羅軍昌

(青海堰河建設(shè)工程勘測設(shè)計(jì)咨詢有限公司,青海 西寧 810000)

1 工程概況

宕昌縣城區(qū)飲用水源地水庫位于甘肅省宕昌縣境內(nèi)的岷江右岸一級支流缸溝河上游,距宕昌縣城約18.5 km,距何家堡鄉(xiāng)約6 km,水庫樞紐位于缸溝河與木香溝匯合口以上575 m處,屬于岷江林業(yè)總廠林區(qū)。工程建設(shè)的主要任務(wù)是新建缸溝水源地水庫工程,替代宕昌縣城區(qū)供水工程已建的低壩引水樞紐,對缸溝河徑流進(jìn)行調(diào)蓄,增加供水量,提高居民生活、生產(chǎn)供水保證率,有效緩解城區(qū)水量供需矛盾,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。宕昌縣城區(qū)飲用水源地水庫是一座以城鎮(zhèn)生活供水為主的水利樞紐工程,主要由缸溝水庫大壩、輸水系統(tǒng)(缸溝輸水管道、木香溝輸水管道、進(jìn)水池)等建筑物組成。水庫大壩主要由擋水壩段、溢流壩段、泄洪底孔和壩內(nèi)埋管組成[1]。輸水系統(tǒng)由缸溝水庫輸水管及木香溝輸水管輸水至進(jìn)水池與原宕昌縣城區(qū)供水工程供水管道對接后,以重力有壓流輸水至河口村縣城凈水廠。水庫工程總庫容320.56萬 m3,最大壩高69 m。

2 庫區(qū)基本地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

庫區(qū)位于缸溝中游河段,缸溝在此段流向大致由南向北,河谷呈“U”型,谷寬50～100 m,高程在2 130～ 2 064 m之間,河道縱坡3.5%,河道兩岸階地不發(fā)育,主要以高漫灘為主,漫灘高出主河床1.5～2.0 m,順河岸呈長條形分布,寬度40～70 m,長度180～300 m,溝道兩岸山體雄厚高聳,岸坡陡峻,局部基巖裸露,植被覆蓋較好,左岸最大高程約2 683 m,右岸最大高程約2 895 m,相對高差600～850 m。庫內(nèi)地形相對較破碎,兩岸支溝發(fā)育,規(guī)模較大的有3 條,切割深度150～300 m,溝底有常年流水,溝口分布小型洪積扇。庫區(qū)山坡表層及主河槽處有5～10 m 殘坡積碎石土或砂礫石分布,山坡自然坡度30°～50°。

2.2 地層巖性

庫區(qū)出露的地層比較簡單,主要有三疊系(T)厚層砂巖、粉砂巖和板巖及第四系(Q)各種成因類型的松散堆積物為主,現(xiàn)根據(jù)地層的沉積關(guān)系從老至新分述如下:

2.2.1 三疊系(Tb)

水庫區(qū)出露的地層主要以三疊系第二巖性組第四巖性段(Tb-4)巖層為主,該套巖層巖性由淺灰色和灰綠色中厚層-厚層狀中-細(xì)粒砂巖、深灰色板巖等組成,以砂巖為主,個別位置近乎全部為砂巖,板巖為其夾層或局部為兩組合,砂巖單層厚20～50 cm,局部見有厚層狀,單層厚80～100 cm,聯(lián)層厚度3.0～10 m;板巖呈薄層層狀,單層厚0.5～3 cm,聯(lián)層厚度0.5～3.0 m,板巖中多見有層間揉性小褶曲,板理極發(fā)育,風(fēng)化強(qiáng)烈,風(fēng)化后呈板狀、魚鱗片狀、碎沬狀。

2.2.2 第四系全新統(tǒng)(Q4)

(1)Q43al+pl沖洪積層:為缸溝河床、河漫灘堆積物,為厚度5.5～8.2 m 的砂礫石層。

(2)洪積物(Q43pl):巖性為塊碎石土,厚度較大,一般在5.0～10 m 之間,主要分布于缸溝兩岸支流小型沖溝溝口處。

(3)Q4eld殘坡積層:殘坡積碎石土,結(jié)構(gòu)稍密,磨圓度及分選性差,呈棱角-次棱角狀,主要分布在缸溝及其兩岸沖溝山坡坡腳處。

(4)Q4r人工填土:主要為組成公路路基的砂卵礫石、碎石土及礫質(zhì)土等。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

