黃偉　王磊　代常友

【摘 要】本文對(duì)貴州某水庫(kù)壩址區(qū)工程地質(zhì)條件進(jìn)行了分析，通過(guò)壩型比選選取了地質(zhì)條件適宜、技術(shù)可行、投資低的瀝青混凝土心墻壩，針對(duì)水工建筑物特點(diǎn)，對(duì)存在的工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為壩址區(qū)水工建筑物的設(shè)計(jì)、施工提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】工程地質(zhì)條件;壩基;巖體

中圖分類號(hào)： TV64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）28-0197-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.28.090

0 前言

貴州某水庫(kù)位于貴州省銅仁市的清渡河上，總庫(kù)容768.5萬(wàn)m3，最大壩高58.5m，壩頂長(zhǎng)139.10m。擬采用瀝青混凝土心墻壩，永久樞紐建筑物主要由大壩和溢洪道組成。本文根據(jù)壩址區(qū)工程地質(zhì)條件，對(duì)壩型進(jìn)行比選，針對(duì)水工建筑物特點(diǎn)，對(duì)存在的工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

壩址處河流流向約N7°E，兩岸山體雄厚，河谷狹窄，呈“V”型谷，河床寬約8m，屬低山峽谷地貌。壩址區(qū)左岸基巖裸露，735m高程以下坡度較緩，為12°～23°，735m～820m高程坡度陡峭，多為50°～75°，局部近直立，820m以上高程地形較緩;壩址區(qū)右岸多為第四系松散堆積物，地形一般為上緩下陡，坡度一般為30°～40°。壩址兩岸沖溝發(fā)育，基本與河床垂直。

1.2 地層巖性

壩址區(qū)地層巖性簡(jiǎn)單，可分為寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組（）白云巖及第四系（Q4）松散堆積層。

寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組（）巖性主要為灰色厚層狀微粒白云質(zhì)緬狀白云巖及砂質(zhì)白云巖。壩址區(qū)巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，鉆孔巖芯呈碎石狀，鉆孔R(shí)QD值為0～20%，平均7%。在部分層面間見(jiàn)有夾泥。壩址區(qū)出露巖體一般為弱風(fēng)化，局部含有較薄的強(qiáng)風(fēng)化層。巖層產(chǎn)狀為295°～305°∠30°～35°。

第四系全新統(tǒng)（Q4）松散堆積層主要分布于河谷、支溝、兩岸山坡及山上，按成因可分為沖洪積堆積和坡殘積堆積物。第四系全新統(tǒng)沖洪積物（Q4al+pl）主要為砂土卵礫石層，主要分布于河谷、河流支溝溝口處，厚0.5m～3.0m，組成物為卵礫石及砂土。礫石含量約60%，卵礫石粒徑一般為3cm～20cm，最大粒徑50cm。第四系全新統(tǒng)坡、殘積物（Q4dl+el）分布于河流兩岸，厚度2m～6m，組成物為黃褐色粘土、壤土夾少量碎石，碎石含量約15%～40%，呈棱角狀，粒徑一般0.3cm～5cm。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，斷層、節(jié)理較發(fā)育。壩址區(qū)發(fā)育和工程密切相關(guān)的斷層主要有2條，分別為F1斷層和F2斷層。

F1斷層：為區(qū)域斷裂茶園坳斷裂的次生斷層，產(chǎn)狀為315°～325°∠75°～90°，沿走向從壩址區(qū)左岸至下壩址右岸穿過(guò)，延伸長(zhǎng)度大于3000m，為一壓扭性斷層，斷層帶及影響帶寬約5m～10m，帶內(nèi)物質(zhì)主要為斷層角礫夾斷層泥等。該斷層位于壩址左岸，未穿過(guò)壩基巖體，對(duì)壩址影響不大。

