2.2　坝址区工程地质条件

2.2.1　勘察工作过程

本工程的勘测工作始于20世纪80年代中期,1984—1986年进行规划阶段勘测工作,推荐思澜公路96～102km的澜沧江河段为糯扎渡水电站坝段位置。

1989—2000年进行预可行性研究阶段的地勘工作,先后完成了《糯扎渡水电站坝址选择专题报告》与《糯扎渡水电站工程预可行性研究报告》。

2000—2003年进行可行性研究阶段的勘测设计研究工作。2001年12月提出了《糯扎渡水电站可行性研究阶段枢纽布置格局与坝型选择报告》,2003年6月完成了《糯扎渡水电站可行性研究报告》。

可行性研究阶段,委托中国水利水电科学研究院进行了枢纽区高边坡稳定与支护措施研究。

2004年进入招标设计阶段,结合工程的实际情况进行了补充勘察工作。对工程区边坡稳定条件进行复核,并与成都理工大学、河海大学等合作完成了《糯扎渡水电站枢纽区高边坡工程地质特性及其稳定性研究》报告。

本电站枢纽区完成的地质、勘测、试验主要工作量详见表2.2.1。

2.2.2　地形地貌

自勘界河口上游300m至糯扎沟口下游约1000m的澜沧江峡谷河段属坝址区范围。坝址区河段长度约2.5km,河流方向S35°E,总体较顺直,自然河流枯期水面高程约600.00m。两岸谷坡较陡,临江坡高一般250～410m,河谷断面呈不对称的V形。河谷两岸山体雄厚,右岸高程1000.00m以下平均坡度约为40°,以上平均坡度约为9°;左岸高程850.00m以下平均坡度约45°,高程850.00m左右为一侵蚀平台地形,侵蚀平台在平面上呈梯形,临河侧长(正常蓄水位附近)约700m,山里侧长约250m,垂直山坡方向宽约700m,见图2.2.1。

坝址区河谷两岸较大的冲沟从上游至下游依次有:左岸勘界河、糯扎支沟、糯扎沟等;右岸9号沟、火烧寨沟等。勘界河、火烧寨沟沟底相对平缓且有常年流水。

2.2.3　地层岩性

坝址区沿高程方向地层自下而上可概化分为三层:第一层为华力西晚期—印支期侵入的花岗岩体及后期侵入石英岩、辉绿粉岩和隐爆角砾岩等岩脉;第二层为三叠系中统忙怀组下段层积岩,以砂岩为主;第三层为第四系堆积层,主要为坡积层、冲积层、洪积层和崩积层。

(1)花岗岩:为肉红色、灰白色中细粒二长花岗岩、中细粒钾长花岗岩,具等粒半自形结构,块状构造,局部见晶洞和晶腺,主要矿物成分为钾长石、斜长石、石英及少量云母和角闪石。花岗岩是工程区的主要岩体,其产状为岩基或岩株的一部分,成岩深度大于6km,年龄为2.35亿年,形成于华力西晚期—印支期。

(2)坝址区出露的沉积岩主要为三叠系中统忙怀组下段,为一缓倾左岸的单斜地层。根据岩性组合,忙怀组下段分为以下4层:

1):主要为紫红色粉细砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹泥岩,中至薄层状,质软。底部为厚几米到几十米的紫红色角砾岩,厚层至块状,铁硅质胶结,岩石坚硬。该层厚度由上游向下游逐渐变薄,总厚度为27～107m。

2):主要为紫红色薄层状粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩,局部见灰白色中厚层至厚层状长石石英中粗砂岩夹层及灰色泥岩夹层。顶部有数层薄到中厚层状灰绿色泥灰岩、泥质灰岩、豆状灰岩夹层。底部有数个由紫灰色厚层至块状砂砾岩与紫红色中厚层至薄层状细砂岩组成的正向韵律层。该层总厚度为96～131m。

3):主要为紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩,具有钙质结核和团块,薄层至中厚层状,局部夹灰绿色泥灰岩条带及灰色中细粒砂岩,泥质岩层多含钙质。该层厚度53～89m。

