水文地质勘察能力展示

拟建大坝坝址的水文地质勘察与其工程地质勘察结合进行。根据SL 55—2005《中小型水利水电工程地质勘察规范》规定,各阶段坝址的水文地质勘察内容和手段如下。

10.3.1.1 规划阶段水文地质勘察

1.勘察任务

了解各规划方案坝(闸)址区的水文地质条件,分析建坝(闸)的可能性[7]。

2.勘察内容[7]

各梯级坝(闸)址区的勘察应包括下列内容:

(1)了解坝(闸)区地层岩性、覆盖层厚度、岩体风化层的深度和各岩土层的渗透性。

(2)了解坝(闸)地质构造、主要破碎带的分布、位置、产状和性质。

(3)了解强透水岩土体、强喀斯特化岩层及溶蚀带、古河道、古冲沟等可能与库外连通的通道及通道的延伸情况。

3.勘察方法[7]

(1)水文地质工程地质综合测绘。近期开发的工程应进行坝(闸)址区水文地质工程地质综合测绘,比例尺在峡谷区可选1∶5000～1∶2000,丘陵平原区可选1∶10000～1∶5000,测绘范围应包括各比较坝(闸)址及坝(闸)址附近可能渗漏的岸坡地段。当各比较坝(闸)址相距较远时,可分别进行测绘。

(2)勘探。各梯级坝(闸)址应有一个代表性勘探剖面,并宜用地面物探方法勘察;近期开发的工程应布置钻探,钻孔的布置根据水文地质工程地质复杂程度而定。河床、两岸及对规划方案成立影响较大的水文地质条件复杂的地段,应有钻孔控制[4]。

10.3.1.2 可行性研究阶段水文地质勘察

可行性研究阶段的水文地质勘察是在选定的规划方案的基础上进行,为选定坝(闸)址、推荐基本坝型、枢纽布置等进行水文地质论证。

1.勘察的主要任务

调查特定坝(闸)址区的水文地质条件,对有关的主要水文地质问题作出初步评价[7]。

2.勘察内容

(1)一般岩基坝(闸)址区的勘察内容如下:

1)初步查明河谷地形地貌、两岸冲沟和低垭口发育状况,及河床深槽、埋藏谷、古河道等的分布。

2)初步查明第四纪沉淀物的厚度、成因类型、组成物质及分布情况。

3)初步查明地层岩性及其分布,特别是主要断层、破碎带、缓倾角结构面及节理裂隙的分布、性质、产状、规模、充填物和胶结情况,并初步分析各类结构面及其组合对坝(闸)基的稳定性和渗漏的影响。

4)初步查明坝址区的水文地质条件,重点是岩土层的渗透性,相对隔水层的埋深、厚度和连续性,两岸地下水水位、补排条件、环境水的腐蚀性[7]。

(2)可溶岩坝(闸)址区的勘察内容包括[7]:

1)初步查明河谷地形地貌、两岸冲沟和低垭口发育状况,及河床深槽、埋藏谷、古河道等的分布。

2)调查喀斯特的发育规律和分布情况,主要是溶洞和喀斯特通道的规模、分布、连通和充填情况。

3)调查岩溶水文地质条件,相对隔水层的分布、厚度及其延伸性,初步分析可能发生渗漏的地段、渗漏类型及其严重程度,对处理方案提出建议。

(3)土基坝(闸)址区的勘察内容包括[7]:

1)调查河谷地貌特征、阶地类型及地质结构,初步查明各阶地的接触关系和古河道、古冲沟、古塘、决口口门、沙丘等的埋藏、分布情况。

2)初步查明各类土的性质、成因、厚度、分布、颗粒组成及渗透特性。

3)对地震峰值加速度在0.1g及以上地区的饱和无黏土、少黏砂土地基的震动液化问题进行初步评价。

4)初步查明透水层和相对隔水层的埋藏条件、渗透及渗透稳定性、各透水层间的水力联系,地下水与地表径流及潮汐的水力联系、补排关系、地下水位及其变幅、地下水水质及土的化学成分等,必要时应研究地下水的流向。

5)初步查明基岩浅埋及利用基岩作防渗依托的坝(闸)址基岩的埋深、风化程度和渗透性。

(4)软质岩坝(闸)址区的勘察内容包括[7]:

1)初步查明河谷地形地貌、两岸冲沟和低垭口发育状况,及河床深槽、埋藏谷、古河道等的分布。

2)软质岩风化、软化、泥化、崩解、膨胀、抗冻、抗渗等特性,初步评价坝基沉陷和抗滑稳定性。

3.勘察手段[7]

(1)水文地质工程地质综合测绘。测绘比例尺可选用1∶5000～1∶1000。测绘范围包括各比较坝(闸)枢纽、有关建筑物及其下游冲刷区在内。当各比较坝(闸)址相距较远时,可单独测绘。

