床左側局部至左岸山體為前震旦系閃長巖，主河床均為第四紀覆蓋層，覆蓋層較薄，壩基礎需坐落在中等風化層和弱風化巖基內，巖石強度較高，可滿足筑混凝土重力壩的要求［5］。

5.2 各壩段工程地質條件

各壩段工程地質條件包括:左側擋水壩段覆蓋層、溢流壩段覆蓋層和左側擋水壩段覆蓋層。

5.2.1 右側擋水壩段覆蓋層

右側擋水壩段覆蓋層最大揭露厚度為1.5 m，位于山腳及階地上。風化層情況:全風化厚度為0～8.58 m，向山腳逐漸尖滅;強風化厚度為0～1.82 m，向山腳逐漸尖滅;中等風化厚度為0～3.6 m，向山腳逐漸尖滅;微風化厚度為0.2～5.13 m，向山腳逐漸變薄。建議基礎坐落于中等風化層上。

5.2.2 溢流壩段覆蓋層

溢流壩段覆蓋層厚度為4.5～6.5 m。風化層情況:

1)全風化厚度為1 m，只在局部出現。

2)強風化厚度為0.2～1.1 m。

3)中等風化厚度為0.9～3.95 m。

4)微風化最大厚度為7 m。中等風化層分布均勻，巖面起伏不大，通過壓水試驗，除局部段外，其滲透性較小，建議基礎坐落于中等風化層上。

5.2.3 河床式廠房覆蓋層

河床式廠房覆蓋層最大揭露厚度為1.7～4.25 m，位于主河床中。風化層情況:強風化最大揭露厚度為0.6 m，向左岸方向逐漸尖滅;中等風化最大揭露厚度為0.55 m，向左岸方向逐漸尖滅。下部為微風化和未風化層。由于強風化～中等風化層厚度較小，且向左岸逐漸尖滅，建議基礎坐落于微風化層上。

5.2.4 左側擋水壩段覆蓋層

左側擋水壩段覆蓋層最大揭露厚度為1.7 m，向左岸方向逐漸尖滅。風化層情況:中等風化層厚度為1.6 m，微風化層厚度為0.56～4.09 m，以下為未風化。建議基礎坐落于微風化層上。

5.3 泵站工程地質條件

擬建泵站位于上壩址向下游方向靠近右岸的坡腳的灘地上，距離上壩址29 m，泵站規模為52.4 m×23 m。

泵站小部分位于一級階地上，大部分位于河漫灘上，地形起伏較小。

地層巖性有素填土、粉質黏土、卵石層和強風化花崗巖，其中卵石粒徑多為4～10 cm，最大粒徑14 cm，卵石層中上部松散～稍密狀的承載力特征值為200 kPa，下部為中密～密實狀的承載力特征值為400 kPa。

強風化花崗巖巖體破碎，裂隙發肓，除石英外，其中大部分礦物成分已蝕變，鉆進厚度為0.2～0.4 m，其承載力特征值為500 kPa。地質構造主要揭露的斷層有F2和F3兩個斷層，主要為破碎的巖石與其中巖屑、黏粒、粉粒經擠壓膠結而成，壓扭性特征明顯，與區域特征吻合。此構造為鴨綠江構造帶的次生構造，表現穩定。

6 輸水管線工程地質條件

工程區域內主要分布在鴨綠江斷裂帶、土城子—大樓房擠壓破碎帶、毛甸子—老古溝擠壓破碎帶。華夏系構造鴨綠江斷裂帶西側次級斷裂構造，基本上以北東向沿鴨綠江分布。

歷史上距離震中最近的東港市和遠離震中的丹東市均未發生過破壞性地震，特別是近年來活動極其微弱。沿江線和山上線均分布在斷裂帶內，對其基本沒有影響，可表現為穩定，斷裂構造只外環線的影響較大。

