柳申周

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司山西太原030024）

1 工程概況

某水電站工程地處紫紅河干流上，攔河壩為混凝土重力壩，最大壩高40 m，正常蓄水位低于壩高4.0 m。水電站總裝機(jī)容量325 kW，屬?。ㄒ唬┬退娬窘ㄔO(shè)工程。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)具山間河谷地貌。壩址區(qū)河流流向S73°W，河谷寬210～300 m，斷面呈“U”字型，右岸基巖岸坡陡，左岸土質(zhì)岸坡較緩。壩址左岸為侵蝕堆積岸，右岸為一單薄山梁，屬于剝蝕侵蝕低中山區(qū)。

壩址區(qū)地層巖性為第四系松散堆積物和三疊系劉家溝地層。松散堆積物根據(jù)其物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征，其成因類型如下：1）地滑堆積（Q2del）碎裂狀砂巖、粉砂巖及泥巖，分布于左岸山梁中上部。2）崩塌坡積堆積（Q2col+dl）混合土塊（碎）石，分布于左岸坡中下部位。3）洪積（Q2pl）低液限黏土，分布于兩岸山梁及岸坡上部。4）洪沖積（Q42pal）卵石混合土、低液限粉土，分布于河床與河漫灘。劉家溝組（T1l）紫紅色砂巖、粉砂巖，間夾礫巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖薄層，巖層產(chǎn)狀N10°～30°W/SW∠6°～15°，強(qiáng)風(fēng)化層2～5 m。

工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，地震基本烈度為7度。壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，巖層整體呈單斜構(gòu)造，巖體主要節(jié)理裂隙發(fā)育有3 組。

3 壩基工程地質(zhì)問(wèn)題及評(píng)價(jià)

3.1 建基面選擇

壩基卵石混合土層和強(qiáng)風(fēng)化砂巖、粉砂巖，地基承載力低，且存在不均勻變形，而且砂巖、粉砂巖弱風(fēng)化層工程地質(zhì)性質(zhì)較差，不能滿足設(shè)計(jì)要求，建議全部挖除，將壩基置于砂巖、粉砂巖弱風(fēng)化中上部，并進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，厚度5～8 m。建議弱風(fēng)化砂巖、粉砂巖承載力1～2 MPa；基坑臨時(shí)開挖邊坡，卵石混合土層1∶0.75，基巖風(fēng)化層1∶0.3～1∶0.5。

3.2 壩基抗滑穩(wěn)定性

大壩壩基基巖主要為劉家溝組砂巖、粉砂巖夾泥巖。泥巖單層厚度在0.02～0.45 m 之間，泥巖層具有泥化和局部泥化現(xiàn)象的特征。據(jù)壩基鉆孔揭露，壩基基巖中主要分布有泥化夾層2～7 層。從地質(zhì)剖面上分析，其發(fā)育程度隨巖層的埋深增大而減小，淺部較發(fā)育，深部不發(fā)育，軟弱巖層和泥化夾層連續(xù)性較差，一般呈局部泥化，僅在壩基淺部部分地段呈連續(xù)分布。泥化夾層大部分為泥含粉粒碎屑型，局部為黏泥型、碎屑碎塊型或碎屑夾泥型，屬于無(wú)膨脹性或微膨脹性巖石。

從地層巖性、巖層產(chǎn)狀、軟弱巖層發(fā)育情況綜合分析，壩基在泥巖巖層分布較淺的壩段，特別是泥巖層呈泥化狀態(tài)時(shí)對(duì)大壩抗滑穩(wěn)定不利。建議清除壩基淺表處泥巖層，沿壩線方向開挖一定深度的齒槽，并回填混凝土封閉，增強(qiáng)壩基巖體抗滑穩(wěn)定性，必要時(shí)采取錨固或錨索措施。

3.3 壩基滲漏

壩基置于弱風(fēng)化巖體中上部，據(jù)鉆孔壓（注）水試驗(yàn)資料，壩基下基巖為中等透水巖體，存在壩基滲漏問(wèn)題。壩基滲漏量按下式進(jìn)行計(jì)算。

式中：B——滲漏帶寬度，取243 m；

q——壩基單寬滲漏量，m3/（d·m）；

kcp——滲透帶平均滲透系數(shù)，取0.38 m/d；

H——壩前壩后水位差，取27.4 m；

2b——壩基寬，取41 m；

T——滲透層厚度，取15 m。

經(jīng)計(jì)算，壩基滲漏量678 m3/d。其滲透性較強(qiáng)，易產(chǎn)生壩下滲流，建議對(duì)壩基進(jìn)行防滲帷幕灌漿處理。

4 左壩肩工程地質(zhì)問(wèn)題及評(píng)價(jià)

4.1 穩(wěn)定性分析

4.1.1 地質(zhì)概況

左壩肩為土質(zhì)岸坡，岸坡坡度25°～35°，坡腳處局部陡立。岸坡及梁頂部為松散層所覆蓋。左壩肩山梁背河側(cè)為基巖小沖溝，邊坡坡度32°～55°，溝壁基巖裸露。地層巖性自上而下依次為：1）洪沖積（Q42pal）卵石混合土、低液限粉土；2）崩塌坡積堆積（Q2col+dl）塊（碎）石混合土、混合土塊（碎）石；3）地滑堆積（Q2del）碎裂狀砂巖、粉砂巖及泥巖；4）劉家溝組（T1l）紫紅色砂巖、粉砂巖，間夾礫巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖薄層，基巖面呈臺(tái)階狀分布。見圖1 左壩肩山梁構(gòu)成示意圖。