(2)物探。物探应根据坝(闸)址区的地形、地质条件等确定。物探剖面线应结合钻探剖面线布置,覆盖型可溶岩坝(闸)区、宽敞河谷深厚覆盖层和软质岩基坝(闸)址区宜布置物探探测网格,并充分利用钻孔进行综合测试。各比较坝(闸)址区至少应布置一条代表性勘探剖面,必要时可增加勘探剖面。

(3)钻探。各比较坝(闸)址区至少布置一条代表性的勘探剖面,勘探剖面上应有坑、孔控制,勘探点间距50～150m,河床及两岸坝肩部位也应布置钻孔;必要时,两岸宜布置勘探平硐。岩基坝(闸)址区代表性勘探剖面上河床部位的钻孔深应为1～1.5倍坝高,两岸岸坡上的钻孔应进入相对隔水层或稳定的地下水位以下。在可溶岩地区,控制性钻孔应深至地下水位以下一定深度。有特殊要求的钻孔,其深度可按实际情况确定。在土基坝(闸)址区,每个不同工程地质单元应有钻孔控制,一般钻孔深度宜为1～1.5倍坝高。当坝(闸)基下分布有强透水层或深厚软土层时,钻孔应深入坚实土层一定深度或基岩相对隔水层5～10m。

(4)水文地质测试。坝(闸)址区的基岩钻孔应分段进行压水试验,并应收集钻进过程中的水文地质资料。可溶岩区根据需要进行连通试验。在土基坝(闸)址区钻探时,应分层观测地下水位,还应取河水、地下水样作腐蚀性分析,评价其对混凝土的腐蚀性;对主要含水层应布置抽水试验或注水试验[7]。

10.3.1.3 初步设计阶段水文地质勘察

初步设计阶段是在可行性研究阶段所选定的坝址的基础上进行的,是为选定的坝(闸)址、坝型和其他建筑物、枢纽布置进行水文地质论证。

1.勘察任务[7]

查明坝(闸)址区的水文地质条件,为选定的坝址提供水文地质资料与建议。2.勘察内容[7]

(1)一般的岩基坝(闸)址区,勘察内容包括:

1)查明河床及两岸覆盖层的厚度、组成物质、分布情况及其透水性。

2)查明坝(闸)址区地层岩性、地质构造和节理裂隙的发育特征。

3)查明断层破碎带、节理密集带的具体位置、产状、规模、充填物的形状和透水性。

4)对于土石坝岩基,应评价其防渗体变形及渗透稳定的影响,查明坝(闸)址区的水文地质条件、进行岩体渗透性分级(查表5-5),查明相对隔水层的埋藏深度,提出防渗处理建议。

(2)可溶岩基坝(闸)址区,除上面内容外,还应重点查明:

1)坝基喀斯特形态的类型、特征、分布位置、规模、发育规律,主要溶洞和渗漏通道的空间分布、连通性和充填物的性状、充填程度、渗透稳定性及其对坝基(肩)渗漏与稳定的影响。

2)坝址水文地质结构类型,喀斯特地下水的赋存特点、水动力特征,喀斯特地下水与河水的关系,以及河谷的水动力条件。

3)相对隔水层的岩性组合特征、厚度、延伸分布、受构造破坏情况及顶板、底板附近的溶蚀情况,并对相对隔水层的可靠性作出评价。

(3)在喀斯特发育调查时,需要根据钻探资料确定出:①钻孔遇到岩溶的频率(面岩溶率)、遇到溶洞的个数;②溶洞高程的分布情况,溶洞的高度、规模、走向、连通性、溶洞内的充填程度及其充填物的颗粒组成;③根据孔内水位的变化受河水位起伏的影响程度,判断溶洞地下水和地表水的连通性[7,27]。

(4)对软质岩基坝(闸)址区,除了与一般的岩基坝(闸)址区的勘察内容相同外,还宜重点查明软岩层的风化、软化、崩解、膨胀、抗冻、抗渗的稳定性。

(5)对土基坝(闸)址区,勘察内容应包括:

1)查明场地的地形地貌特征、阶地类型及结构、古河道、暗滨、古冲沟、决口口门、沙丘、地下洞穴、地下坑穴、埋藏谷等具体的位置、范围及埋深。

2)查明坝(闸)址区土层的分布、成因,重点查明粉细砂、软土、湿陷性黄土等的分布、厚度。

3)对地震震动峰值加速度在0.1g及以上地区,应对饱和无黏性土、少黏性地基土的振动液化作出评价。

4)查明坝(闸)址区透水层、相对隔水层的埋深、厚度、分布范围、地下水位及其变化规律,各透水层(带)的渗透系数及允许水力坡降。

5)调查坝(闸)前库区表层土的性质、分布、厚度、颗粒组成、渗透性及渗透稳定性,研究其作为天然铺盖防渗的可能性。

6)查明岩溶塌陷或土洞、膨胀土胀缩性等不良地质作用的分布情况,评价其对工程的影响。

7)查明基岩浅埋区河床和两岸基岩的埋深和风化深度,基岩面的起伏变化情况及防渗线部位基岩的透水性。

张家发等(2001)对三峡大坝坝址区花岗岩全风化带的渗透性进行研究时,进行了室内试验及现场测试。其室内试验包括对原状样和扰动样的水分特征曲线分别进行分析,用原状样和扰动样分别进行达西试验(渗透试验),求得其饱和渗透系数。现场测试是进行现场的降雨入渗试验,求得了该区地表的渗透系数[28]。宋汉周等(1997)根据某坝址不同部位水溶液中碳酸盐类物质的饱和指数来研究相应部位的渗流状态,他们发现在渗流较大的地段,地下水的饱和指数SI较小,呈不饱和态;而在径流滞缓地段SI较大,呈饱和态[29]。

