水利工程壩址選擇的工程地質(zhì)勘察探析
【論文關(guān)鍵詞】工程地質(zhì)勘察 水利工程 壩址選取
【論文摘要】通過(guò)結合工程實(shí)踐表明，工程地質(zhì)勘察人員不僅要了解地質(zhì)也要了解設計，同時(shí)應當對工程地質(zhì)的相關(guān)問(wèn)題提出分析，并結合水利工程的實(shí)際情況而選取合適的壩址。
1.引言
水工建筑物不同于其他建筑物，有其自身的特點(diǎn)。因水工建筑物的建成，而使廣大范圍內的水文和水文地質(zhì)條件發(fā)生變化。這種變化就可能引起水庫岸坡再造、水庫滲漏、水庫淤積和壩下游河床沖刷等作用。因此，必須重視勘察、設計、施工全過(guò)程，否則，后果極其嚴重。在壩址選擇時(shí)除了考慮主體建筑物攔水壩的地質(zhì)條件外，還應研究包括溢洪、引水、電廠(chǎng)、航閘等建筑物的地質(zhì)條件，為規劃、設計和施工提供可靠依據。
2.壩址選取的工程地質(zhì)勘察
在自然界中，地質(zhì)條件完美的壩址很少，尤其是大型的水利樞紐，對地質(zhì)條件的要求很高，更不能完全滿(mǎn)足建筑物的要求。所謂“最優(yōu)方案”是比較而言的，最優(yōu)壩址在地質(zhì)上也會(huì )存在缺陷。所以在壩址選擇時(shí)，應當考慮不同方案，并采取改善不良地質(zhì)條件的處理措施。因此，地質(zhì)條件較差，預計處理困難，投資高昂的方案，應首先被否定。壩址選擇時(shí)，工程地質(zhì)論證的主要內容包括區域穩定性、地形地貌、巖土性質(zhì)、地質(zhì)構造、水文地質(zhì)條件和物理地質(zhì)作用以及建筑材料等，還要預計到可能產(chǎn)生的工程地質(zhì)問(wèn)題和處理這些問(wèn)題的難易程度，工作量大小等，下面分別論述。
2.1 區域穩定性
區域穩定性問(wèn)題的研究在水利水電建設中具有特別重要的意義。圍繞壩址或要開(kāi)發(fā)的河段，對區域地殼穩定性和區域場(chǎng)地穩定性進(jìn)行深入研究是一項戰略任務(wù)。特別是地震的影響直接關(guān)系著(zhù)壩址和壩型的選擇，一般情況下，地震烈度由地震部門(mén)提供，但對于重大的水利樞紐工程要進(jìn)行地震危險性分析和地震安全性評價(jià)。因此，對于大型水電工程，在可行性研究階段，應組織專(zhuān)門(mén)力量解決區域穩定性評價(jià)。
2.2 地形地貌
地形地貌條件是確定壩型的主要依據之一，同時(shí)，它對工程布置和施工條件有制約作用。狹窄、完整的基巖“Ｖ”型谷適合修建拱壩，寬高比大于2的“Ｕ”型基巖河谷區宜修建混凝土重力壩或砌石壩。寬敞河谷地區巖石風(fēng)化較深或有較厚的松散沉積層，一般適于修建土壩。不同地貌單元，其巖性、結構有其自身的特點(diǎn)，如河谷開(kāi)闊地段，其階地發(fā)育，二元結構和多元結構往往存在滲漏和滲透變形問(wèn)題。古河道往往控制著(zhù)滲漏途徑和滲漏量等。因此，在壩址比選時(shí)要充分考慮地形、地貌條件。
2.3 巖土性質(zhì)
