左家灘水庫(kù)工程壩基主要地質(zhì)問題評(píng)價(jià)

趙 宇

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 概況

左家灘水庫(kù)位于山西省晉中市祁縣峪口鄉(xiāng)境內(nèi)左家灘村東側(cè)的閻家溝。左家灘大壩為堆石混凝土重力壩，壩頂長(zhǎng)180 m，壩頂高程951 m。設(shè)計(jì)正常蓄水位948.1 m，設(shè)計(jì)洪水位949.49 m，校核洪水位950.20 m，總庫(kù)容125.8萬m3。堆石混凝土重力壩方案由大壩、導(dǎo)流輸水洞和東山供水工程入庫(kù)管組成。

2 工程地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)條件

壩址位于左家灘村東約1.3 km的南溝河河谷上。該段河谷流向約N60°W，河谷底寬約55 m。左岸整體坡度約40°～50°，右岸較緩，整體坡度25°～35°，兩岸山頂高程在1 000 m以上，相對(duì)高差50～100 m，屬低中山區(qū)。兩岸主要為基巖岸坡，河谷斷面呈“U”型谷。

壩址區(qū)發(fā)育地層主要為三疊系中統(tǒng)二馬營(yíng)組二段第一巖組（T2e2-1）至第十五巖組（T2e2-15）碎屑巖和第四系松散堆積物。由老到新分述如下：

第一巖組（T2e2-1）。巖性為灰綠色厚層塊狀中粒長(zhǎng)石砂巖夾紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，長(zhǎng)石砂巖巖性較硬，砂質(zhì)泥巖巖性較軟。本組厚度大于30 m。

第二巖組（T2e2-2）。巖性為紫紅色泥巖，巖性較軟。本組厚度4.3～7.4 m。

第三巖組（T2e2-3）。巖性為灰綠色厚層塊狀中粒長(zhǎng)石砂巖，巖性較硬。本組厚度4.9～9.3 m。主要分布于壩基。

第四巖組（T2e2-4）。巖性為紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾灰綠色長(zhǎng)石砂巖，砂質(zhì)泥巖巖性較軟，長(zhǎng)石砂巖巖性較硬。本組厚度2.6～3.7 m。分布于右壩肩及壩址下游溝底。

第五巖組（T2e2-5）。巖性為灰綠色長(zhǎng)石砂巖，巖性較硬。本組厚度20.0～35.1 m。分布于壩基及河道右側(cè)溝底。

第六巖組（T2e2-6）。巖性為紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，巖性較軟。本組厚度1.1～2.6 m。分布于壩基及左側(cè)岸坡下部。

第七巖組（T2e2-7）。巖性為灰綠色長(zhǎng)石砂巖，巖性較硬。本組厚度7.8～9.3 m。分布于左側(cè)岸坡下部及右側(cè)溝底。

第八巖組（T2e2-8）。巖性為紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，巖性較軟，本組厚度2.8～3.7 m。分布于左側(cè)岸坡中部及右側(cè)岸坡下部。

第九巖組（T2e2-9）。巖性為灰綠色厚層塊狀中粒長(zhǎng)石砂巖，巖性較硬。本組厚度4.2～5.5 m。分布于左側(cè)岸坡中部及右側(cè)岸坡下部。

第十巖組（T2e2-10）。巖性為紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，巖性較軟。本組厚度2.3～3.3 m。分布于左側(cè)岸坡中部及右側(cè)岸坡下部。

第十一巖組（T2e2-11）。巖性為灰綠色厚層塊狀中粒長(zhǎng)石砂巖，巖性較硬。本組厚度7.4～9.2 m。

第十二巖組（T2e2-12）。巖性為紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖互層，巖性較軟。本組厚度7.0～15.0 m。分布于左側(cè)岸坡上部及右側(cè)岸坡中部。

第十三巖組（T2e2-13）。巖性為灰綠色厚層塊狀中粒長(zhǎng)石砂巖，巖性較硬。本組厚度7.4～9.2 m。分布于右側(cè)岸坡中上部。

第十四巖組（T2e2-14）。巖性為紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，巖性較軟。本組厚度1.2～2.0 m。分布于右側(cè)岸坡中上部。