抗震設防標準，輸水管線范圍內的地震動參數:在廟嶺至九連城一帶，地面峰值加速度為0.1 g，丹東市區為0.15 g，在四道溝一帶接近0.2g。

輸水管線位于四道溝凈水廠和廟嶺之間，3個輸水管線方案所在區域相距最遠不過10～20 km，有些路段還相互交叉和重疊，地震設防烈度均采用Ⅶ度。

輸水管線主線由三灣取水泵站出口至龍頭一組段，長14.009 km。此段地貌類型是愛河、愛河西支、橫道河一級階地，地形略有起伏，高程 5.60～14.80 m。

按管底埋深≥3 m進行設計，管線大多坐落在卵石層，少量坐落在強風化花崗右面巖和粉質黏土上。根據地形、地貌、地質、施工、管理綜合選定的。由龍頭一組至四道溝凈水廠進行三個方案的比較。通過對各方案管線地質構造和巖性的分析，推薦選擇山上線［6］。

7 凈水廠工程地質條件

7.1 四道溝凈水廠工程地質條件

廠區地形起伏不大，地面相對高差為1.10 m，場地在地貌單元上屬于鴨綠江一級階地。區域內地層巖性為自地表而下依次為雜填土、粉質黏土、細砂、粗砂、礫砂、圓礫等層，地層厚度分別為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。本區域內地下水為第四系孔隙潛水，主要賦存于圓礫層中，其水位主要受大氣降水控制，豐水期水位上升，枯水期水位下降，鉆探施工期間測得地下水平均水位埋深為3.5 m。

據S1水質分析資料，本區地下水對各種類型的混凝土無腐蝕性，對鋼結構均具弱腐蝕性。場地中地基穩定，適宜進行工程建設。本區設計地震分組為第一組，地震基本烈度為VII度，抗震設防烈度按VII度考慮，設計基本地震加速度為0.15 g，設計特征周期為0.35 s。

7.2 蛤蟆塘凈水廠工程地質條件

廠區地形有一定的起伏，由東向西地勢逐漸增高，地面最大高差約9 m。場地在地貌單元上屬于山間凹地。區域內地層巖性為自地表而下依次為雜填土、耕土、粉質黏土、礫砂、碎石、殘積土、全風化花崗巖層，地層厚度分別為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。

本區域內地下水為第四系孔隙潛水，分布不連續，主要賦存于礫砂和碎石層中，其水位主要受大氣降水控制，豐水期水位上升，枯水期水位下降，鉆探施工期間測得局部賦水地段地下水位為22.35～22.75 m。

根據丹東地區經驗，本區地下水對各種類型的混凝土無腐蝕性，對鋼結構均具弱腐蝕性。場地中地基穩定，適宜進行工程建設。本區設計地震分組為第一組，地震基本烈度為VII度，抗震設防烈度按VII度考慮，設計基本地震加速度為0.15 g，設計特征周期為0.35 s。

8 結論

區域內鴨綠江斷裂帶比較穩定，對樞紐、管線和凈水廠工程影響不大，擬建場地地層適宜擬建建筑物坐落，該區工程地質條件較好，適宜修建水庫。

［1］任佳，劉水吉，張梧萌.山西省柏葉口水庫壩基工程地質條件評價［J］.山西水利科技，2011(03):16-17.

［2］甘彬.淺談洋溪水利樞紐壩段的工程地質條件［J］.廣西水利水電，2004(01):30-32.

［3］劉海寧，王俊梅.南灣水庫壩基工程地質條件分析評價［J］. 中國水運，2010，10(05):138-139.

［4］郭彩虹.石膏山水庫供水線路隧洞工程地質條件及評價［J］. 山西水利，2009(01):88-89.

［5］劉培峰，段景洪，周國學.新城水庫工程地質條件評價［J］. 黑龍江水利科技，2003，31(03):66，68.

［6］王紅黎，齊三紅，朱紅賓.寶泉二期西溝水庫壩址工程地質條件評價［J］.河南水利與南水北調，2007(08):66-67.

TV64

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1007-7596(2014)05-0213-03

2013-11-26

王弛(1978-)，女，遼寧遼陽人，工程師，從事水利工程設計、預算、監理等。