F2斷層：產(chǎn)狀為92°～100°∠80°～90°，發(fā)育于庫(kù)區(qū)右岸，向北穿過(guò)壩址右岸與F1斷層相交，延伸長(zhǎng)度大于1000m，為一壓扭性斷層，斷層帶及影響帶寬約3m～5m，物質(zhì)主要為斷層角礫夾斷層泥等。該斷層穿過(guò)壩基下部，由于該斷層為壓扭性斷層且斷層帶內(nèi)物質(zhì)斷層泥具有阻水作用，對(duì)壩基滲漏影響不大。

1.4 水文地質(zhì)條件

壩址區(qū)地下水類型主要為第四系松散堆積物孔隙水和碳酸鹽巖裂隙溶洞水兩種類型。第四系松散堆積物孔隙水主要埋藏在兩岸坡殘積物或河床覆蓋層中，受大氣降水或基巖裂隙水的補(bǔ)給，向低洼處或下游排泄，受季節(jié)影響大，且排泄較快，雨季可見(jiàn)地下水露頭;河床覆蓋層中的地下水主要受河水補(bǔ)給，向下游排泄，水量穩(wěn)定。由于壩址區(qū)高臺(tái)組白云巖含碎屑巖夾層及泥質(zhì)、硅質(zhì)等不可溶物較多，其溶蝕程度及富水性較差，溶孔、溶隙不發(fā)育。碳酸鹽巖裂隙溶洞水主要以裂隙水為主，裂隙溶洞水進(jìn)一步可分為淺層裂隙溶洞水和深層裂隙承壓水。淺層裂隙溶洞水主要接受降雨和地表水補(bǔ)給，向河谷或下游排泄;而深層裂隙承壓水主要與巖性組合特征有關(guān)，巖體內(nèi)部有相對(duì)隔水層，在低洼處出露時(shí)具承壓性，主要由受大氣降水和相鄰含水層補(bǔ)給，向河谷或下游排泄。壩址區(qū)巖溶發(fā)育很弱。

根據(jù)壩址區(qū)鉆孔壓（注）水試驗(yàn)結(jié)果，巖體的透水性特征明顯，透水率隨深度增加而減弱，這與巖體風(fēng)化卸荷及節(jié)理垂向發(fā)育規(guī)律一致。覆蓋層為強(qiáng)透水，弱風(fēng)化弱卸荷帶上部為中等透水，一般厚9.0m～18.5m，其下為弱～微透水。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[1]環(huán)境水腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，河水和地下水對(duì)混凝土及混凝土中的鋼筋均無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕。

1.5 泥化夾層

根據(jù)鉆孔巖芯編錄及坑槽探揭露情況，壩址區(qū)巖體沿裂隙充填有次生夾泥，夾泥呈紫紅色，厚1cm～5cm，其類型為泥夾少量碎屑型。根據(jù)巖礦鑒定分析成果顯示：巖石中有少量黑色渾濁物質(zhì)，可能為有機(jī)質(zhì)或碳質(zhì)，巖石裂隙中充填有泥質(zhì)?？梢?jiàn)巖體中的夾泥為次生夾泥，主要為沿層間裂隙充填的次生夾泥，其連通率隨深度的增加而降低，上部連通率在80%以上。

1.6 巖石物理力學(xué)性質(zhì)

壩址區(qū)弱風(fēng)化弱卸荷帶內(nèi)巖石的干密度2.66g/m3～2.83g/m3，平均2.79g/m3;飽和吸水率為0.20%～0.78%，平均0.37%;單軸飽和抗壓強(qiáng)度為23.7MPa～72.0MPa，平均41.8MPa;飽和靜彈模14.7×103MPa～64.9×103MPa，平均34.6×103MPa;飽和靜泊松比為0.08～0.38，平均為0.24;軟化系數(shù)為0.44～0.87，平均0.65。微風(fēng)化～新鮮巖石干密度2.79g/m3～2.83g/m3，平均2.81g/m3;飽和吸水率為0.18%～0.36%，平均0.28%;單軸飽和抗壓強(qiáng)度為36.5MPa～91.2MPa，平均59.7MPa;飽和靜彈模7.8×103MPa～55.6×103MPa，平均42.2×103MPa;飽和靜泊松比為0.24～0.35，平均為0.28;軟化系數(shù)為0.86～0.92，平均0.88。