庫區(qū)地處秦嶺東西復(fù)雜構(gòu)造帶哨院向斜,該向斜為一軸面傾向南西的倒轉(zhuǎn)向斜,向斜核部從壩址區(qū)下游的木香溝口通過,其東北翼正常,次一級褶皺不甚發(fā)育,僅有以圓滑褶曲為主的少數(shù)褶皺;西南翼地層絕大部分傾向南南西,呈倒轉(zhuǎn)產(chǎn)出,次一級褶皺遠(yuǎn)離向斜軸部逐漸發(fā)育,且軸面均傾向南南西,為同斜式緊密倒轉(zhuǎn)褶皺。庫內(nèi)壩軸線南約600 m處發(fā)育一小型向斜構(gòu)造,核部走向約為NW280°,核部巖性為灰?guī)r,兩翼為三疊系(Tb-4)厚層砂巖、粉砂巖和板巖組合,產(chǎn)狀分別為NW300°SW∠60°、NW300°SE∠55°。近場區(qū)的新構(gòu)造運(yùn)動比較發(fā)育,主要以垂直升降運(yùn)動為主,巖體中無規(guī)模較大的構(gòu)造破碎帶通過,次級小斷層及裂隙較發(fā)育,以擠壓性斷裂為主。根據(jù)現(xiàn)場測繪,水庫壩址南約1.2 km處的缸溝峽谷中發(fā)育有兩條小斷層(F3、F4),斷層NNW向展布,產(chǎn)狀NW335°SW∠60°,出露長度約150 m,寬15～20 m 不等,平行產(chǎn)出,屬左行平移斷裂,構(gòu)造巖石為碎裂長石石英砂巖、碎裂板巖,上、下盤巖石為三疊系(Tb-4)長石石英砂巖夾板巖,由于構(gòu)造作用的影響,斷裂構(gòu)造附近形成了約2 m左右厚的崩塌體,未發(fā)現(xiàn)第四系以來未有活動跡象。

2.4 水文地質(zhì)

庫區(qū)地下水類型主要有第四系孔隙潛水和基巖裂隙水兩類,孔隙潛水賦存于透水性強(qiáng)的溝底沖洪積砂礫石層和沖溝坡腳崩坡積塊碎石層孔隙中,接受大氣降水補(bǔ)給,最終排泄于缸溝主溝道內(nèi);基巖裂隙水賦存在三疊系下統(tǒng)(T)厚層砂巖、粉砂巖和板巖的風(fēng)化、構(gòu)造裂隙中,以泉的形式出露在缸溝兩岸支溝溝腦及山坡坡腳處,最終排泄于缸溝中。地下水及地表水水質(zhì)均較好,對普通混凝土無腐蝕性,可作施工用水。

2.5 不良地質(zhì)現(xiàn)象

水庫區(qū)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖體風(fēng)化、不穩(wěn)定斜坡、滑坡、崩塌、泥石流和溝道洪流、季節(jié)性凍土。

2.5.1 巖體風(fēng)化

水庫區(qū)出露的巖性多為厚層砂巖、粉砂巖和板巖,板巖抗風(fēng)化侵蝕能力差,砂巖抗風(fēng)化侵蝕能力稍強(qiáng),形成參差不齊的基巖岸坡,地貌上表現(xiàn)為深淺不一的凹凸不平差異風(fēng)化現(xiàn)象。根據(jù)本區(qū)氣候特點(diǎn),巖體以物理風(fēng)化為主,裸露基巖表層風(fēng)化強(qiáng)烈,其進(jìn)一步發(fā)育就是重力崩坍。

2.5.2 不穩(wěn)定斜坡

主要分布于岸坡陡峻的順向坡段,由于基巖岸坡在長期應(yīng)力釋放及重力等綜合因素作用下,谷坡巖體向臨空方向卸荷變形明顯,主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)面拉張松弛變形,使表部巖體內(nèi)走向與坡向基本一致的層面或裂隙多松弛張開,進(jìn)而發(fā)生崩塌。根據(jù)地質(zhì)測繪,強(qiáng)卸荷巖體零散分布于陡峻的順向坡段,一般水平寬度5～15 m,深度2～3 m,崩塌物主要以山坡表層殘坡積碎石土和基巖強(qiáng)風(fēng)化層為主,其天然狀態(tài)下基本穩(wěn)定,逢雨季或冰雪融化季節(jié)偶發(fā)生滾石現(xiàn)象。

2.5.3 滑坡

根據(jù)《宕昌縣城區(qū)缸溝水源地水庫新建項(xiàng)目場地地質(zhì)災(zāi)害危險性評估報告》(以下簡稱報告)顯示,庫尾上壩公路樁號2+054.4～2+109.7處存在滑坡H1,該滑坡呈帶狀分布,主要為殘坡積碎石土的表面溜滑,厚度一般小于2 m,滑坡體屬于堆積層滑坡,滑坡區(qū)上部為第四系殘坡積物,近坡腳處為第四系沖洪積物,滑坡體在平面上呈帶狀分布,邊界清晰,滑坡體坡面形態(tài)呈直線型,縱長140 m左右,前后緣相對高差約80 m,滑坡寬200 m,坡度35°～40°[2],滑體最厚處1～2 m,滑坡區(qū)面積約30 000 m2,體積約50 000 m3[3],為小型滑坡,該滑坡滑動方向80°,坡面植被茂密,可見“馬刀林”,滑坡體后緣坡度45°～55°,前緣坡度40°左右。

