某水利樞紐壩體基巖裂隙水腐蝕性評價及措施分析

戴江力

(新疆水利水電項目管理有限公司，新疆烏魯木齊832100)

1 工程概況

某水利樞紐工程承擔防洪、灌溉、發電等綜合利用任務，總庫容22.51億m3，屬大(一)型Ⅰ等工程。樞紐工程由攔河壩、1#、2#表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔泄洪洞、發電引水系統、電站廠房、生態基流引水洞及其廠房等主要建筑物組成。測區總地貌可分為高山區，中山區和低山區。庫壩區地層復雜，除寒武系、二迭系、三迭系的地層缺失外，侏羅系、志留系、泥盆系、石炭系、白堊系以及新生界中第三系、第四系等各時代的地層均有出露。區域新構造運動強烈，工程區位于新構造分區界線附近，同時也是新構造運動比較強烈的地區，米亞斷裂和ARTS斷裂發育。壩址區在壩址右岸下游溝壁有季節性泉水出露，出露高程1710 m左右，表部泛白色鹽堿，植物相對茂盛，位于該泉點下游的PD16平硐(高程1696.2 m)54 m深處有滲水點；孔隙潛水分布于河床及沖溝底第四系堆積物內。根據水文地質調查，該處基巖裂隙水主要受3#沖溝上游潛水的補給，水量隨季節變化，雨季水量相對較大，約10 L/min；枯水期呈滲水、滴水狀。本文需進一步對基巖裂隙水評價分析，并作出相應的工程措施，來防止基巖裂隙水對工程的危害。

2 工程地質及水文地質

2.1 壩址基本地質條件

壩址區位于中山峽谷區，左岸發育有2#沖溝，右岸發育有1#、3#和5#沖溝，沖溝延伸長2 km～4.5 km，溝底寬50 m～170 m，頂寬500 m～1600 m，最大切割深度80 m～500 m。壩址區葉爾羌河自西向東流，河谷走向NWW，3#沖溝口以下流向轉為NNE，壩址區河谷呈“U”型，相對高差400 m～600 m，現代河床寬260 m～450 m。壩址兩壩肩在平面上呈“八”字形的長條形基巖山體(見圖1)。

圖1 壩址區平面地質簡圖

壩址區發育有Ⅰ～Ⅳ級階地，其中Ⅰ級階地為堆積階地，在2#沖溝口上游分布較連續，河拔高1.5 m～2.0 m，階面寬200 m～220 m，表部為沖洪積物覆蓋；Ⅱ級階地為基座階地，在壩址左岸分布連續，基座高程1680 m～1684 m，河拔高17 m～20 m，階面多為洪積、坡積物覆蓋，砂卵礫石層厚4 m～7 m；Ⅲ、Ⅳ級階地零星分布于2#沖溝口上、下游，階地面覆蓋洪積和坡積層，Ⅲ級階地砂礫石具微～弱膠結，Ⅳ級階地砂礫石層膠結較好。壩址區階地主要特征見表1。

表1 壩址區階地特征表

壩址區河谷呈不對稱寬“U”型(見圖2)，兩岸基巖裸露，壩址長約2.0 km 的河段為橫向谷，河谷底寬260 m～450 m，正常蓄水位1820 m 時谷寬695 m，兩岸地形不對稱，右岸邊坡高陡，自然坡度55°～80°，局部近直立，最大坡高610 m，坡頂高程2280 m；左岸自然坡度35°～40°，最大坡高426 m，坡頂高程2095 m，由于巖層走向與現代河谷正交，坡面順層方向小沖溝較發育，沖溝切深一般5 m～20 m不等，個別切深達43 m，使坡面地形較凌亂。左岸發育有河拔高17 m～20 m，階面寬約134 m的Ⅱ級基座地階。壩址區主要出露地層有石炭系及第四系，其中石炭系又分下石炭統和什拉甫組、中石炭統卡拉烏依組和阿孜干組和上石炭統塔合奇組。

圖2 壩址河谷呈不對稱寬“U”型

2.2 地質構造

巖層產狀在F9斷層以下為340°～355°SW∠58°，以上為300°～330°SW∠44°～51°。右岸坡巖層傾向上游偏坡里，為橫向逆向坡。

①斷層

右岸坡分布規模較大的F9斷層，斷層斜切右岸邊坡，出露長度約650 m，兩盤巖層主要為灰巖和白云質灰巖，斷層產狀310°SW∠30°～35°，傾向岸內，破碎帶寬2.0 m～8.0 m，影響帶寬40 m左右，斷層帶主要由碎裂巖夾糜棱巖和斷層泥組成，其中，糜棱巖厚度1.0 m～2.5 m。

②邊坡巖體結構面

右岸邊坡主要發育3 組結構面(見表2)：①傾向NW的卸荷裂隙，傾角均值為68°；②傾向SW的巖層層面，傾角均值為42°；③與岸坡大角度相交的傾向E/SE的結構面，傾角均值為66°。

表2 壩體右岸高邊坡結構面分組匯總表

2.3 水文地質條件

壩址地下水主要有二類：一類為孔隙潛水，主要分布于河床及沖溝底第四系堆積物內，河床覆蓋層內孔隙潛水豐富，水位受河水位影響，沖溝底部覆蓋層內孔隙潛水水位主要受大氣降水補給，水位高于河水位；另一類為基巖裂隙水，主要賦存于基巖裂隙及斷層帶內，沿裂隙網絡及斷層帶運移，無統一的水面。壩址區右岸下游與3#沖溝交匯處坡腳有泉點出露，水量微小并隨季節或降水變化，表部泛白色鹽殼，并有植物分布，該泉點北側PD16平硐54 m深處，硐底部有滲水點，水量隨季節或降水變化。