1.7 壩基巖體分類

壩基巖體坐落在弱風(fēng)化弱卸荷帶基巖上，弱風(fēng)化弱卸荷帶巖石屬中硬巖。壩基巖體破碎，根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》規(guī)定，壩基巖體為碎裂結(jié)構(gòu)。根據(jù)壩址區(qū)巖石室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和鉆孔聲波測(cè)井成果，參照《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[2]中的BQ法對(duì)壩址區(qū)巖體進(jìn)行工程地質(zhì)分類，壩址區(qū)弱風(fēng)化卸荷帶巖體為Ⅳ類巖體，微風(fēng)化～新鮮巖體為Ⅲ類巖體。

2 壩型比選

根據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，考慮到壩址區(qū)壩基巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，裂隙分布有夾泥，夾泥類型為泥夾少量碎屑型，其力學(xué)性質(zhì)很差，同時(shí)巖層產(chǎn)狀為295°～305°∠30°～35°，傾角較緩，相對(duì)于壩軸線緩傾向下游，因此建重力壩存在壩基抗滑穩(wěn)定性問(wèn)題，工程處理難度較大。而土石壩對(duì)壩基的要求不是很高，壩址區(qū)的地質(zhì)條件滿足修建土石壩的要求，且當(dāng)?shù)赜谐渥愕奶烊唤ㄖ牧稀自茙r、灰?guī)r，因此壩址區(qū)較適合修建土石壩。土石壩選取混凝土面板堆石壩和瀝青混凝土心墻壩進(jìn)行比選。面板壩由于左岸地形陡峻，造成趾板線的開(kāi)挖量很大，并且形成高邊坡;右岸存在順坡向?qū)用?，指?biāo)較低，趾板開(kāi)挖寬度較大，邊坡穩(wěn)定較差。而瀝青混凝土心墻壩對(duì)基礎(chǔ)要求低，壩基巖體發(fā)育的泥化夾層對(duì)壩基穩(wěn)定基本無(wú)影響，同時(shí)可利用壩基左岸陡峻地形，僅需沿地面坡度挖出心墻基座即可，可大大減少壩基開(kāi)挖量，投資較小，故選取壩型為瀝青混凝土心墻壩。

3 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

水庫(kù)大壩為瀝青混凝土心墻壩，永久樞紐建筑物主要由大壩和溢洪道組成。各建筑物工程地質(zhì)評(píng)價(jià)如下。

3.1 大壩工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

（1）壩基穩(wěn)定性問(wèn)題

壩址處河床分布沖洪積砂卵石，厚0.5m～1.0m，結(jié)構(gòu)松散。壩基巖體破碎呈碎裂結(jié)構(gòu)，且沿層間裂隙分布有夾泥。擬建大壩壩型為瀝青混凝土心墻壩，其對(duì)基礎(chǔ)要求較低，壩基基本不存在穩(wěn)定性問(wèn)題，而河床覆蓋層較?。ê?.5m～1.0m），因此可直接清除覆蓋層后將基礎(chǔ)坐落在弱風(fēng)化弱卸荷基巖上。