巖土性質(zhì)對建筑物的穩定來(lái)說(shuō)十分重要，對壩址的比選具有決定性意義。因此，在壩址比選時(shí)，首先要考慮巖土性質(zhì)。修建高壩，特別是混凝土壩，應選擇堅硬、完整、新鮮均勻、透水性差而抗水性強的巖石作為壩址。我國已建和正在施工的70余座高壩中，有半數建于強度較高的巖漿巖地基上，其余的絕大多數建于片麻巖、石英巖和砂巖上，而建于可溶性碳酸鹽巖、強度低易變形的頁(yè)巖、千枚巖上的極少。通過(guò)結合工程實(shí)踐，根據不同成因類(lèi)型巖土的建壩適宜性及其主要問(wèn)題作簡(jiǎn)要概述。
�。�1）侵入的塊狀結晶巖體，一般致密堅硬、均一、完整、強度大、抗水性強、滲透性弱，是修建高混凝土壩最理想的地基，其中尤以花崗巖類(lèi)為最佳。這類(lèi)巖石需注意它們與圍巖以及不同侵入期的邊緣接觸面，平緩的原生節理，風(fēng)化殼和風(fēng)化夾層的分布，選壩時(shí)避開(kāi)這些不利因素。
�。�2）噴出巖類(lèi)強度較高、抗水性強，也是較理想的壩基。我國東南沿海、華北和東北有不少大壩坐落在這類(lèi)巖石上。噴出巖的噴發(fā)間斷面往往是弱面，存在風(fēng)化夾層、夾泥層及松散的砂礫石層，還有凝灰巖的泥化和軟化等，對壩基抗滑穩定性的影響不可忽視。此外，玄武巖中的柱狀節理，透水性很強，在選壩時(shí)也須注意研究。例如：桑干河干流上的山西省冊田水庫大壩壩基為新生代的玄武巖，柱狀節理極發(fā)育，壩基及繞壩滲漏嚴重，影響著(zhù)水庫效益。
�。�3）深變質(zhì)的片麻巖、變粒巖、混合巖、石英巖等，強度高、抗水性強、滲透性差，也是較理想的壩基。但是在這類(lèi)巖體中選壩址，必須注意片理面的各向異性及軟弱夾層的存在，選壩時(shí)，應避開(kāi)軟弱礦物富集的片巖（如云母片巖、石墨片巖、綠泥石片巖、滑石片巖）。在淺變質(zhì)巖的板巖、千枚巖區，應特別注意巖石的軟化和泥化問(wèn)題。
�。�4）沉積巖中，以厚層的砂巖和碳酸鹽巖為較好的壩基。這類(lèi)巖石壩基較巖漿巖、變質(zhì)巖的條件復雜。這是因為在厚層硬巖層中常夾有軟弱巖層，這些夾層力學(xué)強度低，抗水能力差，易構成滑移控制面。碎屑巖類(lèi)如礫巖、砂巖等，強度與膠結物類(lèi)型有關(guān)，一些膠結物在水的作用下可能產(chǎn)生溶解、軟化、崩解、膨脹等。在構造變動(dòng)下往往發(fā)生層間錯動(dòng)，經(jīng)過(guò)次生作用易于發(fā)生泥化。在壩址比選時(shí)必須十分注意這一問(wèn)題。此外，碳酸鹽巖的巖溶洞穴和裂隙的發(fā)育，可能會(huì )產(chǎn)生嚴重的滲漏。
另外，在壩址比選中，河床松散覆蓋層具有重要意義。修建高混凝土壩，壩體必須座落在基巖之上，若河床覆蓋層過(guò)厚，就會(huì )增加壩基的開(kāi)挖工程量，使施工條件復雜化。所以當其他條件大致相同時(shí)，應將壩址選擇在覆蓋層較薄的地段。有的河段因覆蓋層過(guò)厚，只得采用土石壩型。比選松散土體壩基的壩址時(shí)，須研究滲漏、滲透變形和振動(dòng)液化等問(wèn)題，而且應避開(kāi)如淤泥類(lèi)土等軟弱、易變形土層。
2.4 地質(zhì)構造
