柴河水库水电站及光伏电站工程地质条件分析

时间：2022年04月18日分类：电子论文次数：

摘要: 工程地质情况是水电站及光伏电站安全运行的重要条件，也是其他工程项目建设选址的重要依据。从地形地貌、地质构造、地层岩性、承载力、渗透特性、地下水特性、边坡稳定性、液化特性等方面，对柴河水库水电站及光伏电站工程地质条件进行科学系统分析，并对分析成

　　摘要: 工程地质情况是水电站及光伏电站安全运行的重要条件，也是其他工程项目建设选址的重要依据。从地形地貌、地质构造、地层岩性、承载力、渗透特性、地下水特性、边坡稳定性、液化特性等方面，对柴河水库水电站及光伏电站工程地质条件进行科学系统分析，并对分析成果提出专业化建议。

　　关键词: 水电站; 光伏电站; 水库; 工程地质分析; 地下水分析

水库水电

　　1 概述

　　柴河水库位于辽宁省铁岭市，大坝下游区域面积约 500 亩 ( 1 亩 = 1 /15 hm2) ，地面上建水电站、光伏电站等工程建筑物。水电站于 1974 年建成，为坝后式水电站，装机容量7 030 kW，2014 年进行增效扩容改造，年平均发电量 900 万 kW·h。光伏电站于 2017 年建成并发电，装机容量 15 MW，共计 14个发电单元，采用多晶硅 270 Wp，年平均发电量 2100 万 kW·h。工程地质情况对于水电站、光伏电站的安全运行至关重要，掌握工程地质情况对于后续工程除险加固、项目兴建也具有重要借鉴意义。

　　2 勘察任务及方案

　　2. 1 勘察任务

　　( 1) 查明场区地形地貌特征。( 2) 查明场区内岩土层的类型、深度、分布、工程特性，分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力。( 3) 查明工程场地不良岩土层，对其分布及工程地质特性进行评价。 4) 查明地下水的埋藏条件及含水层性质。( 5) 判定水和土对建筑材料的腐蚀性。( 6) 提供场地土的标准冻结深度。( 7) 确定工程区的地震基本烈度，评价场区构造稳定性。

　　2. 2 勘测方案根据场地情况按网格状布设钻孔 53 个，设计孔深 8 ～ 15 m 。根据现场钻孔揭露地层情况，个别孔深或进行增减，如提前遇见稳定的强风化或弱风化基岩，则可以终孔。

　　3 勘察成果分析

　　3. 1 区域地质条件区域地貌类型为侵蚀构造形成的圆顶状低山，海拔一般在 71 ～ 113 m 之间，地势东高西低，主要地层为前震旦系混合岩以及新生界全新统冲洪、坡积物。工程区构造体系以东西向构造和新华夏系构造为主。东西向构造由东西向分布的懿路—小会试屯复向斜和若干小褶皱组成，伴随着这些东西向褶皱形成了一些东西向断层; 新华夏系构造主要发育于哈达岭新华夏系一级隆起带上，仅见断层，未见褶皱。

　　3. 2 场区地形地貌与地质构造

　　场地地貌类型为侵蚀堆积形成的山间冲洪积谷地，大部分为耕地和荒地，整体地势向柴河河道方向倾斜，开挖有若干鱼塘，地面高程起伏较大，坑洼区域分布不均，山前坡地地面高程为 87. 1 ～118. 8 m，鱼塘及柴河河漫滩地面高程为70. 5 ～82. 7 m。场地内无断层和褶皱构造。钻探揭露第四纪上更新统砂砾岩，分布不均匀，上覆于前震旦系混合岩之上，局部与混合岩的接触面起伏变化较大，交错关系较复杂[1_ 2]。3. 3 地层岩性场地地层岩性主要为杂填土和素填土; 第四系全新统 ( Q4) 粉质黏土、粉砂、细砂、中砂、砾砂、圆砾、卵石和坡积碎石土; 第四系上更新统( Q3) 砂砾岩; 前震旦系混合岩 ( M) 。

　　现分述如下：第层: 素填土，灰黄、褐黄色，主要由黏性土、砂卵砾石组成，松散，揭露层厚 0. 4 ～ 4. 0 m。第①层: 碎石土，杂色，主要由黏性土和碎石组成，碎石主要岩性为混合岩，呈角砾状，级配较差，稍密～中密，局部松散，揭露层厚2. 1 ～6. 5 m。第②层: 粉质黏土，灰黄、黄褐色，可塑，干强度中等，韧性一般，揭露层厚 0. 6 ～ 3. 4 m ( 见表 1) 。

　　第③层: 圆砾，母岩主要为砂砾岩、混合岩，粒径不均匀，级配良好。一般粒径 2 ～ 5cm，最大粒径 10cm。稍密～中密，局部密实，湿～饱和。除山前坡地外，在整个场区均有揭露，揭露层厚1. 2 ～ 5. 7 m。第④层: 全、强风化砂砾岩，为第四系上更新统 ( Q3) 地层，杂色。全风化砂砾岩，除石英砾石外多已风化为黏土矿物，岩芯呈黏土和砂土状，手掰易散，局部夹有强风化碎块，该层分布不连续，在 19 个钻孔有揭露，层厚 0. 5 ～ 4. 4 m。

