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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)

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(lèi)，壩址區(qū)弱風(fēng)化卸荷帶巖體為Ⅳ類(lèi)巖體，微風(fēng)化～新鮮巖體為Ⅲ類(lèi)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(lèi)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，而河床覆蓋層較薄（厚0.5m～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(lèi)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.