王甫洲水利枢纽坝基石膏溶蚀研究及处理对策（林仕祥,王启国）

时间：2021-01-14 08:08:15　来源：柠檬阅读网本文已影响人

摘要: 王甫洲水利枢纽主要建筑物基础置于下第三系陆相红色碎屑岩上，岩石中含有石膏，属中溶盐，由于电站的修建，水头增加，地下水流速加快，可能造成岩体中和建基面处的石膏溶蚀，石膏溶蚀一方面造成岩体结构的破坏，同时增加了水体中###SO-24 的含量，对工程危害较大，为此对坝基下的石膏层的分布、含石膏地层与汉江水接触后的溶蚀以及溶蚀后江水中####SO-24 的含量的变化进行了专题研究，在此基础上提出了坝基处理的意见。

关键词: 石膏;溶蚀;侵蚀;防渗;坝基;王甫洲水利枢纽

中图分类号: TV223.4 文献标识码: A

汉江王甫洲水利枢纽位于湖北省老河口市下游约3km处，上距丹江口水利枢纽约30km，是汉江中下游衔接丹江水利枢纽的第一个发电航运梯级。正常蓄水位86.23m，库容3.95亿m3 ，电站装机容量109MW。该枢纽以发电为主，结合航运，兼有灌溉、养殖、旅游等综合效益。枢纽建筑物包括泄水闸、溢洪道、土石坝、重力坝、船闸、电站厂房及围堤等。主要建筑物基础置于下第三系陆相红色碎屑岩上，岩石中含有石膏，属中溶盐。电站的修建，可能造成岩体中和建基面处的石膏溶蚀，对工程危害较大，为此对坝基下的石膏层的分布、含石膏地层与汉江水接触后的溶蚀以及溶蚀后江水中#####SO-24 的含量的变化进行了专题研究。

1 地质概况

工程区位于南阳—襄樊盆地的西南边缘，汉江总体从北向南流经坝址区，地势开阔，地形平缓，两岸发育一级阶地，台面高程88～90m。

工程区均为第四系所覆盖，下伏基岩属下第三系夹马槽组（Ej ）陆相沉积碎屑岩，主要岩性有:粘土岩、砂质粘土岩、粉砂岩、细砂岩、中粗砂岩、含砾中粗砂岩、砂砾岩等，岩质软弱，岩石中多含有富集程度不同的石膏和硬石膏。岩层产状近于水平，根据基坑开挖揭露，岩体中的断裂构造不发育，岩体的完整性较好。主要含水层为半胶结或疏松状态粉砂岩、细砂岩、中粗砂岩、含砾中粗砂岩、砂砾岩等，岩体中的地下水多具有承压性，根据压水试验成果，岩体多呈弱透水性。

2 坝基石膏分布特征及矿化成分

据钻探和基坑编录资料，在王甫洲上段即泄水闸地段，岩石中都含有富集程度不同的石膏和硬石膏，有分散的星斑点状，有不规则的团块状，还有纹理状甚至极薄层状，另外裂隙亦常充填石膏;在王甫洲下段即电厂和船闸地段，石膏、硬石膏多成为岩石的胶结物，含量一般小于1%。

2.1 石膏在岩体中存在形式

坝址各类岩石中的石膏有原生和次生的两种，即与岩石同时形成的化学沉积矿物和原生石膏被溶蚀的石膏溶液在裂隙中再次结晶的产物。它们在岩石中存在的形式有以下几种类型。

（1）星斑点状石膏。石膏集合体呈星点或斑点状散布于岩体中，星点或斑点的直径一般1～5mm，间距1～15cm。

（2）团块状石膏。石膏集合体呈不规则的团块散布于岩体中，团块直径一般5mm，最大的达15mm，间距疏密不等，一般1～10cm。

（3）纹理状石膏。石膏呈厚度小于2mm的纹理分布于岩体中，纹理略弯曲，长度一般0.5～2cm。

（4）极薄层至薄层状石膏。石膏呈厚度大于2mm的（最大厚度3cm）层状（多数为不连续的透镜体）分布于岩体中。

（5）脉状石膏。石膏呈脉状断续充填在岩体的断层和裂隙中，脉状石膏的厚度一般小于2mm。

（6）胶结物状石膏。石膏与粘土矿物、游离氧化物及碳酸盐相混杂，充填在岩石碎屑颗粒间孔隙内，成为岩石颗粒胶结物存在于岩体中。此种石膏的存在形式较为普遍。

2.2 含石膏岩石的矿物共生组合和可溶盐成分

据岩石薄片偏光显微镜观察结果，含石膏岩石的盐粒矿物共生组合为硬石膏、石膏、变晶石膏及方解石、白云石。一般硬石膏呈板状，石膏呈纤维状，变晶石膏呈竹叶状，方解石和白云石呈粒状。