圖1 左壩肩山梁的構(gòu)成示意圖

4.1.2 崩塌坡積體穩(wěn)定分析

左壩肩崩塌坡積堆積（Q2col+dl）混合土塊（碎）石、塊（碎）石混合土，結(jié)構(gòu)松散，且局部有架空現(xiàn)象存在不均勻變形，不宜作為壩肩。在雨水、庫(kù)水作用下，堆積體易產(chǎn)生失穩(wěn)坍塌、變形，其穩(wěn)定性差。左壩肩混合土塊碎石堆積體穩(wěn)定性差，將產(chǎn)生坍岸破壞。建議將左壩肩處的混合土塊（碎）石堆積體全部清除，將大壩置于弱風(fēng)化完整基巖上。開挖邊坡1∶1.00～1∶1.50，必要時(shí)可放緩，并采取支護(hù)措施，確保施工安全。

4.1.3 坍滑體穩(wěn)定分析

左壩肩坍滑體（Q2del）為一古老坍滑體。從鉆探資料分析，巖層中未發(fā)現(xiàn)有泥化夾層，以及明顯錯(cuò)動(dòng)帶，這將有利于巖體的穩(wěn)定。從目前地表觀察，未發(fā)現(xiàn)有變形位移的跡象，坍滑體處于穩(wěn)定狀態(tài)期。在水庫(kù)興建后，庫(kù)水位高程低于坍滑體滑動(dòng)面，庫(kù)水不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生淹浸作用，不會(huì)影響其穩(wěn)定性而造成坍滑體復(fù)活。建議對(duì)左壩肩上部坍滑體進(jìn)行部分清除，進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性，并采取必要的支護(hù)措施。

4.1.4 巖體穩(wěn)定分析

在施工期由于人工開挖，左壩肩岸坡松散堆積體被清除，壩肩巖體處于臨空狀態(tài)，且壩肩巖體傾向與坡向相同，為順向坡。壩肩巖體受節(jié)理裂隙與卸荷裂隙切割，巖體多呈塊體狀，可能存在掉塊或局部崩塌現(xiàn)象。建議清除全強(qiáng)風(fēng)化層，將壩體置于弱風(fēng)化巖體上，并對(duì)壩肩基巖巖體進(jìn)行錨固和固結(jié)灌漿。

4.2 繞壩滲漏

據(jù)左壩肩地層結(jié)構(gòu)、地形條件及鉆孔壓（注）水試驗(yàn)資料，正常蓄水位以下左壩肩的中等透水巖體存在繞壩滲漏問(wèn)題。繞壩滲漏量按下式進(jìn)行計(jì)算。

式中：k——滲透系數(shù)，取4.3 m/d；

H——壩上下游水頭差，取27.4 m；

h1、h2——上、下游含水層厚度，分別取16.5 m、0 m；

B——繞壩滲漏寬度，取55 m；

r0——繞壩滲漏最小半圓半徑，取20.5 m。

經(jīng)計(jì)算，左壩肩繞壩滲漏量為302.4 m3/d。繞壩滲漏量較強(qiáng)，建議采取帷幕防滲處理措施，灌漿深度約20 m，帷幕長(zhǎng)度60 m。

5 右壩肩工程地質(zhì)問(wèn)題及評(píng)價(jià)

5.1 穩(wěn)定性分析

右壩肩為巖質(zhì)岸坡，巖層傾向與岸坡相反，為逆向岸坡，且?guī)r體中未發(fā)現(xiàn)有泥化夾層軟弱結(jié)構(gòu)面存在，巖體穩(wěn)定性好。由于岸坡陡立，裂隙較發(fā)育，岸邊局部有可能產(chǎn)生巖塊崩塌現(xiàn)象。

5.2 單薄山梁繞壩滲漏

右壩肩處于單薄山梁中部，山梁外側(cè)發(fā)育有平行于紫紅河的西嶺溝，存在單薄山梁繞壩滲漏問(wèn)題，繞壩滲漏主要發(fā)生在右壩肩中等透水巖體中。單薄山梁滲漏量據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q—總滲漏量，m3/d；

k—滲透系數(shù)，取0.55 m/d；

H1、H2——上、下游含水層厚度，分別取28 m、20 m；

h1-h2——庫(kù)水位與下游水位差，取38 m；

L——過(guò)水段平均距離，取600 m；

B——滲透段總長(zhǎng)度，取350 m。

經(jīng)計(jì)算，單薄山梁滲漏量為293 m3/d。建議采取帷幕防滲處理措施，灌漿深度約30 m，帷幕長(zhǎng)度約350 m。

6 結(jié)論及建議

工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，地震基本烈度為Ⅶ度。壩基下部發(fā)育多層泥化夾層，存在壩基抗滑穩(wěn)定問(wèn)題，建議清除壩基淺表處泥巖層，并沿壩線方向開挖一定深度的齒槽。左壩肩土質(zhì)岸坡存在岸坡穩(wěn)定性問(wèn)題，建議對(duì)左壩肩崩塌坡積堆積體和壩滑體進(jìn)行清除，對(duì)壩肩巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，并采取必要的支護(hù)措施。壩基、壩肩存在滲漏問(wèn)題，建議進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理。