某水庫(kù)壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析與壩址比選

陳 凱

（廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 概述

某擬建水庫(kù)是一座以農(nóng)村人飲供水為主、結(jié)合灌溉等綜合利用的水利工程，主要由擋水壩、溢流壩、放水設(shè)施、人飲供水管道等組成。設(shè)計(jì)總庫(kù)容64.2 萬(wàn)m3，有效庫(kù)容32.0 萬(wàn)m3。最大壩高37.5 m，為小（2）型水庫(kù)，屬Ⅴ等工程。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

工程區(qū)處于廣西“山”字型構(gòu)造前弧西翼西側(cè)，南華準(zhǔn)地臺(tái)西北部，右江海槽都陽(yáng)山隆起帶與桂西拗陷西林—百色斷褶帶的交匯處。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，華力西期及燕山—印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)區(qū)構(gòu)造體系形成起控制作用。出露的地層以三疊系為主，少部分區(qū)域?yàn)槭肯?、二疊系、第四系。

該區(qū)域構(gòu)造體系以北西向構(gòu)造為主，其次為“S”型構(gòu)造、弧形構(gòu)造。北西向構(gòu)造主要構(gòu)造線方向約310°，以線狀或?qū)掗煹鸟薨櫦皦号ば詳嗔褳橹?，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。工程區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，反應(yīng)譜特征周期0.35 s，地震基本烈度為Ⅶ度。

3 庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件概述

庫(kù)區(qū)地形主要為中低山區(qū)，地貌為構(gòu)造剝蝕、侵蝕中低山地貌，兩岸為雄厚的山體，周圍山頂高程為585～970 m，岸坡以巖質(zhì)和巖土質(zhì)邊坡為主，植被發(fā)育，岸坡基本穩(wěn)定。庫(kù)區(qū)岸坡覆蓋層主要為第四系殘坡積紅褐色～黃褐色含碎石粉質(zhì)粘土、碎石土；河床部位覆蓋層為河流沖積含泥砂卵礫石及漂卵礫石層，局部河漫灘上部覆蓋層為粉質(zhì)粘土。下伏基巖為三疊系中厚～厚層狀粉細(xì)砂巖夾薄層狀粉砂質(zhì)泥巖，兩側(cè)岸坡與河床局部基巖出露。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料與地質(zhì)測(cè)繪情況，庫(kù)區(qū)未見大的區(qū)域性斷層和褶皺，產(chǎn)狀整體較穩(wěn)定，局部扭曲，為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀整體呈北東走向，傾向北西，傾角以32°～48°為主。

庫(kù)區(qū)兩側(cè)群山環(huán)抱，山體雄厚，分水嶺寬厚，地層為三疊系砂泥巖，巖土體隔水性能良好，無(wú)向鄰谷滲漏的條件，庫(kù)盆地形封閉，成庫(kù)條件較好。庫(kù)區(qū)河谷為峽谷，正常蓄水位線附近無(wú)農(nóng)田和居民建筑，不存在浸沒問題[1]。工程區(qū)屬于構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較穩(wěn)定地區(qū)，地震活動(dòng)較弱，區(qū)域性斷層不發(fā)育，庫(kù)區(qū)不具備誘發(fā)較強(qiáng)地震的地質(zhì)構(gòu)造背景。

4 各壩址工程地質(zhì)條件及比較

壩址區(qū)地形主要為中低山區(qū)，地貌為構(gòu)造剝蝕、侵蝕中低山地貌，河流曲折蜿蜒向北西方向流，走向大致為324°，在河溝上下游分別選定上、下壩址進(jìn)行勘察和比較，上、下壩址沿河溝相距約500 m。

4.1 上壩址工程地質(zhì)條件

（1）地形地貌。上壩址河段流向大致為N15°E，河流較順直，河谷呈寬底“V”字型，谷底寬6～45 m，河谷狹窄段，寬6～18 m，水深0.2～1 m。兩岸山體不對(duì)稱，左岸較陡，右岸稍緩，左岸山梁稍單薄，壩址段山坡較陡，一般為50°～60°，局部為陡崖；右岸山體雄厚，山坡坡度較緩，為27°～35°。壩址區(qū)沖溝不甚發(fā)育。

