郭建禮，劉建明

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

雙峰寺水庫是解決承德市防洪安全及水資源供需矛盾，防止生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化等問題的大型水利工程。水庫地處承德市區(qū)上游12km，總庫容1.37億m3，正常蓄水位389m，以河流流域防洪為主，兼具城市供水及發(fā)電等多項功能。

庫區(qū)及壩址區(qū)地質(zhì)條件比較復(fù)雜，工程問題較多，水庫滲漏、庫岸穩(wěn)定、水庫浸沒、地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性及壩基（肩）抗滑穩(wěn)定等都是影響水庫建設(shè)的工程地質(zhì)問題。隨著勘察深度及精度的進一步深入，逐步查明了上述問題對工程的危害性及影響程度，初步提出了防治處理措施，為水庫的建設(shè)施工提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

庫區(qū)地處內(nèi)蒙古高原向華北平原的過渡帶，為燕山北麓低山河谷地貌，地勢總體北高南低，溝谷間山體渾厚，峰巒疊起。

區(qū)域內(nèi)巖相復(fù)雜多變，巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖均有分布，以巖漿巖及變質(zhì)巖分布最為廣泛，溝谷及河岸則多分布松散沉積物。

流域內(nèi)主要河流為灤河支流武烈河，總體流向自北而南。武烈河及上游支流較少斷流，汛期大范圍降雨后河水急漲迅泄，歷時短暫，水位回落后水流平緩，徑流漸小。

2 庫區(qū)主要工程地質(zhì)問題評價

2.1 庫區(qū)滲漏

雙峰寺水庫為山間溝谷型水庫，水庫蓄水后水位抬高，兩岸淹沒區(qū)主要為變質(zhì)巖、火山巖、沉積巖構(gòu)成的山體及巖體上覆的黃土狀土、黃土底礫等。

壩址位于玉帶河、茅溝川、鸚鵡川及石洞川4條河流交匯口下游10km。庫岸總體呈彎曲帶狀，最窄處不足1km，寬處達3.75km。兩岸山體渾厚，分水嶺脊頂高程為600.0m。

庫盆整體由塊狀巖體構(gòu)成，部分岸坡被粘性土覆蓋，庫岸山體寬厚。推測F1斷層向東延伸5km至下河口村所在溝內(nèi)，出露點高程達480.0m，遠高于正常蓄水位；F1斷層延伸短，斷層帶內(nèi)壓碎巖膠結(jié)緊密；F14斷層帶內(nèi)膠結(jié)良好，東端被黃土狀壤土覆蓋。上述3條斷層對水庫滲漏影響較小，巖體整體封閉性較好，無不利構(gòu)造帶貫通庫岸山體，不具備庫岸向相鄰低谷滲漏及深層滲漏條件。

2.2 庫岸穩(wěn)定

水庫蓄水后，水位上升引起庫岸巖土體的濕化和物理、力學(xué)性質(zhì)的改變，破壞了巖土體的結(jié)構(gòu)，從而大大降低了其抗剪強度及自穩(wěn)能力，易于形成庫岸坍塌。組成庫岸的巖土類型和性質(zhì)是決定水庫塌岸速度和寬度的主要因素，巖土體堅硬程度、庫岸地質(zhì)構(gòu)造、軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀及組合關(guān)系都對庫岸穩(wěn)定影響巨大。另外，庫水位的變化幅度和波浪作用也是影響水庫塌岸的重要因素。

壩址庫岸多為巖質(zhì)岸坡，巖體多呈塊狀，構(gòu)造不發(fā)育，節(jié)理裂隙多輕度發(fā)育，局部中等～較發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模不穩(wěn)定巖體分布，岸坡整體穩(wěn)定性較好。

庫區(qū)淹沒范圍內(nèi)左岸岸坡分布黃土狀土，位于東荒村～東黃土坎村之間，長度6.5km，為庫岸相對不穩(wěn)定區(qū)域。岸坡中下部多夾卵石或碎石層，坡壁多陡峭，在庫水浸潤及波浪沖蝕作用下易產(chǎn)生坍塌，造成岸邊再造。