第十五巖組（T2e2-15）。巖性為灰綠色厚層塊狀中粒長(zhǎng)石砂巖夾紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，長(zhǎng)石砂巖巖性較硬，砂質(zhì)泥巖巖性較軟。本組厚度大于50 m。分布于右側(cè)岸坡上部。

第四系中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）。巖性為淺紅、棕紅色低液限粘土，土質(zhì)較硬，稍濕，中下部富含鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑2～5 cm，局部呈膠結(jié)狀，含白色菌絲，下部為卵石混合土，中密～密實(shí)，卵礫石呈次圓狀，分選性較差，成分以砂巖為主。該層厚5～15 m，在壩址兩岸岸坡中上部。

上更新統(tǒng)坡洪積（Q3dpl）。巖性為淡黃、棕黃色低液限粉土、低液限粘土夾碎塊石，結(jié)構(gòu)較松散。厚度0～5m。分布于左壩肩中上部。

全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）。巖性為淡黃色、灰紫色低液限粉土、低液限粘土、級(jí)配不良砂、卵石混合土。分布于河床、河漫灘及Ⅰ級(jí)階地，厚度0～5 m。

人工堆積（Qs）。巖性主要為碎塊及碎石混合土等，主要為公路路基和公路開挖堆渣等。厚0～3 m。

2.2 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

2.2.1 建基面選擇

壩址主河槽處為全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）卵石混合土，夾級(jí)配不良砂和低液限粘土透鏡體。厚1.0～5.0 m。其結(jié)構(gòu)松散，局部有架空現(xiàn)象，分選較差。礫卵石成分主要為砂巖，多呈板狀、片狀，細(xì)粒主要為細(xì)砂及低液限粉土。壩基地層巖性為三疊系中統(tǒng)二馬營(yíng)組二段第三巖組（T2e2-3）、第四巖組（T2e2-4）、第五巖組（T2e2-5）。其中第三巖組（T2e2-3）巖性為灰綠色厚層塊狀中粒長(zhǎng)石砂巖，巖性較硬，厚度4.9～9.3 m。第四巖組（T2e2-4）巖性為紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾灰綠色長(zhǎng)石砂巖，砂質(zhì)泥巖巖性較軟，長(zhǎng)石砂巖巖性較硬，厚度2.6～3.7 m。第五巖組（T2e2-5）巖性為灰綠色長(zhǎng)石砂巖，巖性較硬，厚度20.0～35.1 m。其下為第二巖組（T2e2-2）泥巖、砂質(zhì)泥巖。

擬建壩基在二馬營(yíng)組二段第一巖組（T2e2-1）、第三巖組（T2e2-3）和第五巖組（T2e2-5）的砂巖層上。根據(jù)鉆孔資料，壩基下未曾發(fā)現(xiàn)有軟弱夾層，壩基穩(wěn)定性好。建議清除強(qiáng)風(fēng)化基巖及弱風(fēng)化帶上部巖體，將壩基置于弱風(fēng)化基巖的中部或中下部。因壩基巖體中發(fā)育節(jié)理裂隙，應(yīng)對(duì)壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

綜合分析，擬建壩基持力層為二馬營(yíng)組二段第一巖組（T2e2-1）、第三巖組（T2e2-3）和第五巖組（T2e2-5）灰綠色厚層塊狀中粒長(zhǎng)石砂巖，性較堅(jiān)硬，巖體基本質(zhì)量級(jí)別為Ⅳ級(jí)，工程地質(zhì)特性較好，能夠滿足壩基要求，地基承載力地質(zhì)建議值為2～3 MPa，巖石飽和凝聚力（C）為5.67 MPa、內(nèi)摩擦角（φ）為41.1°；持力層為二馬營(yíng)組二段第三巖組（T2e2-2）紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，巖性較軟，巖體基本質(zhì)量級(jí)別為Ⅴ級(jí)，工程地質(zhì)特性較差，基本能滿足壩基要求，巖體承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1～1.5 MPa，巖石飽和凝聚力（C）為1.68 MPa、內(nèi)摩擦角（φ）為40.8°。參照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄E，建議大壩混凝土與長(zhǎng)石砂巖接觸面抗剪斷參數(shù)：摩擦系數(shù)f′=0.7～0.8，凝聚力c′=0.3～0.5 MPa，抗剪系數(shù)f=0.4～0.5，巖體變形模量E=2～3 GPa；大壩混凝土與砂質(zhì)泥巖接觸面抗剪斷參數(shù)：摩擦系數(shù)f′=0.4～0.5，凝聚力c′=0.10～0.15 MPa，抗剪系數(shù)f=0.3～0.35，巖體變形模量E=0.2～0.5 GPa。

