某大型水庫壩址區(qū)工程地質(zhì)評價

田永霖 云南省水利水電勘測設計研究院

1.水庫區(qū)基本地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

壩址區(qū)發(fā)育二類地貌：侵蝕剝蝕地貌—低中山地形（Ⅲ）；侵蝕堆積地貌—河谷階地。

（1）侵蝕堆積—河谷階地地貌。侵蝕堆積—河谷階地地貌，一級階地連續(xù)分布于河床兩岸，高出河床2～10m左右。由下部礫石層及上部砂、粉土、含礫粘土層組成，寬度大小不一，一般幾米至幾十米；壩段未見二級階地。壩址區(qū)河流平緩彎曲，河曲由SE－N W-NN W變化。壩址區(qū)河床寬15～25m，高程1895.2～1893.4m，縱比降平均1.17‰，河谷呈不對稱“U”型谷。

（2）侵蝕剝蝕地貌—低中山地形（Ⅲ）。壩址區(qū)位于此地貌單元上，兩岸地形多被沖溝切割為緩坡或圓形山頭，地形欠完整，相對高差80～140m之間。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)處于新華夏系構(gòu)造體系的中部，處于照福鋪復向斜（Ⅱ31）之次一級中尹堡向斜南東翼，地質(zhì)構(gòu)造簡單，無斷裂通過。壩址區(qū)為中尹堡向斜的次一級短軸背斜，兩岸巖層緩傾山內(nèi)為逆向坡，右岸巖層總體產(chǎn)狀為 N50°～75°E，NW∠2°～6°，左岸巖層總體產(chǎn)狀為 N5°～15°W，SWW∠6°～10°，無大的區(qū)域斷裂通過，斷層少見，構(gòu)造形跡以層間剪切破碎帶及節(jié)理裂隙為主。

1.3 物理地質(zhì)現(xiàn)象

壩址區(qū)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為小坍塌、沖溝、風化、卸荷及巖溶。

（1）坍塌。在壩址右岸發(fā)育2個坍塌體，Tt1位于壩址下游（圍堰右岸），長19m，寬26m，平均厚3m，對下壩址建筑物無影響；Tt2位于壩址上游，分布高程1938m～1945m，長13m，寬18m，平均厚2m，對壩址建筑物無影響。蓄水后坍塌物質(zhì)會滑入庫內(nèi)，但其規(guī)模小，滑層薄，不影響水庫運行。

（2）沖溝。壩址區(qū)左岸發(fā)育3條沖溝，最下游側(cè)沖溝規(guī)模最大，但對建筑物無影響，其余2 條中等規(guī)模，沖溝在旱季均為無水干溝（雨季有水），沖溝內(nèi)多為第四系覆蓋，兩岸局部基巖零星出露，總體沖刷下切呈“U”型沖溝。中等規(guī)模的2條沖溝對工程建筑物有影響，設計上應采取設防洪墻等處理措施；壩址區(qū)右岸發(fā)育2條沖溝，下游側(cè)之常流水沖溝規(guī)模最大，但對建筑物無影響，其另一條中等規(guī)模，沖溝在旱季為無水干溝，沖溝內(nèi)多為第四系覆蓋，兩岸局部基巖零星出露，總體沖刷下切呈“U”型沖溝。緊鄰壩軸線下游第一條沖溝對工程建筑物有影響，設計上應采取設防洪墻等處理措施。

（3）風化。總體壩址區(qū)巖石風化深度隨地形變化，地形坡度緩及坡頂部位風化較深，陡崖及近河床地帶風化較淺。壩址區(qū)主要由砂泥頁巖組成，風化相對強烈，地表多為強風化。但總的來說，壩址區(qū)巖石風化較為均勻。

（4）卸荷裂隙。壩址岸坡陡立地帶，地表所見卸荷裂隙相對發(fā)育，卸荷帶寬0.5～1.5m，卸荷裂隙一般深1～3m。

（5）巖溶。壩址區(qū)泥質(zhì)灰?guī)r呈夾層狀分布于第一層（Sg）地層中，單層厚度不大，屬夾層型，巖溶不發(fā)育。

1.4 水文地質(zhì)

（1）含水（透水）層（帶）。壩址區(qū)有以下三類含水（透水）層（帶）。①第四系沖積孔隙含水（透水）層（帶）：僅分布于河床、漫灘及階地，厚度1.0～6.0m，強—極強透水，其q＞100Lu，屬潛水。②強—弱風化巖體裂隙含水（透水）層（帶）：廣泛分布于壩址河床兩岸淺層，一般埋深22～60m，弱—極強透水，q=5.04～＞100Lu，屬裂隙含水透水層。左岸透水層q平均值=21.02Lu，q大值均值＞96.84Lu；河床透水層q平均值=29.22Lu，q大值均值＞77.08Lu；右岸透水層q平均值=23.22Lu，q大值均值＞43.21Lu。③構(gòu)造破碎帶裂隙含水（透水）層（帶）：為壩址區(qū)內(nèi)層間擠壓破碎帶。呈條帶狀或透鏡狀，寬度0.1～1.0m，中等—強透水，屬裂隙含水帶。

