黃家溝水庫(kù)壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析與壩型優(yōu)選

楊勇建

（貴州眾誠(chéng)天河水利工程有限公司，貴州 貴安 550003）

0 引言

黃家溝水庫(kù)位于貴州省畢節(jié)市赫章縣財(cái)神鎮(zhèn)，該工程的主要任務(wù)是向財(cái)神鎮(zhèn)供水，城鎮(zhèn)年需水量66.3萬(wàn)m3，水庫(kù)年供水總量67.2萬(wàn)m3。壩址距赫章縣22.0 km，距畢節(jié)市102.7 km，距貴陽(yáng)市277.5 km，工程區(qū)道路交通條件較好。在黃家溝水庫(kù)地質(zhì)勘察中，根據(jù)《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（SL 55—2005）、《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487—2008）等規(guī)范要求，結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)任務(wù)及工程規(guī)模，通過(guò)地質(zhì)勘察，對(duì)庫(kù)區(qū)、壩址區(qū)的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)等關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行全面分析論證［1-3］，為選定壩址、壩型、工程樞紐布置及建筑結(jié)構(gòu)體型優(yōu)化提供翔實(shí)的地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)資料，確保工程設(shè)計(jì)方案具有較高技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。

1 區(qū)域地形地貌

勘察區(qū)域處于云貴高原中部，烏蒙山脈北段，總體地勢(shì)西高東低，以巖溶、侵蝕地貌為主。區(qū)內(nèi)高程大多在1 690～2 401 m，最高點(diǎn)位于赫章縣財(cái)神鎮(zhèn)東北部的海塊梁子，海拔高程2 401 m，最低點(diǎn)位于南部魚(yú)塘—大海子附近，海拔高程1 690 m，地形起伏最大高差為711 m，其山峰連綿，形成山巒起伏的中山及低中山。區(qū)內(nèi)河流蜿蜒曲折，以財(cái)神河為主干流，向下游匯聚于烏江內(nèi)，溝谷密集，呈樹(shù)枝狀展布，總體流向由北向南，河谷深切，財(cái)神河為最低排泄基準(zhǔn)面。在崇山峻嶺間偶有面積不大的山間槽谷和溶蝕洼地盆地，以及分布著切割達(dá)20～250 m 的深邃V 形谷。測(cè)區(qū)所屬大地構(gòu)造單元為羌塘—揚(yáng)子—華南陸塊（一級(jí)構(gòu)造單元）、揚(yáng)子陸塊（二級(jí)構(gòu)造單元）、黔北隆起區(qū)（三級(jí)構(gòu)造單元）、遵義臺(tái)地區(qū)（四級(jí)構(gòu)造單元）、畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)（五級(jí)構(gòu)造單元），測(cè)區(qū)位于畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)西部。

2 水庫(kù)上下壩址區(qū)工程地質(zhì)條件對(duì)比分析

根據(jù)趙武溝息馬臺(tái)斷面至趙武溝匯入余家溝河段地形地質(zhì)條件，結(jié)合水庫(kù)大壩建設(shè)規(guī)模等要求，優(yōu)選河谷相對(duì)狹窄、對(duì)稱(chēng)性相對(duì)較好的上、下兩個(gè)壩址進(jìn)行地質(zhì)勘察，如圖1所示。

圖1 壩址比選位置

2.1 地形地貌條件差異

上壩址河段位于趙武溝中下游，壩址河段長(zhǎng)約150 m，河流自西南向西流向，河床高程1 784～1 789 m，河流比降較緩，河床寬2～4 m，谷底寬15～30 m，正常蓄水位1 816 m 處谷寬約62 m，寬高比2.21；下壩址位于上壩址下游約200 m 處，壩址河段長(zhǎng)約150 m。在平面上呈C 形彎曲，河床高程1 776～1 782m，河流比降較緩，河床寬2～4 m，谷底寬22～40 m，正常蓄水位1 805 m處谷寬約67 m，寬高比2.68。經(jīng)比較，兩壩址庫(kù)岸高大寬厚，不存在低于正常水位的埡口，地形封閉條件好，上壩址河谷相對(duì)狹窄，其地形地貌條件略?xún)?yōu)。

2.2 地層巖性條件分析

上壩址河床覆蓋層厚8.0～10.0 m，左岸坡覆蓋層厚0～2.5 m，右岸坡覆蓋層厚0～2.0 m?；鶐r、壩肩為P2b暗綠、深灰色玄武巖夾暗綠色凝灰?guī)r，巖體均一性一般。下壩址河床覆蓋層厚10.0～12.0 m，左岸坡覆蓋層厚0～3.5 m，右岸坡覆蓋層厚0～2.0 m。基巖為P2b暗綠、深灰玄武巖夾暗綠色凝灰?guī)r；壩肩為灰色、黑色凝灰?guī)r夾玄武巖，巖體均一性差。經(jīng)比較，下壩址河床覆蓋層更厚且?guī)r體均一性較差，上壩址地層巖性條件優(yōu)。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造條件分析