　　第⑤ 层: 全、强风化混合岩，为前震旦系( M) 地层，主要分布于山前坡地，杂色。全风化混合岩，除石英外多已风化为黏土矿物，岩芯呈黏土和砂土状，手掰易散，局部夹有强风化碎块，该层分布不连续，最大揭露厚度 3. 1 m。

　　3. 4 地基承载力根据统计后的标准贯入和重型圆锥动力触探试验击数确定各土层的承载力、变形模量、内摩擦角等。

　　( 1) 第层素植土和第 - 1 层杂填土不适宜作为基础的持力层。

　　( 2) 第① - 1 层和第②层可塑粉质黏土层、第② - 1 层粉砂层、第② - 2 层细砂层、第② - 3 层中砂层、第③ - 1 层砾砂层和第③ - 2 层卵石层均为局部分布，且厚度较小。

　　( 3) 第①层碎石土层，由黏性土、风化碎屑和碎石组成，稍密～中密，局部松散，局部含有多量黏性土，土层均匀性局部较差，主要分布于山前坡地。( 4) 第③层圆砾层，稍密～中密，局部密实，除山前坡地外，场地内基本为连续分布。( 5) 第④层砂砾岩，主要分布于柴河老河道下部地区，厚度变化较大，场地内分布不连续。( 6) 第⑤层混合岩，主要分布于场地东侧和西南角为山前坡地，场地内分布不连续。

　　3. 5 场区水文地质条件

　　3. 5. 1 场区地下水及循环特点场地地下水为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，主要赋存于圆砾层和基岩裂隙中，两者直接相连，为连通关系[3]。由于地形起伏较大，勘察期间地下水最大埋深约为7. 3 m，高程位于 71. 67 ～73. 93 m 之间，地下水的主要补给来源为大气降水，排泄方式主要为地下径流及人工开采，水位随季节变幅约为1 ～2 m。

　　3. 5. 2 场区岩土体渗透特性场地内圆砾层为主要含水层。受季节变幅影响，砂土和粉质黏土层也可能赋水，其中粉砂、圆砾、卵石及粉质黏土层的渗透系数系根据地方经验给出。

　　3. 5. 3 场区地下水化学特征依据《岩土工程勘察规范》 ( GB 50021—2009) 评价水对混凝土结构和混凝土结构中钢筋的腐蚀性; 依据《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008) 评价水对钢结构腐蚀性，对实验结果进行分析，地下水对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性 ( 干湿交替) ，对钢结构有弱腐蚀性。

　　3. 6 场地稳定性

　　3. 6. 1 边坡稳定性场地东侧和西南角为山前坡地，局部坡度较陡，如果进行开挖，为满足开挖后的边坡稳定性，建议设计根据地下水埋深情况及开挖岩土体状态，采取相应的地下水控制措施; 同时对边坡稳定性进行验算，以选取合理的开挖形式和支护方式[4_6] 。数据为边坡坡顶无堆载，且地下水位降至基坑底面 0. 5 m 以下的坡率值。

　　3. 6. 2 场地地震效应及砂土地震液化判别依据《中国地震动参数区划图》( GB 18306—2015) ，拟建场地地震动峰值加速度为 0. 10 g，对应的地震基本烈度为 7 度，地震动反应谱特征周期为0. 35 s。本场地的砂类土地层多位于地下水位以上，仅局部位于地下水位以下，考虑地下水位季节变幅和不利工况，为可能出现液化的地层，需进行液化判别。

　　4 结论与建议

　　( 1) 场地内砂土层无地震液化问题。

　　( 2) 中砂、圆砾、砾砂和卵石层为强透水地层，如施工过程中建议采取适宜的降水、排水处理措施。

　　( 3) 环境水对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性 ( 干湿交替) ，对钢结构有弱腐蚀性。

　　( 4) 拟建场地位于柴河水库大坝下游，施工时要避免对坝脚一定范围内的岩土体进行开挖或扰动，并做好监测工作，当雨季或者汛期施工时，要做好排水工作，并加强观测。

　　( 5) 场地东侧山前坡地基岩埋深较浅，局部直接出露风化基岩，不适宜采用桩基础施工。另外，场地普遍分布有圆砾、角砾等碎石土地层，局部为密实状态，对静压预制桩施工有较大影响。

　　( 6) 第1层素植土和第1 层杂填土不适宜作为桩基础的持力层。

　　( 7) 施工时如果涉及开挖基槽须进行验槽工作。( 8) 场地标准冻结深度 1. 40 m。

　　参考文献：

　　[1] 罗洪银. 白岩河水利工程坝型地质条件适应性评价[J]. 小水电，2013( 2) : 29_31.

　　[2] 郑其华. 周公宅水库双曲拱坝坝基工程地质问题及处理[J]. 小水电，2020( 2) : 61_67.

　　[3] 刘凡熙. 浅析水利水电工程中地质勘察问题[J]. 科技创新与应用，2014( 27) : 199_199.

　　[4] 邓红俭. 水利水电工程地质勘测方法与技术应用研究[J]. 低碳世界，2015( 19) : 104_105.

　　[5] 吴博. 浅析水利水电工程地质勘察问题[J]. 黑龙江科技信息，2017( 2) : 112_112.

　　[6] 陈德贤. 水利水电地质勘察技术现状与发展的若干思考[J]. 低碳世界，2018( 12) : 108_109.

　　作者：郭金龙1，刘清石1，韩飞2

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