板澗河水庫壩址工程地質(zhì)評價及壩型比選

劉軍偉

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 概況

板澗河水庫工程位于垣曲縣西部黃河的一級支流板澗河中游，本段河谷呈“S”型，流向由S65°E轉(zhuǎn)向N80°E。谷底高程454～460 m，兩岸高程多在790～1 050 m。河谷底寬 10～120 m，河谷斷面呈“V”型，為剝蝕構(gòu)造低山區(qū)。壩址區(qū)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，安山巖噴發(fā)層流及間歇面產(chǎn)狀 N33°～65°E/SE∠34°～46°，巖層傾向右岸偏下游。巖體中主要發(fā)育3組節(jié)理裂隙：①N40°～65°E/SE 或 NW∠46°～87°；②N15°～26°E/NW或 SE∠64°～80°；③N0°～14°W/SW∠53°～79°；第①組為張節(jié)理，第②，③組為剪節(jié)理。第①組裂隙主要受巖體中原生噴發(fā)間歇面、流層面和構(gòu)造應(yīng)力控制，延伸長度一般為6～13 m。壩址位于河谷由寬變窄段，谷底寬度20～65 m；壩軸線下游河谷突然變窄，谷底寬度5～20 m。壩址谷底基巖大多裸露，壩基建基面為馬家河組第一巖組安山巖。

2 工程地質(zhì)評價

2.1 壩基工程地質(zhì)特性

壩基安山巖似層狀分布，層面為噴發(fā)層流及間歇面，單層厚度2～30 m，一般厚度10～20 m。巖體中原生節(jié)理和構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育，受節(jié)理裂隙相互切割作用，巖體呈碎裂塊狀構(gòu)造。在層面間夾有泥巖、砂質(zhì)頁巖，呈薄層狀分布，部分層間存在軟弱層或泥化夾層，使兩岸突顯似層狀分布。壩基安山巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度1～4 m，弱風(fēng)化層厚度6～17 m，局部弱風(fēng)化層較厚，在上游壩坡處ZK11-3號鉆孔揭露厚度23.8 m，壩基安山巖不同層位存在風(fēng)化差異性。不整合接觸帶處安山巖存在古風(fēng)化帶，古強(qiáng)風(fēng)化層厚度3～5 m，局部較厚，在左岸ZK12-13號鉆孔揭露層厚度9.3 m；古弱風(fēng)化層厚度15～18 m。在右岸坡下部及后壩坡腳存在泥化夾層，產(chǎn)狀與安山巖噴發(fā)層面產(chǎn)狀一致，厚度0.1～0.2 m，以泥夾碎屑型為主。后壩坡壩基石英砂巖層厚度0～40m，強(qiáng)風(fēng)化層厚0～1m，弱風(fēng)化層厚6～8m。其下礫巖呈凸鏡狀分布，呈弱風(fēng)化狀態(tài)。

總體來看，壩基安山巖巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD值較低，分析在安山巖形成巖體過程中產(chǎn)生的冷縮原生節(jié)理很發(fā)育，致使產(chǎn)生大量不規(guī)則節(jié)理。在構(gòu)造節(jié)理裂隙、原生節(jié)理和噴發(fā)間歇面及層流面共同作用下，破壞了巖體的完整性。從壩址鉆孔巖芯來看，巖芯長度一般在10～30 cm，最長51 cm，表明壩址安山巖巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性差。

2.2 壩肩

左、右兩壩肩岸坡較陡，岸坡中上部近直立。左壩肩坡頂高程570～585m，右壩肩坡頂高程在720m以上。出露地層巖性：兩壩肩下部為馬家河組第一巖組安山巖，其上為云夢山組第二巖組石英砂巖，石英砂巖層間存在大型斜層理，斜層理產(chǎn)狀與其上部石英砂巖巖層產(chǎn)狀一致，為 N20°～43°W/SE∠24°～37°，斜層理以下巖層產(chǎn)狀為 N17°～67°W/SE∠17°～23°。左壩肩巖層傾向下游偏右岸，右壩肩巖層傾向下游偏山里。石英砂巖與其下安山巖不整合結(jié)構(gòu)面傾向下游，巖層向河谷下游傾斜分布。不整合接觸帶處安山巖存在古風(fēng)化殼，古強(qiáng)風(fēng)化層厚度4.1～9.3 m，古弱風(fēng)化帶厚度18 m。