據鉆孔揭露，右岸基巖裂隙水水位略高于河水位；左岸基巖裂隙水水位與河水位接近，主要原因是兩岸壩肩上、下游均受沖溝切割呈相對獨立的基巖山梁，不利于基巖裂隙水補給。

右岸高邊坡基巖裸露，地下水主要為基巖裂隙水，賦存于基巖裂隙及斷層帶內，沿裂隙網絡及斷層帶運移，無統一的水面。右岸高邊坡臨河岸坡未見泉水分布；在下游與3#沖溝交匯處坡腳有泉點出露，高程1696 m，略高于河水位，水量微小并隨季節或降水變化，基巖裂隙水主要受大氣降水的補給，總體向河谷排泄。

3 壩體右岸裂隙水評價分析

3.1 壩址及右岸裂隙水評價分析

壩址右岸基巖裂隙水水位略高于河水位,據水質分析成果，依據《水利水電工程地質勘察規范》(GB 50487-2008)附錄L環境水腐蝕性評價中，表L.0.2、L.0.3、L.0.4 標準評價[3]。

①壩址區河水對混凝土、混凝土中鋼結構無腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性；壩址區河床潛水，對混凝土一般無腐蝕性，對混凝土中鋼結構多具弱腐蝕性，對鋼結構多具弱腐蝕性，在右岸壩后，河床潛水受右岸基巖裂隙水補給，局部對混凝土具中等～強腐蝕性，對混凝土中鋼結構具弱～中等腐蝕性，對鋼結構具中等腐蝕性。

②右岸基巖裂隙水對鋼結構具弱～中等腐蝕性,對混凝土一般無腐蝕性，右壩肩下游與3#沖溝交匯部位的PD16平硐滲水點水樣中 SO42-離子含量達5413.0 mg/L，對普通水泥具結晶類硫酸鹽型強腐蝕，CL-含量達3790.45 mg/L，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具中等腐蝕性，對鋼結構具中等腐蝕性；3#沖溝口的ZK87鉆孔水樣 SO42-離子含量達1529.3 mg/L，對普通水泥具結晶類硫酸鹽型強腐蝕：CL-含量達735.43 mg/L，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具中等腐蝕性。

根據水文地質調查分析，右岸裂隙水 SO42-離子含量較高的主要原因為右岸壩址下游分布的中石炭統卡拉烏依組(C2k)巖層內局部含黃鐵礦晶體。

右壩肩下游與 3#沖溝交匯部位分布的地層為下石炭和什拉甫組(C1h)灰巖、石英砂巖夾泥質巖，巖層面內局部含脈狀及團塊狀分布的黃鐵礦(見圖3)，基巖裂隙水對黃鐵礦的溶解是造成該段地下水中 SO42-離子含量高的主要原因。

圖3 下石炭和什拉甫組灰巖巖層面局部分布的脈狀黃鐵礦

受地質構造影響，壩址基巖微裂隙發育，巖體透水性較強，透水率往深部變小的趨勢不明顯，且規律性較差，常出現連續三段壓水試驗小于5 Lu或3 Lu后，下部壓水試驗又大于5 Lu或3 Lu的現象。壩址基巖為層狀結構，順層結構面發育，且多夾泥，巖體透水率具各向異性，順層方向巖體透水率大于垂直層面方向。

據鉆孔壓水試驗成果，壩址基巖透水率q≤10 Lu的界線在兩岸埋深為基巖面以下 14 m～90 m，在河床段一般為18 m～58 m；透水率q≤5 Lu的界線埋深在兩岸為基巖面以下17 m～105 m，局部達120.0 m(左岸ZK4)在河床段埋深一般為基巖面以下7.0 m～70 m；基巖透水率q≤3 Lu的界線一般在基巖面以下40 m～120 m；據ZK46鉆孔壓水試驗，F9斷層帶透水率為10 Lu～20 Lu。

3.2 壩址基巖裂隙水腐蝕性問題及處理建議

壩址區基巖裂隙水貧泛，僅在壩址右岸下游溝壁有季節性泉水出露(見圖4)，出露高程1710 m左右，表部泛白色鹽堿，植物相對茂盛；位于該泉點下游的PD16平硐(高程1696.2 m)54 m深處有滲水點，孔隙潛水分布于河床及沖溝底第四系堆積物內。

圖4 壩址右岸下游溝壁有季節性泉水出露點

根據水文地質調查，該處基巖裂隙水主要受3#沖溝上游潛水的補給，水量隨季節變化，雨季水量相對較大，約10 L/min；枯水期呈滲水、滴水狀。據此分析，壩址右岸深孔泄洪洞、生態基流發電引水系統等建筑物及引水發電系統通過下石炭和什拉甫組(C1h)地層段，位于地下水位以下的建筑物均存在地下水對混凝土、混凝土結構中鋼筋及鋼結構的腐蝕問題，須采取防腐處理措施。

右岸建筑物地下水防腐處理建議見表3。

表3 壩址右岸建筑物基巖裂隙水腐蝕性評價及處理建議表

4 結論及建議

工程區地下水主要為孔隙潛水和孔隙裂隙含水層，接受大氣降水補給，向溝谷和河床排泄，水量不豐富，徑流緩慢。在壩體右岸白堊系砂巖和石炭系含煤地層中含有石膏，局部地下水中 SO42-含量較高，對普通硅酸鹽水泥、鋼筋及鋼結構具有中等腐蝕性，采取高抗硫水泥摻粉煤灰防護措施是必要的。