上、下壩址區(qū)均無(wú)破壞性地質(zhì)構(gòu)造通過(guò)，凝灰?guī)r似層面產(chǎn)狀為N65°～75°W∠10°～15°，壩址區(qū)巖體主要發(fā)育有3 組節(jié)理裂隙。同時(shí)，上壩址還發(fā)育有緩傾左岸的裂隙結(jié)構(gòu)面，寬約1～5 cm，無(wú)填充或少量泥質(zhì)、巖屑填充。經(jīng)比較，上、下壩址均存在裂隙發(fā)育，但整體構(gòu)造條件下壩址略?xún)?yōu)。

2.4 水文地質(zhì)條件分析

上、下壩址區(qū)出露火成巖，地下水類(lèi)型主要為基巖裂隙水，類(lèi)型單一，無(wú)巖溶發(fā)育。上壩址受裂隙影響，地下水位略高于河床，為地下水補(bǔ)河水。下壩址兩岸地下水位較高，為地下水補(bǔ)河水，下壩址水文地質(zhì)條件略?xún)?yōu)。

2.5 防滲處理分析

上壩址邊底界接P2b 弱風(fēng)化相對(duì)隔水巖體，右岸向壩肩延伸，左岸沿交通隧洞布置，防滲面積為10.6×104m3，共計(jì)防滲帷幕長(zhǎng)272 m，帷幕鉆孔進(jìn)尺6 257 m，防滲帷幕灌進(jìn)尺5 971 m。下壩址邊底界均接P2b弱風(fēng)化相對(duì)隔水巖體，兩岸向兩壩肩延伸，防滲面積為5.67×104m3，共計(jì)防滲帷幕長(zhǎng)230 m，帷幕鉆孔進(jìn)尺3 935 m，防滲帷幕灌進(jìn)尺3 450 m。經(jīng)比較，上壩址防滲工程量大，下壩址防滲處理較上壩址容易，下壩址略?xún)?yōu)。

2.6 抗滑穩(wěn)定及變形穩(wěn)定分析

上壩址區(qū)壩基肩基巖體由玄武巖、凝灰?guī)r組成。根據(jù)鉆孔揭露，凝灰?guī)r多為暗綠色，成分單一；壩區(qū)玄武巖強(qiáng)度較高，凝灰?guī)r強(qiáng)度稍低，層面間咬合較差，抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低，對(duì)壩肩抗滑及變形穩(wěn)定有一定的影響［4］。下壩址區(qū)壩基巖體由玄武巖及凝灰?guī)r組成，壩肩巖體由玄武巖、泥質(zhì)凝灰?guī)r組成，根據(jù)鉆孔揭露，壩址區(qū)凝灰?guī)r成分不一，巖性均一性差，存在壓縮變形問(wèn)題，壩基肩的抗滑穩(wěn)定問(wèn)題突出。下壩址受壩基巖石性質(zhì)、巖性均一性等條件影響性更大，上壩址條件更優(yōu)。

2.7 壩址比選結(jié)果

從地形條件、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、成庫(kù)條件等方面來(lái)看，上下壩址各有優(yōu)劣。但上壩址適宜建剛性壩和柔性壩，而下壩址僅適宜建柔性壩。另外，上壩址較狹窄，兩岸高大寬厚，有利于大壩兩壩肩及泄洪建筑物布置［5-6］。綜合比選，下壩址建壩成庫(kù)技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)性較上壩址略差，優(yōu)選上壩址作為黃家溝水庫(kù)工程的代表性壩址。

3 水庫(kù)壩型比選及工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

3.1 壩型比選

根據(jù)上壩址地質(zhì)條件，適宜修建剛性壩及柔性壩，現(xiàn)擬堆石混凝土重力壩、混凝土面板壩兩種壩型方案進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。

表1 壩型工程地質(zhì)條件比較結(jié)果

壩址地形地質(zhì)條件均具備建立重力壩、面板壩的條件，經(jīng)綜合比較，兩種壩型的工程地質(zhì)條件相當(dāng)，即地形、地質(zhì)條件不成為壩型比選的控制性因素，經(jīng)水工、概算等相關(guān)專(zhuān)業(yè)通過(guò)樞紐布置、經(jīng)濟(jì)等多方面因素綜合比較，推薦堆石混凝土重力壩為選定壩型。