（2）壩肩穩(wěn)定性問(wèn)題

壩址兩岸山體雄厚，巖層傾向左岸偏下游，傾角為30°～35°。左壩肩岸坡陡峻，邊坡為斜逆向坡，邊坡整體穩(wěn)定，但局部結(jié)構(gòu)面不利組合可能形成不穩(wěn)定塊體，對(duì)邊坡局部穩(wěn)定不利，在邊坡開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)引起重視，應(yīng)采取相應(yīng)支護(hù)措施。右壩肩邊坡傾向左岸偏下游，為斜順向坡，邊坡坡度一般為28°～30°，邊坡巖層傾角略大于坡度，目前天然狀態(tài)下邊坡整體基本穩(wěn)定。但考慮到巖體破碎，結(jié)構(gòu)面很發(fā)育，尤其巖層含夾泥，結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度很低，一旦邊坡出現(xiàn)臨空面邊坡將不穩(wěn)定。因此在施工過(guò)程時(shí)，應(yīng)重視壩肩開(kāi)挖的邊坡穩(wěn)定性，在開(kāi)挖過(guò)程中采取錨桿加固、噴混凝土等工程處理措施以確保邊坡穩(wěn)定。

（3）壩基及繞壩滲漏問(wèn)題

河床壩基巖體中等透水深約18m，壩基存在一定的壩基和繞壩滲漏問(wèn)題，需采取防滲處理措施，可進(jìn)行帷幕灌漿，灌漿深度應(yīng)深入5Lu線下不少于3m。F2斷層從壩基下部穿過(guò)，由于其為壓扭性斷層，斷層帶內(nèi)物質(zhì)為斷層角礫夾斷層泥，有阻水作用，因此對(duì)壩基滲漏影響不大，可結(jié)合壩基巖體進(jìn)行防滲處理。

3.2 溢洪道工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

溢洪道布置于壩址右岸，地形較緩，地形坡度一般為12°～18°，局部稍陡為30°～37°。溢洪道最大邊坡高達(dá)55m，溢洪道軸線方向?yàn)镹12.5°W，巖層產(chǎn)狀為295°～305°∠30°～35°，溢洪道邊坡為斜順向坡，巖層傾角比地形坡度稍陡一些，由于現(xiàn)狀條件下無(wú)臨空面的存在，自然邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)壩址區(qū)節(jié)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，第二組節(jié)理產(chǎn)狀為190°～210°∠80°，對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。同時(shí)巖體沿層面發(fā)育有夾泥，其連續(xù)性好，其物理力學(xué)性質(zhì)很差。當(dāng)溢洪道開(kāi)挖后出現(xiàn)臨空面時(shí)，其邊坡易沿含夾泥的軟弱層面滑動(dòng)。夾泥摩擦系數(shù)為0.25，其摩擦角為15°，小于邊坡坡角，邊坡不穩(wěn)定。因此必須對(duì)邊坡采取必要的支護(hù)措施，考慮到巖體破碎，建議進(jìn)行錨索加固支護(hù)，建議邊坡開(kāi)挖坡比為1：0.75～1：1。

4 結(jié)論

（1）壩址區(qū)有2條壓扭性斷層穿過(guò)，巖體沿層面發(fā)育有泥化夾層，壩基巖體破碎為碎裂結(jié)構(gòu)，弱風(fēng)化弱卸荷巖體為Ⅳ類巖體，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

（2）壩型的選擇首先應(yīng)根據(jù)壩址工程地質(zhì)條件進(jìn)行選取，然后對(duì)適宜壩型在設(shè)計(jì)、施工、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行綜合比選。本工程選取的瀝青混凝土心墻壩，不僅對(duì)壩基要求低，可避開(kāi)壩基發(fā)育的泥化夾層對(duì)壩基的影響，而且技術(shù)可行、施工方便、投資較低。

（3）通過(guò)對(duì)壩址區(qū)的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)，壩址區(qū)最主要的工程地質(zhì)問(wèn)題為右岸的斜順向坡邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，應(yīng)引起足夠重視。不論是大壩右岸開(kāi)挖，還是溢洪道邊坡開(kāi)挖，由于巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，層間發(fā)育有泥化夾層，均存在邊坡不穩(wěn)定問(wèn)題，須采取工程處理措施。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB50487-2008）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[2]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50218-2014）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.