左、右岸因修公路、鐵路而造成局部山體坡壁陡峭，頂部存在不穩(wěn)定巖塊，易產(chǎn)生塌落。

采用圖解法計算塌岸寬度及坍塌量：土質(zhì)岸坡水下穩(wěn)定坡角選用10°，水上穩(wěn)定坡角35°，浪高選用2m。預(yù)測最大塌岸寬度28m，估算由黃土狀壤土坍岸造成的淤積量為35萬m3。由于易坍塌的黃土狀土高岸坡分布于中上游段，庫岸坍塌造成的涌浪對水庫大壩安全不會產(chǎn)生明顯影響。

2.3 庫區(qū)浸沒

水庫蓄水后，如果庫區(qū)周圍地下水相應(yīng)雍高而接近或高出地面，會導(dǎo)致地面沼澤化而造成浸沒。庫區(qū)周圍地面高程和起伏變化是決定能否產(chǎn)生浸沒及其浸沒范圍的主要因素，另外地層巖性及其周邊的水文地質(zhì)條件也是影響浸沒的重要因素。

水庫蓄水后，壩下泄（漏）水通過河床卵石層排泄，卵石層具強透水性，且兩岸高出河床3m以上，庫下游不會發(fā)生浸沒。

水庫淹沒區(qū)總體呈條帶狀，兩岸山體綿延渾厚，巖體透水性微弱，不會通過滲透造成鄰谷浸沒。

水庫正常蓄水位389.0m，淹沒東黃土坎村、大窯村、西黃土坎村一帶，淹沒區(qū)上游地面高程一般大于397.0m，該區(qū)上部為厚度0.4～0.7m的壤土層，下伏砂或卵礫石層，地下水一般不會雍高至粗粒土層頂面，故發(fā)生浸沒的可能性不大。

河床右側(cè)甸子村以東及東南一帶地勢較低，上部為0.5～1m的含礫砂壤土，下部為砂或礫卵石層，分布連續(xù)，透水性良好。土體毛細上升高度與安全超高經(jīng)驗值（臨界地下水埋深）和為1.5m，當?shù)叵滤贿_到砂或礫卵石層頂面時易發(fā)生浸沒。由于向上游方向地勢漸高，地表坡降為5/1000，預(yù)測甸子村東南及其上游河右岸易發(fā)生浸沒，但沿河長度不超過300m，寬度100m。

2.4 水庫誘發(fā)地震

依據(jù)國內(nèi)外目前對于水庫誘發(fā)地震的機理分析，在巖體儲備有高應(yīng)變能地區(qū)建庫，水庫蓄水后容易造成庫區(qū)巖體應(yīng)力狀態(tài)的改變，引起應(yīng)力集中，當應(yīng)力集中到一定程度時，應(yīng)力釋放就容易激發(fā)庫區(qū)地震。水庫誘發(fā)地震多發(fā)生在構(gòu)造相對活動區(qū)，特別是與近期活動斷層有關(guān)；另外，復(fù)雜的水文地質(zhì)條件常易引起局部流體動力異常，使巖體失穩(wěn)，產(chǎn)生地震。

壩址區(qū)分布的斷層活動性不明顯，第四紀以來均未有活性跡象，庫區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)大的活動斷裂帶或較深的裂隙帶，未有使庫水下滲引發(fā)孔隙水壓力升高致使巖體滑移變形的構(gòu)造，不具備誘發(fā)地震的主要因素。

另外，水庫誘發(fā)地震與壩高及庫容密切相關(guān)，而且受水位漲落的影響?，F(xiàn)有資料表明，震級大于5級的地震均發(fā)生在壩高超過100m、庫容超過10億m3的大（I）型水庫中。雙峰寺水庫壩高52.1m，庫容1.37億m3，認為發(fā)生5級以上水庫誘發(fā)地震的可能性較小。

3 壩址區(qū)工程地質(zhì)問題評價

壩址位于承德市雙峰寺鎮(zhèn)小廟子村南1km處，設(shè)計壩型為混凝土重力壩，壩頂高程396.1m，設(shè)計正常蓄水位389.0m，壩頂長度533m，最大壩高51.1m。

3.1 卵石層透水性問題

河床卵石層滲透系數(shù)（k）建議值200～260m/d，具強透水性。修建混凝土重力壩，卵石層被全部挖除，基坑排水問題較為嚴重，對壩基的滲透穩(wěn)定無不利影響。