（2）相對隔水層（帶）。壩址區(qū)相對隔水層(帶)為深部的弱～微風化S3g1黃綠色、灰色夾暗紅色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)頁巖為主，夾薄—厚層狀灰色泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖，其透水率q＜5 Lu，分布連續(xù)。

（3）兩岸坡地下水埋深。左岸地下水埋深4.7～50.35 m，平均水力坡降8.0%；右岸地下水埋深5.4～68.52 m，平均水力坡降16.16%。左岸地下水位較低，水力坡降平緩。

（4）地下水補給、徑流、排泄。壩址區(qū)大壩位置處于砂、泥、頁巖區(qū)，接受大氣降水補給，總體通過兩岸巖土體孔隙、裂隙徑流，向壩軸線位置的馬龍河排泄。馬龍河為壩址區(qū)最低排泄基準面。

2.工程地質(zhì)評價

2.1 岸坡穩(wěn)定性

左岸坡坡度15°～25°，局部31°，壩頂以上山脊坡度較為平緩5°～10°，上、下游被沖溝切割，壩肩相對單薄。左岸總體屬反傾斜向結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡，局部巖土混合邊坡，巖石風化嚴重，為層狀碎裂結(jié)構(gòu)巖體，自然岸坡基本穩(wěn)定，趾板開挖邊坡局部穩(wěn)定性差。

左岸壩基開挖與溢洪道開挖接合后，山體后緣側(cè)形成最大高度約21m的巖質(zhì)邊坡，其開挖岸坡的穩(wěn)定性主要取決于邊坡高度及巖體本身強度，裂隙切割后形成的不穩(wěn)定體可能產(chǎn)生的破壞形式:在卸荷作用下產(chǎn)生向臨空面的小規(guī)模滑移、崩塌。開挖邊坡及趾板開挖過程中局部可能產(chǎn)生滑移、崩塌，而影響溢洪道的穩(wěn)定及左岸坡的穩(wěn)定，建議對開挖后的左岸坡進行隨機錨桿支護，并噴素混凝土保護。建議開挖邊坡1:0.75～1:1。

右岸坡坡度20°～30°，岸坡中部形成兩帶狀陡坎，高度10～25m不等，平均坡度55°～58°，局部近于直立。右岸總體屬反傾斜向結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡，局部巖土混合邊坡，巖石風化嚴重，為層狀碎裂結(jié)構(gòu)巖體，自然岸坡基本穩(wěn)定，趾板開挖邊坡局部穩(wěn)定性差。其開挖岸坡的穩(wěn)定性主要取決于邊坡高度及巖體本身強度，裂隙切割后形成的不穩(wěn)定體可能產(chǎn)生的破壞形式：在卸荷作用下產(chǎn)生向臨空面的小規(guī)?；?、崩塌，建議對開挖后的右岸坡進行隨機錨桿支護，并噴素混凝土保護。建議開挖邊坡1:0.75～1:1。

2.2 壩基穩(wěn)定性

（1）壩基巖土體強度及壓縮變形。壩基表層第四系覆蓋層，為中等壓縮性土，壓縮系數(shù)a 0.1～0.2=0.2～0.4，砂卵礫石中～低壓縮性，其壓縮變形不均一。故壩基存在壓縮變形問題，并易導致不均勻沉陷，全風化下部巖體、強風化巖體強度較高，壓縮變形小。

（2）壩基抗滑穩(wěn)定性。上覆第四系土層及表層全風化巖體（厚約5m）抗剪強度低，對抗滑穩(wěn)定不利，全風化下部巖體、強風化巖體強度較高，河床壩基段存在緩傾下游的巖層結(jié)構(gòu)面，薄層狀頁巖及層間擠壓破碎帶相對厚層狀巖體而言可視為軟弱夾層，作為土石壩壩基其強度高，基本不存在抗滑失穩(wěn)的條件。

（3）壩基滲透穩(wěn)定性。表層第四系覆蓋層、全風化散體結(jié)構(gòu)巖體，巖性不均一，結(jié)構(gòu)松散，允許水力比較小，易產(chǎn)生滲透變形，其厚度變化較大，但可以處理。下部強～弱風化巖體相對較完整，不存在滲透變形，壩基滲流基本穩(wěn)定。

2.3 壩基滲漏及繞壩滲漏

壩基巖體為強風化層狀—碎裂結(jié)構(gòu)巖體，弱～中等透水，表層局部有極強透水帶分布。

壩基滲漏量采用卡明斯基公式計算，Q=KBMH/（L+M）；左岸繞壩滲漏量采用河間地塊計算公式，q=K（H-H）/L.（H+H）/2，根據(jù)地形切割及溝谷分布邊界的不同分3段進行計算，總滲漏量為1227.279m/d；右岸繞壩滲漏量采用達西公式計算，Q=0.366KH（H+h）lgb/r，其滲漏量為220.888m/d。經(jīng)流網(wǎng)法公式q=Kh（H-H）/L復核，復核后的滲漏量為373.63m/d。故右壩肩滲漏量推薦采用373.63m/d。