（2）地層巖性。上壩址出露的主要地層為三疊系（T）及第四系（Q）。三疊系地層以中厚～厚層狀砂巖夾薄層狀粉砂質(zhì)泥巖為主，巖層產(chǎn)狀為N5°～15°E，NW∠35°～45°，走向與河流方向大致平行，傾向河流左岸，層理發(fā)育。壩基河床覆蓋層為含泥砂卵礫石、漂卵礫石，層厚一般為0～2 m，結(jié)構(gòu)松散，局部基巖出露。兩岸山坡覆蓋層為含碎石粉質(zhì)粘土，可塑～硬塑狀態(tài)，層厚一般2～8 m。

（3）地質(zhì)構(gòu)造。壩址區(qū)為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀為N5°～15°E，NW∠35°～45°。根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪，上壩址主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙：①N86°～89°W，NE∠81°～89°；②N6°～10°W，NE∠55°～80°。其中第①組最為發(fā)育，兩組節(jié)理呈“X”型，節(jié)理面以微張為主，較起伏粗糙，充填巖屑或無(wú)充填，延伸長(zhǎng)度一般小于5 m。主要發(fā)育陡傾角節(jié)理，為巖體卸荷松動(dòng)所產(chǎn)生的卸荷裂隙。

（4）水文地質(zhì)條件。上壩址區(qū)地下水類型為孔隙水和裂隙水，接受大氣降水和上層孔隙水的補(bǔ)給，向溝谷排泄。右岸山體雄厚，分水嶺水位遠(yuǎn)高于正常蓄水位；左岸山梁較單薄，根據(jù)鉆孔觀察，分水嶺水位高于正常蓄水位約20 m。根據(jù)水質(zhì)分析，其庫(kù)水和地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。上壩址共完成6個(gè)鉆孔，進(jìn)行鉆孔注水、壓水試驗(yàn)，結(jié)果顯示：河床含泥砂卵礫石結(jié)構(gòu)松散，屬?gòu)?qiáng)透水層，兩岸山坡含碎石粉質(zhì)粘土的滲透系數(shù)為4.55×10-5cm/s，屬弱透水層；強(qiáng)、弱風(fēng)化巖體為中等透水性，微風(fēng)化巖體以弱～微透水性為主。整體來(lái)看巖體透水性隨深度增加而減弱。壩址巖體相對(duì)隔水層下限（q=5 Lu 線）埋深是：左岸一般為20～30 m，局部為50～60 m，河床一般為16～25 m，右岸為26～45 m。

（5）物理地質(zhì)現(xiàn)象。根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪以及鉆孔揭露情況綜合考慮，壩址區(qū)巖體風(fēng)化主要受地形、地層巖性的控制。左岸巖體強(qiáng)風(fēng)化下限埋深為4～9.5 m，弱風(fēng)化下限埋深為6～21 m，河床段覆蓋層下部強(qiáng)風(fēng)化層較薄或缺失，弱風(fēng)化下限埋深為3～17 m，右岸巖體強(qiáng)風(fēng)化下限埋深為5～29 m，弱風(fēng)化下限埋深為7～35 m。

（6）主要工程地質(zhì)問題。上壩址右岸覆蓋層較厚，且為順向坡，邊坡坡度與巖層傾角大致相同，開挖邊坡較高，工程開挖量較大，構(gòu)造上存在邊坡穩(wěn)定性問題；右壩肩發(fā)育有軟弱結(jié)構(gòu)面，延伸較長(zhǎng)至壩基底部，發(fā)育較深，對(duì)壩基存在潛在抗滑穩(wěn)定性問題；壩址左岸山梁較單薄，存在繞壩滲漏問題，壩址右岸巖體風(fēng)化較深，滲透性強(qiáng)，下游側(cè)發(fā)育一條小沖溝，存在繞壩滲漏問題。

4.2 下壩址工程地質(zhì)條件

（1）地形地貌。下壩址河段非常彎曲，河流整體流向大致由南向北，河谷呈寬底“V”字型，河床寬8～20 m，水深0.2～1 m。兩岸山體不對(duì)稱，山體坡度整體大致相等，呈30°～40°，局部較陡。左岸山體整體較雄厚，壩軸線處為一向東凸出的單薄山脊，山脊南側(cè)臨河面為陡崖，右岸山體較雄厚。壩前約200 m左岸發(fā)育一條較大沖溝，總體走向近南北向，溝底寬1～4 m，為“V”字型溝谷，植被發(fā)育，常年流水。