3.2 壩基巖體強度問題

壩基下伏黑云斜長片麻巖，勘察揭露強、弱、微3種風(fēng)化狀態(tài)。

3.2.1 強風(fēng)化巖體

巖體厚度1～8.8m，頂面埋深4.1～9.9m，底面埋深7～17.7m，底面高程348.6～357.9m，厚度不均。

強風(fēng)化巖體普遍破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，鉆孔聲波測試縱波波速大部分2500～3500m/s，按巖體結(jié)構(gòu)分類屬碎裂結(jié)構(gòu)，按壩基巖體工程地質(zhì)分類為Ⅳ類巖體。

強風(fēng)化巖體單軸抗壓強度建議值為25MPa，屬于較軟巖，承載力建議值1000kPa，變形模量2.0×103MPa，強度較低。巖體與混凝土接觸面抗剪斷強度建議值：f＇＝0.70、c＇＝0.35MPa，巖體的抗剪斷強度建議值：f＇＝0.60、c＇＝0.35MPa， 抗剪強度指標偏低。

通過壩軸線上布置的2個豎井勘察發(fā)現(xiàn)，強風(fēng)化巖中節(jié)理裂隙大部分傾向上游，傾角大部大于45°，基本不存在不利于壩基穩(wěn)定的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面，也未發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的軟弱夾層分布，對壩基抗滑穩(wěn)定影響不大。強風(fēng)化巖體強度較低，完整性較差，具有較低的抗變形能力，易產(chǎn)生不均勻沉降，不宜作為高壩段重力壩的壩基，如做低壩段壩基，建議進行固結(jié)灌漿處理，增加壩基強度。

3.2.2 弱風(fēng)化巖體

巖頂面最大埋深17.7m，最低頂面高程348.6m，巖體節(jié)理裂隙輕度～中等發(fā)育，鉆孔縱波波速一般3500～5000m/s，巖體完整性系數(shù)0.43～0.89，按巖體結(jié)構(gòu)分類屬次塊狀結(jié)構(gòu)，巖體大部較完整，局部完整性差，按壩基巖體工程地質(zhì)分類為Ⅲ1類。

弱風(fēng)化巖石飽和單軸抗壓強度建議值為65MPa，屬堅硬巖，承載建議值為3500kPa，變形模量建議值為7.5×103MPa，強度 較 高 。 巖 體 與 混 凝 土 接 觸 面 的 抗 剪 斷 強 度 f＇＝0.95、c＇＝0.80MPa，巖體的抗剪斷強度f＇＝1.0、c＇＝0.90MPa，抗剪切強度指標較高。

通過豎井勘察發(fā)現(xiàn)，弱風(fēng)化巖中節(jié)理裂隙大部傾向上游方向，少量傾向下游方向的節(jié)理傾角大于45°，未發(fā)現(xiàn)不利于壩基穩(wěn)定的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面，也未發(fā)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的軟弱夾層，對壩基抗滑穩(wěn)定影響不大。巖體強度較高，完整性較好，無明顯的風(fēng)化深槽及斷層破碎帶、節(jié)理密集帶等地質(zhì)問題，具有較高的抗滑、抗壓縮變形及抗侵蝕能力，是較好的重力壩地基。

3.2.3 微風(fēng)化巖體

巖體大部完整，縱波波速一般為5500～6500m/s，完整性系數(shù)一般大于0.75，飽和抗壓強度建議值75MPa，屬堅硬巖，強度較高。微風(fēng)化巖體埋藏較深，巖體完好堅硬，具有良好的抗滑、抗壓縮抗?jié)B透性。

3.3 壩基滲漏

勘探過程中，壩址區(qū)未揭露大的斷裂、溶蝕及破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造，也未發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定分布的軟弱夾層，巖體中普遍存在節(jié)理，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，內(nèi)多有充填，貫通性較差，由此推斷壩基巖層存在強滲漏情況的可能性不大。

若按防滲界限值3Lu考慮，大部分弱風(fēng)化巖體應(yīng)采取防滲措施，防滲深度宜控制在35～60m，防滲底板高程305.0～330.0m。 防滲深度較深部位在樁號0＋245～0＋435段， 長度190m，最大防滲深度60m。若按最大壩高的0.7倍考慮，壩基防滲深度為36m，防滲底板高程330.0m。

