呂興民

(機械工業(yè)勘察設(shè)計研究院，陜西 西安 710043)

擬建Mekin水電站［1］位于喀麥隆南部省境內(nèi)，屬梅約梅薩娜行政區(qū)內(nèi)的德加河(Dja)上，位于Dja、Lobo及Sabe河交匯處下游1.5 km的Mekin村旁，從Mekin村到壩址及壩址上下游均為茂密的雨林區(qū)，無通行道路，行走特別困難。Mekin水庫庫容為9.40 ×108m3，屬大(2)型水利樞紐工程［2］，水庫正常蓄水位為615.00m，大壩壩頂高程為618.00m，最大壩高約19m，為均質(zhì)土壩。

1 壩址區(qū)基本地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

壩址段河流流向由東向西，比降0.1‰～0.15‰，河谷地形開闊平緩，平面呈“S”形發(fā)育，海拔高程604.0～621.5m。旱季水面寬70～80m，水深1.0～2.8m，河槽沿左岸坡腳發(fā)育。兩岸地形不對稱，左岸621.5～616.0m坡面傾角16°，為河流二級階地堆積的砂壤土和砂礫石;616.0m高程以下岸坡坡面傾角大于45°，被第四系松散的碎石土覆蓋。右岸表面地形平坦，發(fā)育有河流漫灘、一級階地及二級階地。壩區(qū)漫灘高出河床 0～4m，寬度 70～80m，厚 6.0～7.0m;一級階地階面高出河床 4.0～6.0m，寬度 130.0 ～140.0m，厚5.0～7.0m，基座巖面高程 600.0 ～602.0m;二級階地階面高出河床 7.0～15.0m 左右，寬度 425.0 ～440.0m，厚 2.5～6.0m，基座巖面高程 606.0～612.0m。

1.2 地層巖性與工程地質(zhì)單元劃分

壩址區(qū)勘察范圍內(nèi)的地層按巖土的工程地質(zhì)特征可劃分為九個工程地質(zhì)單元，七個亞層。各工程地質(zhì)單元劃分見圖1。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造比較簡單，巖層產(chǎn)狀:傾向300°～330°，傾角20°～35°，巖體片理發(fā)育，閉合。壩區(qū)經(jīng)地質(zhì)調(diào)查及勘察未發(fā)現(xiàn)斷層，在河床有一乳白色的長石石英巖透鏡體，硬脆，較完整，走向與河床斜交，中間夾薄層云母長英質(zhì)變晶糜棱巖，全風(fēng)化，厚0.7～1.5m。未發(fā)現(xiàn)斷裂。長石石英巖脈中發(fā)育有兩組裂隙，較為典型的為兩組高角度“X”節(jié)理裂隙，都呈張開狀，是壩基良好滲漏通道。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)問題及處理建議

2.1 壩基部位工程地質(zhì)問題及處理建議

壩基左、右岸覆蓋層厚度較大，均為第四系全新統(tǒng)堆積層，存在的工程地質(zhì)問題主要有振動液化、滲漏、滲透破壞、壩基抗滑穩(wěn)定等。

圖1 壩址區(qū)工程地質(zhì)單元劃分

2.1.1 振動液化

壩址區(qū)河床漫灘③－2及一級階地④－2覆蓋層中分布的砂層透鏡體，厚 1.4 ～2.1m，頂面埋深 4.0 ～5.5m，高程601.85～603.80m，推測順河向長250m，橫向最大寬度210m，面積約5.25萬m2，均為飽水的少粘性砂土，根據(jù)其地質(zhì)年代、顆粒組成、埋藏條件初判均為可液化砂土。

工程區(qū)地震動峰值加速度為40～80 gal(0.041～0.082 g)(50年超越概率10%)。按中國GB50011－2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》［3］的劃分標(biāo)準(zhǔn)，地震動反應(yīng)譜特征周期值為0.35 s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。砂層標(biāo)貫擊數(shù)N63.5=7.0～12.0擊，根據(jù)計算，該層具液化現(xiàn)象。

綜上所述，地基中所夾砂層透鏡體，范圍較大，埋藏淺，結(jié)構(gòu)松散，③－2、④－2具有地震液化現(xiàn)象，建議予以挖除。

2.1.2 壩基滲透破壞

壩基河漫灘，一、二級階地中含有砂礫石層，由砂礫石的顆分試驗成果可知④－2、⑤－2及⑥層均為顆粒級配不良的土。依據(jù)規(guī)范《GB50487－2008》［2］附錄M 可知，壩址區(qū)一二級階地中的砂礫石互層、礫石滲透破壞形式為管涌型，二級階地的含礫壤土滲透破壞形式為流土型。