滲漏邊界的確定：一是壩基滲漏段以正常水位與清基后邊坡交點為界。二是，左、右壩肩繞壩滲漏及壩基滲漏為618.915×10m/a，占多年平均來水量21666×10m的2.85%，輕微滲漏。

3.防滲處理及固結(jié)灌漿

對于面板堆石壩在建基面以下兩岸段壩基仍有裂隙密集發(fā)育區(qū)、層間破碎帶等，基巖體強—極強透水，存在壩基及繞壩滲漏、滲透穩(wěn)定問題。因此，必須進行一定的帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等工程處理措施。

3.1 左岸繞壩滲漏段

建議灌漿帷幕底界線深入相對隔水層以下（q＜5 Lu）2.0 m。設計正常水位與隔水層頂板相交點397.60 m，左岸繞滲帶帷幕長度延伸較長，建議帷幕線以截斷左壩肩下游第一條沖溝最短滲徑為原則即左岸河間繞滲1段中的鉆孔ZK12往山內(nèi)外延18.41m，帷幕灌漿長度為102.55m，帷幕灌漿深度45～53m。未進行防滲處理段的年滲漏量為12.351×10m，不影響水庫正常運行。

3.2 主壩壩基滲漏段

建議灌漿帷幕底界線深入相對隔水層（q＜5Lu) 2.0m。壩基段帷幕灌漿長度為255.86m，帷幕灌漿深度25～59.5m。

3.3 右岸繞壩滲漏段

建議灌漿帷幕底界線深入相對隔水層以下（q＜5Lu）2.0m。設計正常水位與隔水層頂板相交點175.17m，右岸繞滲帶帷幕長度延伸較長，建議帷幕線以ZK16號鉆孔往山內(nèi)外延5m即可，即右岸帷幕灌漿長度為112.5m，帷幕灌漿深度，55～63m。未進行防滲處理段的年滲漏量為1.53×10m，不影響水庫正常運行。

左、右岸未防滲處理段，輕微滲漏，且未處理段為弱—微風化巖體，不存在滲透變形條件。為了減少工程投資，因此左、右岸繞壩滲漏段未封閉防滲。

建議：a、左岸、壩基及右岸按單排孔布置，孔距暫定1.5m；b、趾板壩基范圍內(nèi)均進行固結(jié)灌漿，呈梅花型布置灌漿孔，孔排距按3m考慮。

4.結(jié)論

第一，水庫壩段地處Sg砂、泥頁巖地層中，巖體強度低(弱風化粉砂質(zhì)泥巖濕抗壓強度8.46MPa，弱風化粉砂質(zhì)鈣質(zhì)頁巖濕抗壓強度21.6MPa)，屬軟巖、較軟巖夾中硬巖，以軟巖、較軟巖為主，巖性軟弱，巖層產(chǎn)狀平緩且存在軟弱夾層；第二，巖石風化嚴重，強風化深厚；第三，地形條件差，兩岸岸坡受沖溝切割嚴重，岸坡完整性差。故不適于筑剛性壩，壩基工程地質(zhì)條件適合修建當?shù)夭牧蠅?，推薦土石壩為基本壩型。

從壩址工程地質(zhì)條件而言，心墻堆石壩、心墻風化料壩、均質(zhì)壩、面板堆石壩均適宜；從天然建筑材料而言，強風化砂泥巖及強—弱風化頁巖均為軟質(zhì)巖—較軟巖，厚度較大，儲量豐富，但強度較低，不適宜做堆石壩料，大量出露白云巖地段距離壩址不遠，質(zhì)量好，運距比砂、泥頁巖稍遠，是較好的堆石料。壩址區(qū)土料也十分豐富，適宜擬建心墻堆石壩。綜合壩址地質(zhì)條件和天然建筑材料的質(zhì)量、運距等綜合分析，適宜修建心墻風化料壩、心墻堆石壩、面板壩堆石壩及均質(zhì)壩。由于壩址區(qū)地形較差，修建均質(zhì)壩、心墻風化料壩，壩坡放緩會增加填筑方量。

在可行性研究階段針對面板堆石壩與心墻堆石壩方案進行了比較，從工程地質(zhì)條件來看，兩方案均在同一工程地質(zhì)條件下進行比較，地質(zhì)條件一致，僅僅是趾板清基較心墻清基深，都能滿足設計要求，兩方案從地質(zhì)條件上均是可行的，無制約性因素，應綜合比較。

經(jīng)地質(zhì)、水工、施工、投資、工期等綜合比較，推薦面板堆石壩。