漢中石門水庫瀝水溝渡槽工程地質條件淺析

韓世鵬

(陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院，陜西 咸陽712000)

漢中石門水庫瀝水溝渡槽工程地質條件淺析

韓世鵬

(陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院，陜西 咸陽712000)

通過對漢中石門水庫瀝水溝渡槽工程地質條件的討論，簡要說明了邊坡兩岸傾倒體的形成原因，結合多種勘察手段查明傾倒體下限，通過邊坡傾倒體的穩定計算，提出兩岸邊坡的工程處理措施和建議。

邊坡;傾倒體;孔內電視;條塊分割法

瀝水溝渡槽位于漢中市褒河瀝水溝口，是石門水庫灌區東干渠渠首跨越瀝水溝的重點建筑物，距石門水庫壩區以南約2.1 km，渡槽設計輸水流量30 m3/s，加大流量32 m3/s，渡槽全長354 m，渡槽為預應力薄殼鋼筋混凝土結構，最大建筑高度38.9 m，渡槽屬Ⅱ等工程3級建筑物。

渡槽于1972年5月建成通水。運行一年后，渡槽進口處由于地基巖體發生變形，導致有的槽箱變位、支柱擺座傾斜，產生裂縫和滲水流出。鑒于上述情況，85年3月省地有關部門和石門水庫管理局決定對渡槽進口處前50 m渠段進行高標準水泥襯砌防滲處理，并完成渡槽進口地段的山坡坡面排水工程。加固處理后工程的安全性有了較大提高，運行至今已20多年。

2008年5月12日，四川汶川發生了8.0級強烈地震，其后余震不斷。漢江石門水庫灌區與震中距離140～400 km，水利設施受地震波及影響較大，渡槽槽箱和排架出現結構安全問題，在大流量運行時，渡槽整體搖晃嚴重，致使工程安全性及適用性銳減，出于安全考慮，只能降低流量運行，而這必將影響灌區約27.0萬畝農田灌溉，對當地農民的生活和農業經濟收入造成損失。為保證灌區灌溉效益的發揮，對渡槽進行整體性加固或改線重建勢在必行。

瀝水溝渡槽出現的工程地質問題比較復雜，既有普遍性又有特殊性，因此有加以總結提高的必要。

1 工程概況

1.1 渡槽的區域地質環境

工程區位于秦嶺與巴山山脈之間的漢江盆地北緣。盆地北接秦嶺，南與巴山相連，盆地外緣多有丘陵和低中山區分布。漢江自西向東從盆地中部通過，河流沿岸階地發育，地形起伏小，廣泛分布有第四系松散堆積物，為良好的農業發展區。

工程區在大地構造上屬于秦嶺褶皺帶，經歷加里東、華力西和印支三個旋回，于印支運動最終回返，為一個旋回褶皺系。沉積層巨厚，巖漿活動頻繁，變質作用復雜，褶皺斷裂發育。出露地層以寧強群為主，為一套淺變質的千枚巖。

工程區以南為漢中斷凹，受“陽平關～洋縣斷層帶F27”控制，漢中斷凹東西長約100 km，南北寬5～25 km，凹陷中心在漢中～洋縣附近，沉積物厚度100～900 m。基底構造復雜，但主要為陽子期侵入巖體構成。歷史記載地震多沿北東向構造帶活動，曾發生過五次5級以上的地震，但最大震級為1635年洋縣發生的5.5級地震。

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306－2008)標準，工程區地震動峰值加速度為0.10 g，地震動反應譜特征周期為0.45 s，相應的地震烈度為Ⅶ度。

綜上所述可知，工程區出露的區域地層軟弱，易風化，受重力影響，多有傾倒現象發生，使巖體容易產生變形，而影響到建筑物的安全。

1.2 渡槽邊坡巖體變形穩定的工程地質因素

渡槽位于瀝水溝入褒河匯流處，為丘陵和低山地形，溝口有褒河一、二級階地分布。兩岸山坡不對稱，左緩右陡，基巖出露于兩岸山坡，出露高程分別為585 m和565 m以上，以下大面積覆蓋人工堆積和第四系的松散土、石，厚度一般在5～10 m。

工程區內的基巖主要為前寒武系綠泥石絹云母千枚巖，第四系松散地層廣泛出露于基巖之上。綠泥石絹云母千枚巖，片理發育，巖性軟弱、破碎，綠泥石絹云母千枚巖中穿插大量的石英細脈(厚0.5～3.0 cm，或石英巖薄層(厚5～10 cm)，由于石英脈的穿插和綠泥石絹云母千枚巖的特性，薄片和變質礦物間的結合不密實，手可剝成碎片，吸濕性強，透水性差，遇水易軟化，風化后多成泥狀，因此綠泥石絹云母千枚巖的力學強度非常低，屬軟巖。

第四系松散地層廣泛出露，成因類型復雜，有下更新統湖積漂卵石層(Q11)、中更新統湖洪積層(Q21+p1)、中更新統洪積層(Q2p1)、上更新統風洪積層(Q3eo1+p1)和全新統沖洪積層、沖積層、坡積層、滑坡堆積、人工堆積等。