極個別部位弱風(fēng)化巖體具中等透水性，是壩基易滲漏部位，采取深層帷幕灌漿時應(yīng)密切關(guān)注灌漿效果，確保封堵滲漏通道，防止?jié)B漏可能對壩基穩(wěn)定及水庫蓄水造成的影響。

對強風(fēng)化巖體進行的壓水試驗成果表明呈弱透水性，考慮到巖體的風(fēng)化程度、構(gòu)造發(fā)育及壓水試驗偏少等因素，推測強風(fēng)化巖體多具弱～中等透水性。修建重力壩時，強風(fēng)化巖大部分被挖除，在低壩段部位做為壩基，建議采取防滲措施。

除勘察揭露的易滲漏部位外，施工開挖過程中不排除發(fā)現(xiàn)隱伏的破碎、斷裂、通透等部位，應(yīng)隨時調(diào)整設(shè)計方案，采取相應(yīng)處理措施。

3.4 溢流壩段抗沖穩(wěn)定

溢流壩布置在攔河壩中部偏右位置，堰頂高程387.0m，采用挑流消能型式。溢流壩段水流挑距63.85m，沖坑深度14.40m（從基巖算起）。該段卵石層厚度6.9m，下伏片麻巖，強風(fēng)化巖厚度2.3m，底板高程357.7m，其下為弱風(fēng)化巖。

沖坑的形成與巖體抗沖刷性、巖體完整性、緩傾角結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度、構(gòu)造破碎帶及軟弱夾層的性狀與分布密切相關(guān)，沖坑深度由大壩單寬流量、上下游水頭差、下游水深、采用的泄流形式等計算，根據(jù)邊界條件，計算出沖坑底部高程為342.1m，低于建基面高程3m。坑底為弱風(fēng)化片麻巖，巖體次塊狀結(jié)構(gòu)，完整性較好，局部節(jié)理發(fā)育，無軟弱巖體或影響巖體穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造，抗沖刷能力較強。沖坑形成后，坑底至挑坎底之間的坡比為1∶4.43，滿足《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》的要求，不易對大壩抗滑穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。

3.5 左壩肩滲漏

左壩肩發(fā)育三組節(jié)理，間距大部0.5～1m，少量0.1～0.3m，輕度～中等發(fā)育，地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，巖體風(fēng)化較劇烈，透水性較高，壩肩存在繞壩滲漏問題。

若按防滲界限值3Lu考慮，弱風(fēng)化巖體應(yīng)采取防滲措施，防滲深度宜控制在30～45m，防滲底板高程338.5～365.0m。 左壩頭以外巖體寬厚，透水微弱，透水率小于3Lu，視為相對隔水層。

3.6 右壩肩滲漏

右壩肩有三組節(jié)理比較發(fā)育，節(jié)理間距大部0.5～1m，延伸長度多在2～8m。巖體完整性較好，呈弱風(fēng)化狀態(tài)，結(jié)構(gòu)分類屬次塊狀結(jié)構(gòu)。

通過平洞勘察表明，右壩肩側(cè)山體大部穩(wěn)定，巖體堅硬完整，穩(wěn)定性較好，無穩(wěn)定的軟弱夾層分布，無大的斷裂破碎帶、節(jié)理裂隙帶等滲漏通道。

右壩肩山體相對單薄，西側(cè)為小碾子溝，寬40～60m，溝底高程367.0～390.0m，多低于正常蓄水位389.0m。 該溝通向水庫下游，壩肩至山溝沿軸線方向的距離不足200m，巖體較完整，穩(wěn)定性較好，無大的地質(zhì)構(gòu)造與臨谷連通，水庫蓄水后，引起嚴重繞壩滲漏可能性不大。

3.7 壩基（肩）抗滑穩(wěn)定

強風(fēng)化巖中節(jié)理裂隙大部分傾向上游，傾角大部大于45°，節(jié)理裂隙大部分閉合，節(jié)理面較光滑，少見次生泥膜，基本不存在不利于壩基穩(wěn)定的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面，也未發(fā)現(xiàn)軟弱夾層、斷層破碎帶等分布，對壩基抗滑穩(wěn)定影響不大。