主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，將泥巖層抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)：摩擦系數(shù)f＇=0.38、凝聚力c＇=0.02 MPa，抗剪參數(shù)f=0.35。

建議有條件盡量將基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化基巖中，建議基底座于長(zhǎng)石砂巖層上，若發(fā)現(xiàn)薄層砂質(zhì)泥巖或軟弱夾層時(shí)，宜清除。

2.2.2 壩基滲漏及滲透穩(wěn)定

壩址主河槽處為全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）卵石混合土，夾級(jí)配不良砂和低液限粘土透鏡體，厚1.0～5.0 m。其結(jié)構(gòu)松散，局部有架空現(xiàn)象，分選較差。礫卵石成分主要為砂巖，多呈板狀、片狀，細(xì)粒主要為細(xì)砂及低液限粉土。該層分選較差，為強(qiáng)透水層，水庫(kù)蓄水后將通過該層產(chǎn)生滲漏，構(gòu)成壩基滲漏通道。在壩上下游水位產(chǎn)生的滲壓作用下該層存在滲透穩(wěn)定問題。根據(jù)壩基卵石混合土的顆粒組成，其累計(jì)顆分曲線為瀑布型，為缺少中間粒徑的不連續(xù)土。綜合分析，判定該卵石混合土可產(chǎn)生管涌型滲透變形。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄G，其不均勻系數(shù)Cu=18.8～155.5，允許水力比降取經(jīng)驗(yàn)值J允許=0.12。卵石混合土存在滲透穩(wěn)定問題。建議對(duì)壩基覆蓋層進(jìn)行防滲，采取粘土截水槽或防滲墻。

下伏基巖受谷底卸荷影響，巖體中發(fā)育陡傾角裂隙有不同程度的張開，具一定滲透性。河床段巖體透水率在2.98～25.03 Lu，平均值7.38 Lu，大值平均值10.78 Lu。巖體滲透性屬弱～中等透水性。其下部第二巖組及第四巖組砂質(zhì)泥巖、泥巖，可視為相對(duì)隔水層。

需清除覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化基巖層，將壩基置于弱風(fēng)化基巖層中，由于表層覆蓋層全部均已清除，故未考慮覆蓋層的滲漏量，重力壩壩基滲漏層主要為基巖巖層層面和節(jié)理裂隙。滲透系數(shù)取鉆孔壓水試驗(yàn)滲透系數(shù)平均值k=0.10 m/d，壩基寬度（2b）取75 m，滲透層平均厚度（T）取平均值30 m。將各參數(shù)代入公式估算壩基滲漏量。

Q=B·k·T·H/（2b+T）

式中：Q——壩基滲漏量，m3/d；

k——滲透系數(shù)，m/d；

H——壩前正常蓄水深，m，取值35 m；

2b——壩基寬，m，取值75 m；

T——滲透層平均厚度，m，壩基基巖取值25 m；

B——滲透層平均寬度，m，壩基基巖取值175m。

經(jīng)估算，在正常蓄水位948.1 m條件時(shí)，估算壩基滲漏量為175 m3/d，建議對(duì)壩基進(jìn)行防滲，并對(duì)壩基巖體進(jìn)行帷幕灌漿，帷幕灌漿深度進(jìn)入下部砂質(zhì)泥巖、泥巖層2～3 m。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，擬建壩基持力層為灰綠色厚層塊狀中粒長(zhǎng)石砂巖、紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，其中長(zhǎng)石砂巖巖性較堅(jiān)硬，工程地質(zhì)特性較好，能夠滿足壩基要求，紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖巖性較軟，工程地質(zhì)特性較差，基本能滿足壩基要求。建議有條件盡量將基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化基巖中，將基底座于長(zhǎng)石砂巖層上，若發(fā)現(xiàn)薄層砂質(zhì)泥巖或軟弱夾層時(shí)，宜清除。建議對(duì)壩基進(jìn)行防滲，并對(duì)壩基巖體進(jìn)行帷幕灌漿。