工程區內不良物理地質現象發育。主要表現有基巖傾倒。瀝水溝左岸傾倒巖體厚度為15～25 m，右岸約30 m左右。傾倒體巖層產狀為10°～30°∠30°～60°，下伏正常巖層產狀為340°～355°∠70°～85°。基巖傾倒現象是巖體長期變形的結果，對建筑物的穩定帶來不利的影響。另外不穩定巖體形成的崩塌、滾石等現象也比較發育。

巖石風化特征:測區范圍內基巖的風化程度可分為:全風化帶、強風化帶和弱風化帶三種:

①全風化帶:在傾倒巖體范圍內，全風化巖體的厚度一般5～8 m，局部可達9.5 m，巖石風化后雖保持原巖的片理結構，但已風化成土狀.或碎片，石英脈已成碎石。

②強風化帶:傾倒巖體范圍內和深度到正常巖層1 m左右，均為強風化帶，厚度達10～20m，在傾倒體范圍以外，其厚度為3～15 m。該巖體多呈碎塊狀，節理面均具鐵銹色、石英巖節理面上多見銹斑，巖石點載荷試驗的Rb=13～18Mpa，為Ⅴ級。

③弱風化帶:傾倒體分界線1m以下的正常巖層和傾倒體以外地段的深度3～15 m以下巖層為弱風化帶。巖體較完整、堅硬、裂隙減少，巖石斷口新鮮，強度較高，巖石點載荷試驗的Rb=25～30 Mpa，為Ⅳ級。

2 渡槽邊坡巖體變形的穩定分析

渡槽除河床部分無傾倒體分布外，兩岸山坡均有分布，而其厚度較大，風化嚴重。

右岸邊坡較陡，約40°～60°，傾倒體從坡腳至坡頂廣泛出露，依據風化程度可分為兩帶，上部為全風化帶巖體，厚約10～15 m，下部為強風化帶巖體，厚約15～25 m。

左岸邊坡較緩，約30°左右，傾倒體分布于右岸相同，上部為全風化帶巖體，厚約10 m，下部為強風化帶巖體，厚約5～10 m。

1)本次為確定兩岸邊坡傾倒體下限，采用了鉆探、孔內電視、電法測試和聲波測試等多種手段。依據孔內電視成果，傾倒體下限見表1。

表1 鉆孔傾倒體底面深度及產狀對照表

結合巖芯編錄及電法測試和聲波測試成果，統計成果見表2。

表2 鉆孔巖體風化分帶表

由以上兩個統計成果，最終確定傾倒體下限如表3。

表3 鉆孔傾倒體底面深度及產狀對照表

2)邊坡巖土體強度計算建議值如表4。

表4 巖土體抗剪強度指標建議值

由于邊坡變形破壞形式，為局部崩塌或滑動(傾倒巖體)，邊坡先期傾體已產生變形，下部未變形弱風化巖體為邊坡破壞下限，最不利滑面假定位于傾倒巖體與穩定巖體邊界進行計算。本次邊坡穩定計算采用條塊分割法進行計算，在右岸和左岸邊坡分別有條件選擇若干滑面，分別計算其K系數，選取最危險滑面。每個滑面分為20個條塊，按非地震和地震兩種工況條件進行計算，地震裂度按Ⅶ度考慮。

根據各巖土不同抗剪強度指標，分別分析計算最危險滑面和較安全滑面的K系數，計算結果如表5。

表5 邊坡穩定計算結果表

從以上計算可得知:

①左右岸邊坡不穩定滑弧面，均位于傾倒巖體和強風化層中。

②左岸邊坡整體穩定系數K≥1.62，由此說明左岸邊坡基本穩定。

③右岸邊坡淺層滑面穩定系數K≥1.33，基本穩定，中部及傾倒體滑面天然狀態下穩定系數K≥1.03，安全系數偏低，說明邊坡處于極限狀態。在滑面飽水且有地震時，整體邊坡穩定系數K=0.98～1.01，邊坡整體穩定性差。

經過對兩岸傾倒體邊坡的穩定性計算，右岸傾倒體處于臨界狀態，在滑面飽水且有地震時，安全系數偏低，穩定性差，需要進行工程處理;宜進行削坡減載或抗滑處理，并應做好排水及監測措施。左岸傾倒體現狀是穩定的，可不進行處理，但需設置變形監測設施。

3 結語

確定傾倒體下限的最好辦法是通過探硐去揭示，在因工期原因、施工條件或其他因素不能實施的情況下，通過其他輔助手段也可以查明，如該工程就采用了采用了鉆探、孔內電視、電法測試和聲波測試等多種手段。只要把這些方法的結果仔細對比可以明確傾倒體的埋深，在其他工程地質條件類似的工程地質問題中(如滑坡)也可以采取這種方法。

［1］GB50287－99水利水電工程地質勘察規范［S］.

［2］漢中市石門水庫瀝水溝渡槽改線初步設計工程地質勘察報告(內部資料)2010.

TV697.3

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1004－1184(2012)03－0179－02

2012－03－07

韓世鵬(1973－)，男，陜西渭南人，助理工程師，主要從事工程地質和水文地質勘察工作。