2.5.4 崩坍

根據(jù)《報告》顯示,壩址上游約1 000 m處溝道右岸斜坡處存在崩坍B1,崩塌區(qū)域表層上部為第四系殘坡積物,近坡腳處為第四系沖洪積物,主要由強(qiáng)風(fēng)化的三疊系砂巖、板巖巖體組成,巖體風(fēng)化程度高,崩塌坡面形態(tài)呈直線型,縱長40 m 左右,崩塌寬30 m,坡度60°～80°,崩塌體最厚處約1 m,面積約1 000 m2,體積約1 000 m3,按崩塌體規(guī)模劃分,為小型崩塌,該崩塌崩落方向240°,坡面植被茂密。

2.5.5 泥石流及溝道洪流

水庫區(qū)兩岸沖溝發(fā)育,溝底常年有流水,平時流量穩(wěn)定,逢暴雨有山洪出現(xiàn),多數(shù)沖溝口形成小型洪積扇,扇緣寬一般20～50 m,洪積物成分主要為碎石及泥砂,含少量塊石,最大粒徑25～35 cm。工程區(qū)上游缸溝河道兩岸植被覆蓋茂密,基巖零星裸露,山坡坡度一般45～60°,局部坡段65～75°,卸荷裂隙較發(fā)育,坡腳可見崩塌堆積物,塊石最大粒徑達(dá)2 m,根據(jù)溝底及溝口堆積物分布、物質(zhì)組成及地表植被等特征分析,缸溝洪水期有中型稀性泥石流發(fā)育,泥石流攜帶塊石、碎石及泥砂入庫,會增加水庫淤積量。

2.5.6 季節(jié)性凍土

根據(jù)氣象資料,工程區(qū)9月至翌年4月均有季節(jié)性凍土層存在,最大凍土層厚度為40 cm,工程區(qū)不存在永久凍土層,僅存在季節(jié)性凍土層。

3 主要工程地質(zhì)問題及評價

3.1 水庫滲漏

水庫庫盆為缸溝河谷,兩岸山體雄厚,岸坡較陡,組成庫盆的地層主要為三疊系(Tb-4)厚層砂巖、粉砂巖和板巖和第四系松散堆積物,水庫蓄水后,庫水將集于缸溝河谷中,水庫蓄水位以下兩岸均以三疊系(Tb-4)厚層砂巖、粉砂巖和板巖為主,三疊系(Tb-4)厚層砂巖、粉砂巖和板巖巖體完整性較好,但層間裂隙較發(fā)育,總體具層狀、板狀構(gòu)造,層間結(jié)合較為緊密,無大的斷層發(fā)育,僅發(fā)育次級小斷層和節(jié)理、裂隙,次級小斷層和節(jié)理、裂隙多為短小閉合的風(fēng)化裂隙,且貫通性差。庫區(qū)兩岸發(fā)育有較多支溝,但其溝腦及分水嶺均遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)正常蓄水位,無低于正常水位的埡口存在,因此水庫不存在向鄰谷的滲漏問題。

3.2 庫岸穩(wěn)定

庫區(qū)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滑坡及規(guī)模較大的潛在不穩(wěn)定巖體,局部邊坡巖體的卸荷崩塌是影響庫岸穩(wěn)定的主要工程地質(zhì)問題。根據(jù)《報告》結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)測繪,水庫區(qū)共發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定斜坡3處,均在缸溝左岸,此外,庫區(qū)兩岸山坡較陡,山坡表層有一層殘坡積碎石土,該層結(jié)構(gòu)松散,天然狀態(tài)下岸坡基本穩(wěn)定,水庫蓄水后,在庫水淘涮作用下局部岸坡地段會有小規(guī)模的坍塌,但塌岸量有限,對水庫淤積影響不大[4]。

表1 不穩(wěn)定斜坡基本特征一覽表

綜上所述,水庫蓄水后塌岸主要發(fā)生在庫區(qū)山坳處覆蓋層較厚地段,經(jīng)工程類比,參照野外調(diào)查岸坡現(xiàn)狀,結(jié)合本工程的特點(diǎn),確定塊碎石土穩(wěn)定坡角取值:水下12°～14°,水上45°～50°,根據(jù)庫區(qū)塌岸剖面,對塌岸量采用圖解法進(jìn)行估算,塌岸估算量約為2.4萬m3[5]。