兩壩肩岸坡處石英砂巖層風(fēng)化卸荷作用強(qiáng)烈，存在風(fēng)化卸荷裂隙帶，探硐揭露卸荷帶水平寬度19 m，順河向裂隙延伸較長。在近順河向及近垂直河向兩組裂隙的相互切割作用下易產(chǎn)生崩塌掉塊。另外，在不整合接觸帶處由于風(fēng)化剝蝕作用，上部石英砂巖層陡坎下形成了沿接觸帶的寬大縫隙甚至為空洞，縫隙一般張開高度0.5～1.0 m，深度1.0～1.5 m。這一現(xiàn)象在壩址兩岸普遍存在，說明不整合接觸帶處安山巖巖性相對軟弱，抗風(fēng)化能力較弱。

3 壩型比選

設(shè)計初擬選擇拱壩、混凝土重力壩及面板堆石壩三種壩型進(jìn)行比較。不同壩型對地基的要求及存在的主要工程地質(zhì)問題有一定差異。

拱壩壩型對兩壩肩地基要求較高，壩址區(qū)兩岸上部為中厚層狀石英砂巖，巖性堅硬，下部為安山巖，巖體碎裂。石英砂巖層間存在大型斜層理結(jié)構(gòu)面，斜層理及巖層均傾向下游。另外，兩岸存在卸荷裂隙帶，主卸荷裂隙走向近平行河谷，傾角69°～78°，延伸較遠(yuǎn)。此外，兩岸石英砂巖與安山巖不整合結(jié)構(gòu)面傾向下游，接觸帶處安山巖存在古風(fēng)化殼。以上結(jié)構(gòu)面及安山巖古強(qiáng)風(fēng)化層的存在對拱壩拱座穩(wěn)定不利。河床覆蓋層較薄，大部分基巖裸露。從地基條件看，適宜建當(dāng)?shù)夭牧蠅?。混凝土重力壩型對地基的要求較高，壩址區(qū)、覆蓋層和基巖強(qiáng)風(fēng)化層較薄，壩軸線處弱風(fēng)化層下限埋深16 m，局部達(dá)23.8 m，壩基安山巖原生節(jié)理發(fā)育，呈碎裂塊狀構(gòu)造，巖體質(zhì)量差。在后壩坡腳處壩基存在不整合結(jié)構(gòu)面，接觸帶處分布安山巖古風(fēng)化殼。該工程設(shè)計大壩為高壩，按照規(guī)范要求應(yīng)將壩基置于弱風(fēng)化層中部至微風(fēng)化層?；炷林亓魏髩纹履_為應(yīng)力相對集中段，需要開挖至深度36.2 m以下弱風(fēng)化安山巖層。兩岸石英砂巖岸坡存在風(fēng)化卸荷帶，需要清除風(fēng)化卸荷帶，壩基和兩岸開挖工程量較大。面板堆石壩型對地基要求較低，壩基開挖工程量較小。

混凝土重力壩型在開挖后存在開挖邊坡穩(wěn)定問題。由于兩岸需清除風(fēng)化卸荷帶，開挖后將形成高邊坡，特別是右岸邊坡，開挖邊坡的穩(wěn)定問題較為突出。而且壩基安山巖存在間歇面，其傾向下游偏右岸，間歇面上下巖性相對較軟弱，部分存在軟弱層或泥化夾層。且在壩軸線下游不整合接觸帶處存在古風(fēng)化層，巖體破碎，將對壩基穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。

面板堆石壩和混凝土重力壩型均存在基巖滲漏、繞壩滲漏、兩岸接觸帶帶滲透穩(wěn)定問題。滲漏及滲漏穩(wěn)定問題均可通帷幕灌漿防滲加以處理，但由于面板堆石壩型兩岸開挖厚度較薄，其邊坡穩(wěn)定問題較重力壩型相對不突出。本段“S”型河谷也有利于面板壩型溢洪道和泄洪洞的布置。

從壩型所需天然建筑材料方面考慮，面板壩型堆石料可在壩址上游約0.6 km庫區(qū)內(nèi)開采。由于板澗河河谷砂卵石層較薄，缺乏天然混凝土細(xì)、粗骨料，骨料運(yùn)距相對較遠(yuǎn)，細(xì)骨料運(yùn)距約20 km。若采用混凝土碾壓重力壩，本區(qū)沒有較大的火電廠，粉煤灰料缺乏。從所需天然建材方面考慮，面板堆石壩壩型占優(yōu)勢。

4 結(jié)語

綜上分析比較，混凝土重力壩和面板堆石壩兩種壩型均可選擇。但由于重力壩型壩基及壩肩開挖量大，由此帶來的開挖高邊坡和深基坑等工程地質(zhì)問題較突出，且近壩區(qū)粗、細(xì)骨料缺乏。而面板堆石壩型在近壩庫區(qū)堆石料較豐富、運(yùn)距近且可增加庫容。故從地質(zhì)角度建議采用面板堆石壩壩型。