4):为主要灰白色、紫红色厚层、巨厚层至块状长石石英砂砾岩、含砾长石石英粗砂岩,底部有青灰色、紫红色、灰白色薄层至中厚层状中细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩。其中泥质粉砂岩中偶见钙质结核。总厚度为56～258m,与上覆侏罗系地层呈角度不整合接触。在坝区该层分布位置较高,建筑物及开挖边坡均未涉及该层。

(3)第四系(Q)。

1)坡积层(Qdl):紫红、黄褐色碎块石质粉土、砂质粉土及黏土。厚度变化较大,一般为1～5m。坡积层分布面积广,两岸谷坡及山脊均有分布。

2)洪积层(Qpl):碎块石、砂土、漂石、孤石,分选性差。主要分布在各大冲沟沟口。

3)冲积层(Qal):河床冲积层主要分布在澜沧江河床及河漫滩部位。河床冲积层厚度一般为8～20m,最厚达31.26m,最薄仅2.85m。总体上冲积层上部以砂层、含砾砂层为主,下部以砂卵砾石层或漂石、卵石层为主。

4)崩积层(Qcol):块石、碎石、碎石质土,一般与坡积物混杂。厚度一般小于5m。

2.2.4　地质构造

坝址区位于四齐向斜南西翼,忙怀组(T2m)沉积岩呈单斜构造,岩层总体产状N20°～50°W,NE∠10°～25°,缓倾左岸。坝址区主要构造形迹表现为不同规模的破裂结构面。根据破裂结构面尺寸、规模的大小,坝址区结构面可以分为五级。坝址区无Ⅰ级结构面,左岸发现的属于Ⅱ级结构面的有F1、F2、F3及F35断层4条;属Ⅲ级结构面的有18条,如表2.2.2所示;Ⅳ级结构面为小断层、挤压带(面)以及沉积岩内的层间挤压错动带(面)和部分较大的夹泥裂隙等,已发现的有数百条;一般的节理裂隙均属Ⅴ级结构面。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级断层按产状分主要为以下两组:①N10°～30°E,NW∠60°～80°;②N10°～40°W,SW∠50°～70°。第①组断层最为发育,以F1、F35、F3、F5等为代表,其特点是规模大、具多期活动,构造岩多为角砾岩、糜棱岩、断层泥等,胶结差,沿断层多有碎裂状石英脉充填;第②组断层较为发育,以F9和F15等为代表,断层同样具多期活动性质,早期以压性为主,后期转为右旋走滑,断层规模比第①组小,但数量较第①组多,破碎带主要由角砾岩、糜棱岩和少量断层泥组成,部分断层破碎带有石英脉充填,构造岩胶结一般较差。

坝址区右岸在F12与F13断层之间,由于岩体受构造、风化、蚀变等因素的综合影响,形成了大致顺河方向延伸的构造软弱岩带。

坝址右岸构造软弱岩带在平面上呈条带状沿NNW向的F12、F13断层延伸,总体产状:N35°～39°W,SW∠61°～65°,与岸坡走向近于平行,估计其延伸长度大于650m,在地表主要分布于高程650.00～740.00m。在剖面上沿F12、F13两断层倾向斜插山里。在竖向不同高程处,构造软弱岩带的宽度变化不大。

右岸构造软弱岩带是由断层破碎带、影响带以及断层之间的破碎蚀变花岗岩体组成。构造软弱岩带内岩体破碎,风化及蚀变作用强烈,岩体均一性、完整性差。

2.2.5　物理地质现象

坝址主要的物理地质现象为风化现象,同时也存在不同程度的卸荷现象。

(1)坝址区风化程度划分为全风化、强风化、弱风化上部、弱风化下部和微风化—新鲜五级。表2.2.3列出了坝址两岸风化深度。

从表2.2.3及勘探成果可以看出,坝址区岩体风化有以下显著特点:

1)坝址不同部位岩体风化程度的差别较大。河床、左岸、右岸650.00m高程以下风化较浅,且分布均匀。右岸650.00m高程以上风化深度大,且分布不均匀,出现囊状、槽状风化。

2)囊状风化。囊状风化带多沿断层交汇带、节理密集带或岩性变化部位发育,其宽度一般为1～4m,以坝址右岸多见。随着深度的增加,囊状风化现象明显减少。

3)槽状风化。一般发育于断层破碎带、影响带、节理密集带、花岗岩与花岗斑岩脉接触部位。坝址区沿F12、F13断裂带延伸的风化槽规模最大。该风化槽地表出露在高程660.00～720.00m之间,沿F12、F13断层顺河向延伸,顺F12、F13断层倾向斜插山体深部。风化槽主要为弱风化上部岩体,有少量强风化岩体。该风化槽分布范围与右岸构造软弱岩带基本一致。

4)间隔风化。坝址左岸与沉积岩底部接触的花岗岩的风化程度较其上覆沉积岩明显加深。根据钻孔资料,上覆沉积岩一般为微风化—新鲜时,紧临其下的花岗岩往往属弱风化下部岩体,并夹有囊状或槽状弱风化上部岩体。上述弱风化下部岩体厚十几米至几十米,再向深处又正常过渡到微风化—新鲜和新鲜岩体。间隔风化现象在坝轴线和Ⅳ勘线部位最明显。

(2)卸荷。坝址两岸岩体卸荷的程度和卸荷裂隙的性状差别较大。左岸坡岩体卸荷作用主要表现为向临空面的拉张松弛,卸荷拉张裂隙一般迁就北西向倾向坡外的构造破裂面发生,卸荷张开夹泥裂隙延伸较长,密度小。右岸由于主要结构面向坡里倾斜,岸坡应力重分布较为复杂,所以岩体卸荷作用以松弛、拉裂为主,卸荷裂隙密度大、形态不规则,但多张开,大部分夹泥。根据两岸卸荷岩体松弛和卸荷裂隙发育程度等情况,将卸荷岩体划分成强卸荷带和弱卸荷带。

强卸荷岩体已松弛、变形,常见有宽大、架空的拉张裂隙分布,短小的卸荷夹泥裂隙普遍发育。弱卸荷带岩体中的卸荷拉张裂隙间距较大,有泥或泥膜分布,岩体松弛不明显。

左岸卸荷相对较浅,一般强卸荷深度为10～34m,最深达56m(PD220),且具随高程增高强度加大的趋势。

右岸在不同高程部位的岩体卸荷差异很大。大致可以高程700.00m为界,以下岩体卸荷较浅,强卸荷深度一般为18～28m,最大49m;以上强卸荷岩体深度一般为30～65m,其中2号山梁部位(右岸坝肩处)最深,一般强卸荷深度大于47m,最大达74m。右岸强卸荷带以里的弱卸荷带发育深度大,其底界不易区分确定,故对其底界线未进行实际划分,在一般情况下可将弱风化上部岩体的底界线,确定为弱卸荷带的底界。

2.2.6　水文地质条件

坝址区水文地质条件简单,澜沧江为本区最低排泄基准面。地下水类型为基岩裂隙水,覆盖层中有少量孔隙水。地下水位靠河床部位低平,山体内缓慢升高。自然条件下,坝址区边坡大部分位于地下水位以上,仅坡脚处有地下水。

2.2.7　工程地质分区

根据地层岩性、地质构造、风化卸荷、岩体蚀变及岩体结构类型等情况,将枢纽区的工程地质条件分为A、B、C、D、E、F六区。

(1)A区位于坝址右岸构造软弱岩带(约高程650.00m)以下、河床及左岸F3断层影响带上游的花岗岩体分布区。该区岩性主要为花岗岩;Ⅲ～Ⅴ级结构面一般发育,Ⅲ级结构面发育间距约为85m,Ⅳ级结构面发育间距约为23.5m;岩体风化浅、完整性好,据统计全风化带底界垂直深度为0～10m,强风化带为10～20m;强卸荷带发育深度一般小于10～30m。在心墙坝基部位岩体结构多为镶嵌碎裂和次块状结构,坝基岩体质量以Ⅲ类为主;地下厂房区的岩体多为块状和次块状结构,属Ⅱ、Ⅲ类围岩。该区在枢纽区中工程地质条件最好。