2.1.3 滲漏問題

壩基橫跨河床、河漫灘，長166.8m。河床段壩基長93.4m，河床高程599.2～602.4m，強透水地層分別如下:

表層覆蓋第四系③ －2粉細(xì)砂層，厚1.4～3.6m，疏松－稍密，滲透系數(shù)K=40m/d。壩基巖體表面透水率 q≥5.0 Lu的中～弱透水帶的垂直厚度10～20m。下部巖體透水率q＜5.0 Lu，可視為相對隔水層。

該段為漿砌石溢流壩以及沖刷閘、發(fā)電廠房，漿砌石溢流壩基礎(chǔ)處理，應(yīng)清除第四系覆蓋層以及全、強風(fēng)化層，將基礎(chǔ)設(shè)置于弱風(fēng)化巖體上，并進行必要的帷幕防滲處理。

2.1.4 壩基抗滑穩(wěn)定

壩基云母長英質(zhì)變晶糜棱巖，片理發(fā)育，巖體強度具明顯的差異性，垂直片理方向巖體強度(抗壓與抗剪)要大于平行片理方向的強度，而壩基云母長英質(zhì)變晶糜棱巖片理傾角較小，故壩基的抗滑穩(wěn)定為巖體的抗剪強度所控制，而非混凝土與巖體的抗剪(斷)強度，所以在抗滑穩(wěn)定計算時建議采用巖體與巖體指標(biāo)，同時，由于在溢流壩底部分布有兩層長石石英巖脈透鏡體，兩層之間夾0.7～1.5m厚的全風(fēng)化云母長英質(zhì)變晶糜棱巖，該層對壩基抗滑穩(wěn)定不利，建議進行工程處理。

2.2 壩肩部位工程地質(zhì)問題及處理建議

2.2.1 左壩肩

左岸岸坡段為德加(Dja)河二級階地，基巖埋深3～6m左右，二級階地基座巖面高程 614.4～615.6m，614.0m 高程以上為德加河二級階地堆積層構(gòu)成的壤土斜坡，坡面傾角5°～16°，二級階地堆積層表面以Q3壤土為主，底部有一層厚約0.5～2.0m的⑥砂礫石，614.0m高程以下為新元古代(NP3(sq))⑧層灰綠色云母長英質(zhì)變晶糜棱巖。斜坡高12～14m，坡面傾角47°～50°，自然邊坡穩(wěn)定。

山體表面分布有第四系⑤－1層壤土及⑥層礫石。⑤－1層壤土，土質(zhì)不均，含砂粒，厚2.0～2.6m，松散，比重Gs=2.75，含水 ω =20.8% ，干密度 ρd=1.49 g/cm3，滲透系數(shù) k=5.79 × 10－3cm/s，中 等 透 水，壓 縮 系 數(shù) α1－2=0.40 MPa－1，壓縮模量 Es1－2=5.75 MPa，屬中壓縮性，承載力特征值fak=80 kPa;⑥層礫石，分選性及磨圓度差，顆粒級配不良，厚 0.5 ～2.0m，中密，滲透系數(shù) K=15m/d，滲透破壞型式以管涌為主，承載力特征值fak=200 kPa。左壩肩二級階地基座巖面低于水庫設(shè)計蓄水位高程615.0m，基巖斜坡表面全風(fēng)化垂直厚度4.0～12.0m，強風(fēng)化帶的垂直厚度2.0～7.0m;全風(fēng)化水平寬度4～10m，強風(fēng)化水平寬度3.5～6.0m。全風(fēng)化巖體⑧ －1，巖體滲透系數(shù) K=1.4m/d，承載力特征值fak=280 kPa;強風(fēng)化巖體⑧－2，呈碎塊狀，完整性差，巖體強度低，巖體透水率q＞10 Lu，承載力特征值fak=380 kPa。弱風(fēng)化巖體⑧－3基本質(zhì)量級別Ⅳ級，承載力特征值fak=1.0 MPa，巖體表面透水率 q＞5.0 Lu的中 ～弱透水帶的垂直厚度 4.0～7.0m。

建議左壩肩壩基處理原則:⑤－1層由于植物根系發(fā)育，含腐殖質(zhì)，應(yīng)予以挖除，⑥層砂礫石層屬強透水，應(yīng)予以截滲處理，挖除或作截滲墻處理，壩基基礎(chǔ)可選擇強風(fēng)化巖體⑧－2下部。