3.3 水庫浸沒與淹沒

水庫蓄水后,庫水將被集中在缸溝“U”型河谷內(nèi),水庫正常蓄水位按2 125.72 m計(jì)時,壩前水位抬高48 m,回水長度約1.4 km;壩址至庫尾回水范圍內(nèi)僅在河谷底分布著幾座城區(qū)供水?dāng)r砂壩和通往林區(qū)的小路,其余段無耕地,為灌木林,區(qū)內(nèi)無礦床、無文物古跡和居民點(diǎn)。經(jīng)估算,水庫幾乎不淹沒耕地,庫區(qū)兩岸及庫尾巖性為基巖和河床砂礫卵石層,浸沒臨界深度為1.5 m。

3.4 水庫淤積

工程區(qū)屬岷江林場封山育林區(qū),森林茂密,灌木及植被覆蓋較好,但工程區(qū)上游地處秦嶺東西向構(gòu)造帶西緣,地層經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動及應(yīng)力的重復(fù)積累與釋放,褶曲、構(gòu)造裂隙較為發(fā)育,巖體的完整性較差,加之工程區(qū)地處高海拔地區(qū),年、日溫差大,物理風(fēng)化作用強(qiáng)烈,在長期的風(fēng)化、溝谷切割和侵蝕交替作用下,形成松散堆積物,這些松散堆積物在汛期會隨著溝道暴洪下泄,在汛期會產(chǎn)生一定數(shù)量的淤積。水庫地處缸溝中游峽谷區(qū),山坡表層覆蓋著一層殘坡積碎石土,殘坡積碎石土及基巖強(qiáng)風(fēng)化層在水庫蓄水初期,有少量物質(zhì)被飽和、在浪蝕作用下帶入庫內(nèi),會對水庫產(chǎn)生一定數(shù)量的淤積。

3.5 水庫誘發(fā)地震

工程區(qū)處在地質(zhì)環(huán)境相對穩(wěn)定的地帶,較大斷裂分布在水庫下游約4.3 km 處的缸溝村附近,庫壩區(qū)無控制性區(qū)域斷裂通過,水庫不存在沿斷裂誘發(fā)地震的可能性;擬建的缸溝水庫總庫容約320.56萬 m3,水庫最大壩高69.0 m,入滲水的壓力水頭有限,加之庫盤巖性為透水性差的三疊系(Tb-4)厚層砂巖、粉砂巖和板巖,構(gòu)成庫壩區(qū)及庫盆基底巖層中無較大斷層分布,僅發(fā)育兩條次級斷裂,但規(guī)模小,且擠壓緊密,透水性差,不會產(chǎn)生庫水向深部的滲漏,不具備誘發(fā)地震的滲漏條件。庫區(qū)范圍內(nèi)蓄水位以下未發(fā)現(xiàn)地下水深循環(huán)的斷層泉,表明不存在深層的水力通道,不利于誘發(fā)地震。綜合分析認(rèn)為水庫誘發(fā)地震的可能性不大。

3.6 綜合評價

庫盤基巖透水性差,且無低于庫水位的沖溝或分水嶺,亦無跨庫大斷裂,即在結(jié)合壩基防滲做好近壩防滲的基礎(chǔ)上,水庫不存在永久性滲漏問題;固體逕流總量相對較小、庫岸再造有限,對水庫正常運(yùn)行影響不大,亦不存在浸沒問題;水庫回水上游存在1個崩坍及3個不穩(wěn)定斜坡,水庫蓄水后,在庫水淘涮作用下局部岸坡地段會有小規(guī)模的坍塌,產(chǎn)生一定數(shù)量的淤積。此外,缸溝及兩岸支溝均為稀性泥石流溝道,洪水期水流攜帶塊石、碎石及泥砂入庫,會增加水庫淤積量。水庫蓄水后,發(fā)生誘發(fā)地震的可能性小。

4 結(jié)語

缸溝水庫庫區(qū)位于缸溝中游河段,河谷呈“U”型,谷寬50～100 m,河道縱坡3.5%,河道兩岸階地不發(fā)育,主要以高漫灘為主。庫區(qū)出露的地層比較簡單,主要有三疊系變質(zhì)砂巖和板巖及第四系各種成因類型的松散堆積物為主。庫盤基巖無低于庫水位的沖溝或分水嶺,亦無跨庫大斷裂,因此水庫不存在向鄰谷的滲漏問題;水庫固體逕流總量相對較小、庫岸再造有限,對水庫正常運(yùn)行影響不大。庫區(qū)巖性完整,無區(qū)域性的活動斷層通過,水庫蓄水后,發(fā)生誘發(fā)地震的可能性小。