3.勘察方法[7]

(1)水文地质测绘。测绘比例尺可选用1∶1000～1∶500,测绘范围包括枢纽所在位置及坝间等可能存在渗漏的部位。对于土基坝(闸)址区,比例尺宜为1∶2000～1∶500,测绘范围包括坝(闸)址区及附近所有水工建筑物场地、坝肩绕渗部位和下游冲刷淤积区。

(2)物探。一般岩基坝(闸)址区,勘探剖面线应根据具体的地质情况结合建筑物的特点布置。对土石坝岩基,宜沿大坝防渗线或坝轴线布置。对混凝土坝,应沿坝轴线布置。辅助线可根据建筑物的位置和需要而定。溢流坝段、厂房坝段、过坝建筑物等应有代表性勘探剖面。宜采用地震、声波、孔内电视及综合测井等物探方法探查结构面、含水层和渗漏带的位置。在可溶岩基坝(闸)址区,各孔(洞)间宜进行无线电波透视或地震波穿透及成像技术测试。

(3)钻探。结合地质勘探进行。

1)一般岩基坝(闸)址区,沿勘探剖面线除布置物探、坑(槽)探外,主勘探剖面线的河床及两岸应有钻孔控制,钻孔间距不应大于50m,钻孔深度进入相对隔水层不应小于10m。当坝基的相对隔水层较深时,孔深不应小于1倍坝高或闸底宽度,两岸钻孔孔深应达到河水位以下或枯季地下水位以下。辅助勘探剖面的钻孔深度可根据需要确定[7,23]。

2)在可溶岩基坝(闸)址区,主勘探剖面钻孔间距宜为30～50m。河床部位钻孔深度应进入相对隔水层或弱喀斯特化岩层;岸坡部位钻孔深度在平原区宜与河床钻孔的深度相同;峡谷区控制性钻孔的深度应达到河床底基岩面以下10m。高山峡谷区,岸坡部位可采用硐探,必要时,利用探硐布置钻孔。对重要的水点和洞隙可进行平硐或井探追索。

3)对于土基坝(闸)址区,宜沿建筑物的轴线或防渗线布置主勘探剖面线,必要时,可布置辅助勘探剖面线。各勘探剖面线应用物探方法探查,并应有坑探和钻孔控制。当基岩的埋深小于1倍坝高或1倍闸底宽度时,钻孔深度应进入基岩相对隔水层;当基岩埋深很大时,钻孔深度宜至建基面以下1.5倍坝高或1.5倍闸底宽度。在钻探深度内如遇有对工程不利的特殊土时,还应有一定数量的控制性钻孔,钻孔深度应能满足渗透计算要求。

(4)水文地质试验[7]。

1)在一般岩基坝(闸)址区,钻孔应分段进行压水试验或注水试验,在钻进中遇到承压水问题时,应测定顶底板位置、初见水位、稳定水位、水温和流量。当坝基存在规模较大的胶结较差的顺河断层破碎带和软弱夹层时,宜进行大于设计水头的渗透试验。应取地表水和地下水样进行水质分析,评价其对混凝土的腐蚀性。必要时,应对钻孔进行地下水位长期观测。

2)在可溶岩基坝(闸)址区,主要含水层和洞隙渗漏带宜进行抽水试验和连通试验,必要时还应进行地下水动态长期观测,对多层含水层应分层进行观测。观测点应包括钻孔、井和主要地表水点。对坝基下洞隙内的充填物,宜取样进行颗粒分析、渗透性和渗透稳定性试验。必要时应进行帷幕灌浆试验。

3)对于土基坝(闸)址区,土层的渗透系数和允许渗透比降宜由室内试验结合工程地质类比法提供,对坝(闸)址有影响的主要含水层宜进行抽水试验或注水试验,必要时宜进行渗透变形试验。对河水、地下水、土体应取样进行腐蚀性分析,试样数量不应少于3件。对地震动峰值加速度为0.1g及以上的坝(闸)址区的可液化土层,应进行标准贯入试验。

4)对软质岩基坝(闸)址区,应进行岩石软化、冻融、崩解、膨胀等试验,并不少于6组。

10.3.1.4 技施阶段水文地质勘察

技施阶段的水文地质勘察应根据初步设计的审查意见和设计要求,为补充论证专门性水文地质问题而进行的勘察。该阶段的勘察内容、勘察方法与库区渗漏的相同,在此不再赘述。