強風(fēng)化巖體強度較低，完整性較差，具有較低的抗變形能力，易產(chǎn)生不均勻沉降。弱風(fēng)化巖中節(jié)理裂隙大部傾向上游方向，少量傾向下游的節(jié)理傾角大于45°，未發(fā)現(xiàn)不利于壩基穩(wěn)定的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面，也未發(fā)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的軟弱夾層，巖體強度較高，完整性較好，無明顯的風(fēng)化深槽及斷層破碎帶、節(jié)理密集帶等地質(zhì)問題，具有較高的抗滑、抗壓縮變形能力。

壩址下游未發(fā)現(xiàn)橫穿河床的斷層破碎帶、節(jié)理密集帶、風(fēng)化深槽及軟弱巖體，不會形成陡立臨空面，對壩基（肩）穩(wěn)定無不利影響。

3.8 基坑排水

修建重力壩存在基坑排水問題，河床主要含水層為卵石層，滲透系數(shù)建議值為200～260m/d，具強透水性。整體開挖估算卵石層涌水量為25800～33500m3/d，特別是豐水季節(jié)，武烈河過流較大，施工時建議設(shè)置圍堰或采取導(dǎo)流措施。在較高的水頭壓力下，卵石層內(nèi)含的中粗砂可能產(chǎn)生涌砂，建議采取相應(yīng)處理措施。

強風(fēng)化巖體整體為中等透水性，重力壩建基面座落于弱風(fēng)化巖體中，應(yīng)考慮強風(fēng)化帶基巖裂隙水的涌水量。

3.9 邊坡穩(wěn)定

壩肩及壩基存在基坑開挖邊坡問題，最低坑底高程345m。卵石層最大坡高接近10m，建議開挖坡比為1∶1.75；強風(fēng)化巖體開挖厚度1～8.8m，建議開挖坡比為1∶0.5；弱風(fēng)化巖體最大開挖厚度超過10m，建議開挖坡比1∶0.25。

4 結(jié)語

（1）庫岸巖體寬厚，封閉性較好，透水性較弱，無大規(guī)模構(gòu)造貫穿庫岸，不會產(chǎn)生庫區(qū)強滲漏。

（2）庫岸山體主要由火成巖及火山沉積巖構(gòu)成，構(gòu)造不發(fā)育，無明顯的大規(guī)模不利結(jié)構(gòu)面組合及不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，庫岸整體穩(wěn)定。

（3）庫岸主要是巖體組成，固體徑流來源并不豐富，局部地段庫岸易坍塌形成堆積物，在雨水沖刷作用下，極易順水流搬運而下，形成泥沙。

（4）水庫兩岸山體延綿寬厚，透水較弱，不會通過滲漏通道造成鄰谷浸沒。水庫尾回水線以外地面高程大于尾回水線高程，地下水壅高不會超過地表，不存在產(chǎn)生大面積浸沒的條件。

（5）水庫壩址區(qū)均未發(fā)現(xiàn)大的活動斷裂帶，不具備誘發(fā)地震的主要因素，發(fā)生5級以上水庫誘發(fā)地震的可能性不大。

（6）壩址區(qū)工程地質(zhì)問題評價：①河谷寬400m，覆蓋層厚4.1～9.9m，以卵石層為主，透水性很強；②強風(fēng)化巖節(jié)理裂隙發(fā)育，大部破碎，屬碎裂結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性差，抗變形能力低，易產(chǎn)生沉降穩(wěn)定問題，不宜做為重力壩地基；弱風(fēng)化巖體屬塊狀結(jié)構(gòu)，巖體較完整，未發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的緩傾角裂隙面，是較好的重力壩地基；③左壩肩上部巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體完整性及穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生繞壩滲漏；④右壩肩巖體呈弱風(fēng)化狀態(tài)，穩(wěn)定性較好，壩肩相對單薄，但總體完整性較好，產(chǎn)生較大繞壩滲漏可能性不大；⑤壩址區(qū)未揭露大的斷裂、溶蝕及破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造，壩基巖層存在強滲漏情況的可能性不大。

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