（2）地層巖性。下壩址出露的主要地層為三疊系（T）及第四系（Q）。三疊系地層以中厚層狀砂巖與薄層狀粉砂質(zhì)泥巖互層為主，夾兩層薄層狀砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層，巖層產(chǎn)狀為N5°～15°E，NW∠35°～45°，走向與河流方向大致平行，傾向河流左岸偏下游，層理發(fā)育。壩基河床覆蓋層為含泥砂卵礫石、漂卵礫石，層厚一般為0～2 m，結(jié)構(gòu)松散，局部基巖出露。兩岸山坡覆蓋層為含碎石粉質(zhì)粘土，可塑～硬塑狀態(tài)，層厚一般0～5 m。

（3）地質(zhì)構(gòu)造。壩址區(qū)為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀同上壩址。主要發(fā)育三組節(jié)理裂隙：①N72°～76°E，SE∠72°～90°；②N24°～27°E，SE∠36°～65°；③N5°～10°E，SE∠65°～71°。其中第①組最為發(fā)育，節(jié)理面多微張，平直粗糙，充填巖屑或無(wú)充填，延伸長(zhǎng)度一般小于5 m。主要為陡傾角卸荷裂隙。

（4）水文地質(zhì)。上下壩址相距僅500 余米，根據(jù)水質(zhì)分析，地下水類型及化學(xué)類型均相同。下壩址兩岸山體雄厚，分水嶺水位遠(yuǎn)高于正常蓄水位，但左岸凸出山脊較單薄。

下壩址共完成7個(gè)鉆孔，進(jìn)行鉆孔注水、壓水試驗(yàn)，結(jié)果顯示：覆蓋層透水性均同上壩址，強(qiáng)風(fēng)化巖體為中等透水層，弱風(fēng)化巖體為中等～弱透水層，微風(fēng)化巖體以弱～微透水性為主。壩址巖體相對(duì)隔水層下限（q=5 Lu 線）埋深是：左岸為20～50 m，河床一般為11～27 m，右岸為10～14 m。

（5）物理地質(zhì)現(xiàn)象。左岸巖體強(qiáng)風(fēng)化下限埋深為5～13 m，弱風(fēng)化下限埋深為10～31 m；河床段覆蓋層下部強(qiáng)風(fēng)化層很薄或缺失，弱風(fēng)化下限埋深為4～7 m；右岸巖體強(qiáng)風(fēng)化下限埋深為2～6 m，弱風(fēng)化下限埋深為4.5～9 m。

（6）主要工程地質(zhì)問題。下壩址地層中夾有兩層薄層狀砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層，該層巖體強(qiáng)度低；右岸為順向坡，邊坡坡度與巖層傾角大致相同，壩肩開挖時(shí)，構(gòu)造上存在邊坡穩(wěn)定性問題；右壩肩發(fā)育有軟弱結(jié)構(gòu)面，發(fā)育位置較淺，延伸較長(zhǎng)至河床壩基部位，壩址存在抗滑穩(wěn)定性問題；壩址左岸為一凸出山脊，存在順層滲漏問題。

4.3 壩址比較

（1）上壩址河道較順直，兩岸地形條件較好，具備修建粘土心墻土石壩與混凝土重力壩的條件，各建筑物布置地形條件均較好；下壩址河道彎曲，地形復(fù)雜，具備修建粘土心墻土石壩的條件。地形條件方面上壩址較優(yōu)。

（2）上壩址基巖巖性以中厚～厚層狀砂巖夾薄層狀粉砂質(zhì)泥巖為主；下壩址以中厚層狀砂巖與薄層狀粉砂質(zhì)泥巖互層為主，夾兩層薄層狀砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層。上壩址巖石強(qiáng)度優(yōu)于下壩址。

（3）兩個(gè)壩址斷裂、褶皺構(gòu)造均不發(fā)育，主要發(fā)育的結(jié)構(gòu)面為巖石層面和一些節(jié)理裂隙。地質(zhì)構(gòu)造方面兩壩址相當(dāng)。

（4）上壩址相對(duì)隔水層埋深較下壩址略深，上壩址右岸風(fēng)化較深，存在順層滲漏問題；下壩址左岸存在滲漏問題，需進(jìn)行灌漿處理。該方面下壩址略優(yōu)。

（5）上壩址右岸風(fēng)化較深，消力池下部存在風(fēng)化凹槽，需做特殊處理；下壩址左岸風(fēng)化較深。兩壩址均無(wú)大規(guī)模的滑坡、崩塌體。該方面兩壩址相當(dāng)。