石膏在岩石中存在的形式不同，其含量亦不同。含薄层状及团块状石膏的岩石，石膏含量较高，占岩石总重的11.97%～14.61%;含星、班点状石膏的岩石，石膏含量一般小于6%;岩石中所夹的薄层状石膏，石膏含量为94%。

3 含石膏岩石的溶蚀研究

为了查清石膏在汉江水和浅层基岩地下水作用下的溶滤和溶解情况，取含石膏的岩样在室内做了渗透溶滤和溶蚀试验（表1、2）。

根据试验资料可以得出以下几点认识:

（1）含石膏的岩石经基岩地下水和汉江水浸泡后，其中的石膏可发生溶蚀，特别是用###SO-24 离子含量很少的汉江水浸泡后，石膏溶蚀更强烈，水中的####SO-24 离子含量最多可增加至250倍。

（2）石膏的溶蚀与石膏在岩石中存在形式有关。层状石膏和团块状石膏的溶蚀程度较星、斑点状石膏强烈。

（3）石膏的溶蚀与岩石的透水性有关。粘土质岩石的过水通道上只有溶蚀痕，表面剥落，通道扩大，岩体轻微软化等现象;砂岩在过水通道表壁上有2mm左右溶蚀孔洞，碎屑颗粒散落，通道扩大等现象。

（4）在建筑物与基岩接触带和薄层状石膏分布区将会产生集中溶蚀。因为:①渗流集中与流速相对较大部位;②石膏富集部位。

据勘探和基坑揭露，坝址含石膏的岩层，仅局部表层0.5～2.5m厚有微弱溶蚀，这种情况，除石膏在岩石中分布不连续或小范围自成封闭的原因外，岩体透水性微弱水很难渗入岩体内部则是更主要的原因。

4 石膏溶蚀对工程的危害及对策

由于石膏在坝基中广泛分布，位于基岩上的混凝土建筑物不可能避开含石膏的地层。根据石膏试验结果分析，一旦含石膏地层与江水接触，石膏溶蚀现象明显，且电站建成后，由于水头的增加，加速了江水向含水层的渗透速度，有利石膏溶蚀，同时建基面处因混凝土与基岩接触密封不好，亦是江水渗漏的通道，可能造成接触面附近基岩中的石膏溶蚀。石膏溶蚀对工程的危害有两个方面:①岩石结构遭到破坏，使之变得松散软弱，降低地基岩体的强度;②水中硫酸离子大大增加而对混凝土具有硫酸盐腐蚀性。因此，防止透水岩体中的石膏不被溶蚀，对于建筑物的安全运行是至关重要的，同时因建基面不可能做到完全不透水，对建基面附近的混凝土需要采取抗硫酸盐腐蚀性的措施。

针对各坝段石膏分布特点对坝基采取了相应的工程处理措施，其中电站厂房、混凝土重力坝、船闸坝段坝基石膏含量小（多小于1%），基坑形成并清理后立即用抗硫酸盐水泥砂浆进行了防护，基础底部厚度0.5～0.9m的混凝土使用了抗硫酸盐水泥;泄水闸部位基岩中石膏含量相对较大，处理工程量也就较大，即在闸室的上游做了截水墙和防渗帷幕，防止江水的渗入，局部石膏密集部位采取了适当深挖处理，同样基坑底面和基础底部使用了抗硫酸盐水泥。

5 结语

石膏溶蚀问题是王甫洲水利枢纽坝基的主要工程地质问题，在施工中对电站厂房、混凝土重力坝、船闸、泄水石膏坝段坝基采用抗硫酸盐水泥，对含石膏较多的泄水闸段进行了防渗封闭处理。大坝运行已8a，目前运行正常，可见坝基针对石膏溶蚀问题采取的工程措施是成功的。

作者简介: 林仕祥，男，长江水利委员会长江岩土工程总公司，高级工程师。

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