喀麥隆Mekin水電站壩區(qū)主要工程地質問題及處理建議

呂興民

(機械工業(yè)勘察設計研究院，陜西 西安 710043)

擬建Mekin水電站［1］位于喀麥隆南部省境內，屬梅約梅薩娜行政區(qū)內的德加河(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，為均質土壩。

1 壩址區(qū)基本地質條件

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單元劃分

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

1.3 地質構造

壩區(qū)地質構造比較簡單，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)地質調查及勘察未發(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變晶糜棱巖，全風化，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)工程地質問題及處理建議

2.1 壩基部位工程地質問題及處理建議

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《建筑抗震設計規(guī)范》［3］的劃分標準，地震動反應譜特征周期值為0.35 s，相應的地震基本烈度為Ⅶ度。砂層標貫擊數(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，結構松散，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，漿砌石溢流壩基礎處理，應清除第四系覆蓋層以及全、強風化層，將基礎設置于弱風化巖體上，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，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厚的全風化云母長英質變晶糜棱巖，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計蓄水位高程615.0m，基巖斜坡表面全風化垂直厚度4.0～12.0m，強風化帶的垂直厚度2.0～7.0m;全風化水平寬度4～10m，強風化水平寬度3.5～6.0m。全風化巖體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。弱風化巖體⑧－3基本質量級別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，應予以挖除，⑥層砂礫石層屬強透水，應予以截滲處理，挖除或作截滲墻處理，壩基基礎可選擇強風化巖體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層粉細砂層夾窩狀礫石層。④－1層厚度 3.0 ～4.0m，土質不均，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云母長英質變晶糜棱巖，上部⑧－1全風化帶垂直厚度2.0～11.0m，承載力特征值 fak=280 kPa;中部強風化⑧－2垂直厚度1.0～3.5m，巖體基本質量級別為Ⅴ級，承載力特征值fak=380 kPa;下部弱風化巖體⑧－3基本質量級別為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，應予以挖除;下部⑤－2層，疏松，強度低，應予以挖除或夯壓處理，才能做為壩基基礎;⑥層砂礫石層強透水，應予以截滲處理，挖除或作截滲墻處理。

3 結語

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

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

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

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