上、下壩址比較表見表1。

比較方面優(yōu)劣地形地貌上壩址河流較順直，為“V”河谷，左岸稍單薄，坡度一般為50°～60°，右岸雄厚，坡度27°～35°，階地不發(fā)育，沖溝不發(fā)育上壩址優(yōu)地層巖性兩岸覆蓋層厚2～8 m，河谷覆蓋層0～2 m，巖層以中厚～厚層狀砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖為主上壩址優(yōu)地質(zhì)構(gòu)造相當(dāng)水文地質(zhì)下壩址略優(yōu)物理地質(zhì)無(wú)大的構(gòu)造發(fā)育，陡傾角節(jié)理發(fā)育5Lu線埋深：左岸一般20～30 m，局部50～60 m；河床16～25 m；右岸26～45 m。右岸巖體風(fēng)化較深，存在順層滲漏問題強(qiáng)風(fēng)化下限左岸4～9.5 m，河床段為1.5～3.4 m，右岸5～29 m，弱風(fēng)化巖體下限左岸6～21 m，河床段差異大，一般為3～4 m，右岸7～35 m。下壩址河流非常彎曲，為“V”型河谷，左岸為凸出單薄山脊，兩岸山體坡度整體呈30°～40°，右岸較雄厚，階地不發(fā)育，沖溝不發(fā)育兩岸覆蓋層厚0～5 m，河谷覆蓋層0～2 m，巖層以中厚層砂巖與薄層粉砂質(zhì)泥巖互層為主、夾薄層砂泥巖互層無(wú)大的構(gòu)造發(fā)育，陡傾角節(jié)理發(fā)育5 Lu線埋深：左岸20～50 m；河床11～27 m；右岸10～14 m。左岸山脊單薄，存在順層滲漏問題強(qiáng)風(fēng)化巖體下限左岸5～13 m，河床段為1～4 m，右岸2～6 m，弱風(fēng)化巖體下限左岸10～31 m，河床段為4～7 m，右岸4.5～9 m。相當(dāng)主要工程地質(zhì)問題（1）右岸覆蓋層較厚，開挖量大；（2）右壩肩發(fā)育有軟弱結(jié)構(gòu)面，存在潛在抗滑穩(wěn)定性問題；（3）右岸巖體風(fēng)化較深，下游發(fā)育小沖溝，存在繞壩滲漏問題；（4）壩址右岸為順向坡，風(fēng)化較深，構(gòu)造上存在邊坡穩(wěn)定性問題。（1）巖體夾有兩層薄層狀砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層，巖體承載力及抗剪強(qiáng)度低；（2）右壩肩發(fā)育有軟弱結(jié)構(gòu)面，存在抗滑穩(wěn)定性問題；（3）左岸為一凸出山脊，存在順層滲漏問題；（4）壩址右岸為順向坡，構(gòu)造上存在邊坡穩(wěn)定性問題。相當(dāng)

5 結(jié)論

根據(jù)上、下壩址地質(zhì)條件的分析，兩個(gè)壩址各有優(yōu)缺點(diǎn)。上壩址的主要優(yōu)點(diǎn)是河流較順直、地層以砂巖為主，巖體強(qiáng)度高；缺點(diǎn)是右岸存在繞壩滲漏問題、覆蓋層厚、巖體風(fēng)化深、地下水位埋深大、巖體透水性較強(qiáng)、為順向坡、施工開挖量較大、發(fā)育有軟弱結(jié)構(gòu)面，存在潛在抗滑穩(wěn)定性問題。下壩址優(yōu)點(diǎn)是覆蓋層較薄、巖體風(fēng)化弱、地下水位埋深相對(duì)淺、巖體透水性較弱；缺點(diǎn)是河流彎曲、存在繞壩滲漏問題、右岸為順向坡、施工開挖量較大、發(fā)育有軟弱結(jié)構(gòu)面，存在抗滑穩(wěn)定性問題。

總體來(lái)說(shuō)，上、下壩址均具備建造30～40 m大壩的地質(zhì)條件，但從地形條件和巖體強(qiáng)度方面來(lái)比較，上壩址略優(yōu)于下壩址，其余方面基本相當(dāng)，地質(zhì)推薦上壩址。建議設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)性、合理性等多方面綜合比較，選取合適的壩址及壩型[2]。