2.2.2 右壩肩

右岸地貌單元為一級階地及二級階地。一級階地坡緩，長 111.3m，地面高程607.5～608.7m，上部堆積④ －1 層砂壤土和下部堆積④－2層粉細(xì)砂層夾窩狀礫石層。④－1層厚度 3.0 ～4.0m，土質(zhì)不均，松散 ～ 中密，比重 Gs=2.75，含水 ω =26.0% ，干密度 ρd=1.46 g/cm3，滲透系數(shù) k=5.79 ×10－3cm/s，相對壓縮系數(shù) α1－2=0.27 MPa－1，壓縮模量 Es1－2=11.34 MPa，承載力特征值 fak=130 kPa，允許不沖流速 V=0.25～0.35m/s，滲透破壞型式為流土型，飽和抗剪強度參數(shù):c=8.5 kPa，φ=7°;一級階地下部④ －2礫石層厚度1.5～3.0m，中密，砂礫石層顆粒級配不均勻，滲透系數(shù) k=40m/d，J允許 =0.10～0.12，滲透破壞型式以管涌為主，承載力特征值fak=180 kPa。二級階地斜坡長420.8m，地面高程608.7～618.0m，地層巖性為⑤－1層壤土、⑤－2層含礫壤土、⑥礫石層及⑧云母長英質(zhì)變晶糜棱巖組成。⑤－1層壤土厚 1.0 ～2.0m，松散，比重 Gs=2.75，含水 ω =20.8% ，干密度 ρd=1.49 g/cm3，滲透系數(shù) k=5.79 ×10－3cm/s，相對壓縮系數(shù) α1－2=0.40 MPa－1，壓縮模量 Es1－2=5.75 MPa，飽和抗剪強度參數(shù):c=8.5 kPa，φ=6°，承載力特征值 fak=80 kPa;⑤ －2層含礫壤土，厚 2.0～3.0m，中密，蟲孔發(fā)育，比重 Gs=2.75，含水 ω =22.6% ，干密度 ρd=1.54 g/cm3，滲透系數(shù) k=9.26 ×10－3cm/s，飽和抗剪強度參數(shù):c=13.1 kPa，φ=13°，承載力特征值 fak=160 kPa。兩層均為中等透水，J允許=0.25～0.35，滲透破壞型式為流土型;二級階地下部⑥礫石層厚度小于1.3m，密實，滲透系數(shù) K=15.0m/d，滲透破壞形式為管涌，J允許=0.10 ～0.12，承載力特征值 fak=200 kPa;基巖為⑧云母長英質(zhì)變晶糜棱巖，上部⑧－1全風(fēng)化帶垂直厚度2.0～11.0m，承載力特征值 fak=280 kPa;中部強風(fēng)化⑧－2垂直厚度1.0～3.5m，巖體基本質(zhì)量級別為Ⅴ級，承載力特征值fak=380 kPa;下部弱風(fēng)化巖體⑧－3基本質(zhì)量級別為Ⅳ級，地基承載力特征值fak=1.0 MPa。

基座巖體表面透水率q≥5.0 Lu的中～弱透水帶的垂直厚度3～12m，下部巖體巖體透水率q＜5 Lu，可視為相對隔水層。砂礫石層顆粒級配不良，易發(fā)生滲透破壞，滲透破壞型式以管涌為主。

建議右壩肩壩基處理原則:⑤－1層由于植物根系發(fā)育，含腐殖質(zhì)，應(yīng)予以挖除;下部⑤－2層，疏松，強度低，應(yīng)予以挖除或夯壓處理，才能做為壩基基礎(chǔ);⑥層砂礫石層強透水，應(yīng)予以截滲處理，挖除或作截滲墻處理。

3 結(jié)語

喀麥隆Mekin水電站壩址區(qū)地層巖性相對復(fù)雜，為了選擇合理的壩基基礎(chǔ)及處理方案，需查明壩址區(qū)地層巖性、分布、厚度及其物理力學(xué)指標(biāo)。本文闡述了喀麥隆Mekin水電站壩址區(qū)復(fù)雜的工程地質(zhì)條件，評價壩基處理方案，為設(shè)計提供較為合理的工程地質(zhì)建議。

［1］呂新民，等.喀麥隆 Mekin水電站工程地質(zhì)勘察報告(初設(shè))［R］.西安，機械工業(yè)勘察設(shè)計研究院.2010.

［2］水利水電地質(zhì)勘察規(guī)范(GB50487－2008)［S］.中國計劃出版社.北京.2009.

［3］建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011—2010)［S］.中國建筑工業(yè)出版社.北京.2010.