3.2 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

面板堆石壩方案樞紐由混凝土面板堆石壩、右岸正槽式溢洪道、左岸取水兼放空隧洞等組成。大壩為混凝土面板堆石壩，壩軸線方位角N5°9′14″W，壩頂高程1 818.5 m，河床趾板建基面高程1 780.0 m，最大壩高38.5 m，壩頂長(zhǎng)96.58 m。壩頂寬為6.5 m，壩頂上游側(cè)設(shè)倒T形混凝土防浪墻，墻高2.2 m，頂部高程為1 819.7 m，墻頂高出壩頂1.2 m；防浪墻上游側(cè)底部設(shè)置1.0 m 寬的小道，以便檢查行走。壩軸線地質(zhì)剖面示意圖，如2所示。

3.2.1 建基面的選擇。黃家溝水庫(kù)弱風(fēng)化中上部巖體具有較高的力學(xué)強(qiáng)度，能夠滿(mǎn)足趾板建基要求，建議河槽段趾板建基面置于弱風(fēng)化中上部，兩岸坡趾板建基面可置于強(qiáng)風(fēng)化玄武巖中下部，兩岸開(kāi)挖深度8～13 m。壩址區(qū)巖體裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化巖體較破碎，完整性差，建議做全斷面固結(jié)灌漿處理。大壩中、下游其余部分對(duì)地基承載力要求不高，建議清除覆蓋層，整平地基，采用基巖作為堆石區(qū)地基基礎(chǔ)，可滿(mǎn)足要求。

3.2.2 地基承載力及壓縮變形。趾板基礎(chǔ)建基面主要置于強(qiáng)風(fēng)化下部至弱風(fēng)化上部巖體，堆石區(qū)建基面主要置于強(qiáng)中下部至弱風(fēng)化中上部巖體中，玄武巖允許承載力3.0～3.5 MPa，凝灰?guī)r允許承載力2.0～2.5 MPa。由于基巖風(fēng)化差異，填筑區(qū)地基巖體質(zhì)量不均一，存在一定的變形差異，但變形量有限，差異不明顯，加上壩體不高，不均勻沉降量小，地基承載力滿(mǎn)足大壩填筑穩(wěn)定要求。

3.2.3 壩肩邊坡穩(wěn)定條件。大壩溢洪道布置于右岸，右岸壩頂高程以上開(kāi)挖最大邊坡高約60 m，壩頂以下邊坡高約40 m；左岸開(kāi)挖壩頂以上邊坡高約41 m，以下邊坡高約42 m。大壩左、右岸開(kāi)挖后，受裂隙切割影響，坡面存在小規(guī)模不穩(wěn)定楔塊，需進(jìn)行加固處理；對(duì)于覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化巖體穩(wěn)定性差、邊坡巖體極破碎、自穩(wěn)能力差等區(qū)域，需采取邊坡分級(jí)放坡、掛網(wǎng)噴漿加強(qiáng)錨固等措施。左、右岸壩基上游面邊坡開(kāi)挖坡比為覆蓋層1∶1～1∶1.25、強(qiáng)風(fēng)化巖體1∶75～1∶1、弱風(fēng)化巖體1∶0.5～1∶0.75。

圖2 面板壩壩軸線地質(zhì)剖面

3.2.4 壩基滲漏與防滲處理。壩基巖體主要位于弱風(fēng)化玄武巖內(nèi)，為弱透水巖體，下部巖體為微風(fēng)化巖體，兩壩肩基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上部，巖體完整性較好，局部裂隙發(fā)育，為弱至中等透水巖體。帷幕灌漿線沿趾板X(qián) 線布置，右岸向壩肩延伸，左岸沿灌漿兼交通隧洞布置，帷幕底界為壩基以下25 m 左右，結(jié)合巖體透水率q≤5 Lu 來(lái)控制，防滲帷幕邊界左右兩岸端點(diǎn)接地下水位，端點(diǎn)下限深入地下水位不小于10 m，且透水率q≤5 Lu。防滲帷幕線長(zhǎng)280 m，防滲面積1.1×104m2。按單排孔，孔距2 m，共布孔141個(gè)，三序孔施工；造孔總進(jìn)尺6 257 m，其中帷幕灌漿進(jìn)尺5 971 m，無(wú)效進(jìn)尺268 m。

4 結(jié)語(yǔ)

為合理確定黃家溝水庫(kù)的建壩壩址和壩型，結(jié)合區(qū)域地貌和優(yōu)選建壩河段，從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、防滲處理等方面，對(duì)優(yōu)選的上、下壩址區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)論證分析，優(yōu)選與工程實(shí)際特性更匹配的上壩址和混凝土面板堆石壩方案。并結(jié)合地質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)面板壩建基面選擇、壩肩穩(wěn)定性、壩基滲漏和防滲處理等關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行了分析研究，為水庫(kù)樞紐建筑物布置及結(jié)構(gòu)體型設(shè)計(jì)提供翔實(shí)的地質(zhì)資料與結(jié)論建議，確保高效優(yōu)質(zhì)的施工建設(shè)。