(2)B区位于左岸F1断层影响带下游部位的花岗岩体分布区。该区岩性为花岗岩;断层发育,Ⅲ级结构面较少,Ⅳ、Ⅴ级结构面较发育,Ⅳ级结构面发育间距约为5～20m;岩体风化较浅,完整性较好,据统计全风化带底界垂直深度为0～14m,强风化带为15～35m;强卸荷带发育深度约为15m左右。溢洪道边坡开挖面和建基面部位的岩体结构多为镶嵌碎裂、次块状和块状结构。工程地质条件较好。

(3)C区位于坝址左岸沉积岩的分布区(不含F3、F1断层之间的沉积岩分布区)。该区岩性为中厚层状的砂泥岩;Ⅲ级结构面较少,陡倾角的Ⅳ级结构面发育间距大于25m,缓倾的层间挤压带(或挤压面)较发育,一般分布在软硬岩石接触部位,属Ⅴ级结构面的节理较发育;风化较浅,据统计全风化带底界垂直深度为2～6m,强风化带为4～10m;由于多分布在山顶或缓坡地带,卸荷作用不明显。但在陡坡部位卸荷发育深度一般在30m以上。溢洪道主要布置在该区中,该部位岩体结构多为镶嵌碎裂、碎裂和次块状结构,工程地质条件一般。

(4)D区位于F1断层影响带下游河床及右岸部位的花岗岩体分布区。该区岩性为花岗岩;断层发育,Ⅲ级结构面平均发育间距为58m,Ⅳ级结构面平均发育间距约为10m;岩体风化较深,据统计高程610.00m以上全风化带底界垂直深度为0～27m,强风化带为0～33m,高程610.00m以下(包括河床)基本无全风化,强风化带深度为33～53m;右岸强卸荷带发育深度约20～29m。溢洪道冲刷坑位于该区河床,冲刷区部位多为碎裂结构岩体;冲刷区对岸高程610.00m以上山坡多为碎裂、散体结构岩体,高程610.00m以下山坡多为碎裂、镶嵌碎裂结构岩体。工程地质条件较差。

(5)E区位于坝址右岸构造软弱岩带(约高程650.00m)及以上、F3断层影响带上游的花岗岩分布区。构造复杂,Ⅲ～Ⅴ级结构面发育,Ⅲ级结构面发育间距约为35m,Ⅳ级结构面发育间距约为11m,右岸构造软弱岩带分布在该区下部;岩体风化深度大,据统计全风化带底界垂直深度为0～70m,强风化带为20～130m;强卸荷带发育深度一般为20～70m。岩体结构多为碎裂、镶嵌碎裂和散体结构,在心墙部位坝基岩体质量以Ⅳa及Ⅳb类为主,工程地质条件差。

(6)F区位于F3、F1断层之间及两断层上、下盘的影响带部位。岩性为花岗岩和砂泥岩。该区断层发育,属Ⅱ级结构面的断层有F3、F35、F1等;受其影响,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级结构面很发育,Ⅲ、Ⅳ级结构面(包括挤压面、挤压带、小断层、大断层等)的发育间距为5.6m,Ⅴ级结构面发育组数多而密集,且节理面性状较差;岩体风化深,完整性很差。溢洪道建基面处多为碎裂和散体结构,尾水洞通过部位的围岩类别多为Ⅳ、Ⅴ类,工程地质条件很差。

枢纽区建筑物布置应充分考虑了工程地质条件,做到因地制宜。除坝体右坝肩和溢洪道中后段无法避开E区和F区外,主要建筑物均布置于A区和B区。