地質(zhì)構造在壩址選擇中同樣占有重要地位，對變形較為敏感的剛性壩來(lái)說(shuō)更為重要。在地震強烈活動(dòng)或活動(dòng)性斷裂發(fā)育的地區，選壩時(shí)應盡量避開(kāi)或遠離活斷層，而位于區域穩定條件相對較好的地塊上。在選壩前的可行性研究時(shí)，應進(jìn)行區域地質(zhì)研究，查明區域構造格局，尤其要查明目前仍持續活動(dòng)或可能活動(dòng)斷裂的分布、類(lèi)型、規模和錯動(dòng)速率，并預測發(fā)生水庫誘發(fā)地震的可能及震級。國外有些水壩就因橫跨活斷層而壩體被錯開(kāi)或致垮壩。地質(zhì)構造也經(jīng)�？刂茐位�、壩肩巖體的穩定。在層狀巖體分布地區，傾向上游或下游的緩傾巖層中存在層間錯動(dòng)帶時(shí)，在后期次生作用下往往演化為泥化夾層，若有其他構造結構面切割的話(huà)，對壩基抗滑穩定極為不利，在選壩時(shí)應特別注意。因為緩傾巖層的構造變動(dòng)一般較輕微，容易被忽視。陡傾甚至倒轉巖層，由于構造形變強烈，巖石完整性受到強烈破壞，在選壩時(shí)更要特別注意查清壩基內緩傾角的壓性斷裂�？傊�，要盡可能選擇巖體完整性較好的構造部位作壩址，避開(kāi)斷裂、裂隙強烈發(fā)育的地段。
2.5 水文地質(zhì)條件
在以滲漏問(wèn)題為主的巖溶區和深厚河床覆蓋層上選壩時(shí)，水文地質(zhì)條件應作為主要考慮的因素。從防滲角度出發(fā)，巖溶區的壩址應盡量選在有隔水層的橫谷、且陡傾巖層傾向上游的河段上。同時(shí)還要考慮水庫有否嚴重的滲漏問(wèn)題，庫區最好是強透水層底部有隔水巖層的縱谷，且兩岸的地下分水嶺較高。當巖溶區無(wú)隔水層可以利用的情況下，壩址應盡可能選在弱巖溶化地段。這就要求仔細分析研究巖層結構、地質(zhì)構造和地貌條件。
2.6 物理地質(zhì)作用
影響地址選擇的物理地質(zhì)作用較多，諸如巖石風(fēng)化、巖溶、滑坡、崩塌、泥石流等，但從一些水庫失事實(shí)例來(lái)看，滑坡對選擇壩址的影響較大。在河谷狹窄的河段上建壩可節省工程量和投資，所以選擇壩址時(shí)總希望找最窄的峽谷段。但是，峽谷地段往往存在岸坡穩定問(wèn)題，一定要慎重研究。如法國羅曼什河上游一壩址，地形上系狹窄河段，河谷左岸由花崗巖和三疊紀砂巖及石灰巖構成。右岸是里亞斯頁(yè)巖，表面上看來(lái)巖體較完整，后經(jīng)鉆探發(fā)現頁(yè)巖下面為古河床相的砂礫石層，表明了頁(yè)巖是古滑坡體物質(zhì)，滑坡作用將河槽向左岸推移了70m。因而只得放棄該壩址而另選新址。
2.7 天然建筑材料
天然建筑材料也是壩址選擇的一個(gè)重要因素。壩體施工常常需要當地材料，壩址附近是否有質(zhì)量合乎要求，儲量滿(mǎn)足建壩需要的建材，如砂石、黏土等，是壩址選擇應考慮的。天然建筑材料的種類(lèi)、數量、質(zhì)量及開(kāi)采條件及運輸條件對工程的質(zhì)量、投資影響很大，在選擇壩址時(shí)應進(jìn)行勘察。
3.結語(yǔ)
從實(shí)踐表明，選擇壩址是水利水電建設中一項具有戰略意義的工作，它直接關(guān)系到水工建筑物的安全、經(jīng)濟和正常使用。工程地質(zhì)條件在選壩中占有極其重要的地位，選擇一個(gè)地質(zhì)條件優(yōu)良的壩址，并據此合理配置水利樞紐的各個(gè)建筑物，以便充分利用有利的地質(zhì)因素、避開(kāi)或改造不利的地質(zhì)因素。
參考文獻
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