石湖水庫壩址選擇及壩型適宜性分析

郭印亮

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

工程地質(zhì)

石湖水庫壩址選擇及壩型適宜性分析

郭印亮

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

石湖水庫位于河北省涿鹿縣西側(cè)的桑干河主河道上，距縣城26km，總庫容5800萬m3，屬中型水庫。根據(jù)現(xiàn)場勘察資料研究分析認(rèn)為，有上下游相距1km的兩個壩址供選擇，對壩址區(qū)工程地質(zhì)條件進(jìn)行了分析，從地質(zhì)角度給出了壩址選擇的依據(jù)，并對壩型的適宜性進(jìn)行了分析。

水庫；混凝土面板堆石壩；混凝土溢流壩

近年來由于桑干河上游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水量的增加和流域內(nèi)降水量的減少，涿鹿縣原有灌區(qū)的水資源日趨緊張，地下水位下降，嚴(yán)重影響了該縣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，修建石湖水庫將有力促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。

1 勘察工作

勘察分兩期進(jìn)行。第1期勘察，在上壩址軸線布置了2個鉆孔，在下壩址布置了3個鉆孔，以便查明河床覆蓋層的厚度、巖性組成及水文地質(zhì)條件。由于上壩址覆蓋層厚度（大于50m）較大，下壩址河床覆蓋層厚度最大38m，壩址傾向下壩址，因此第2期勘察時，將勘察工作量主要布置在下壩址。第2期勘察，在下壩址軸線的上下游各100m布置兩條勘探剖面，為了解覆蓋層厚度的變化情況，對兩條剖面線進(jìn)行了物探工作。對溢洪道、排砂洞進(jìn)行了勘察。為便于溢洪道位置的比選，選擇了3條剖面進(jìn)行了物探工作?？辈爝^程中采用了地質(zhì)測繪、勘探（鉆探、物探、坑槽探）、原位測試（抽水試驗、注水試驗、動力觸探試驗）、室內(nèi)試驗（土工試驗、巖石試驗、水質(zhì)分析試驗）等多種方式及方法，并將地質(zhì)成果互相驗證，初步查明了工程區(qū)的地質(zhì)條件，對存在的工程地質(zhì)問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析及評價。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件及評價

2.1 下壩址區(qū)

2.1.1 河床及河漫灘

（1）卵石：厚度14～38m。 原巖巖性為灰?guī)r、片麻巖及安山巖，粒徑一般40～120mm，最大粒徑180mm，磨圓較好，局部含有砂壤土。篩分試驗成果中的不均勻系數(shù)33.2，曲率系數(shù)2.2，表明卵石級配良好。動探試驗表明卵石層較為密實，局部卵石粒徑偏大，卵石層承載力建議值380kPa。部分漫灘表層為薄層砂壤土，存在不均勻沉陷問題，應(yīng)予以清除。

抽水試驗得到的滲透系數(shù)分別為54.7，42.6m/d，即便卵石級配良好，充填密實，滲透系數(shù)仍顯數(shù)值偏小。經(jīng)分析認(rèn)為，抽水孔偏離河床較遠(yuǎn)，卵石中含有細(xì)粒土較多，導(dǎo)致其滲透系數(shù)偏小。參考附近其他的鉆孔巖芯，給出卵石層滲透系數(shù)建議值90m/d。卵石層存在滲漏、不均勻沉降、滲透破壞等問題。

（2）強風(fēng)化白云巖：厚度3～8m，灰色，節(jié)理發(fā)育，巖芯破碎，多為3～6cm塊狀，節(jié)理面上有銹染。壩址區(qū)巖體透水率82.7～120Lu，平均值101.4Lu，具強透水性。由于強風(fēng)化巖體比較破碎，透水性較強。

（3）弱風(fēng)化白云巖：灰白色，巖芯多為3～6cm塊狀，巖芯采取率一般在30%～60%，局部超過90%。巖體節(jié)理較發(fā)育，透水率10.0～53.8Lu，平均值36.8Lu，具中等透水性。飽和單軸抗壓強度26.1～43.9MPa，平均值35.8MPa。根據(jù)現(xiàn)場巖芯強度及完整性分析，飽和單軸抗壓強度試驗值偏小，壩基巖體確定為Ⅲ類，承載力建議值3000kPa。

2.1.2 壩肩

自上而下分為3層。

第1層：覆蓋層，厚度4.2～4.3m，巖性為壤土夾碎石或碎石，碎石含量自上而下逐漸增多，自5%～40%，成分為白云巖，塊徑20～80mm，次棱角狀。地基承載力建議值130kPa。

第2層：強風(fēng)化白云巖，厚度5.2～15.4m，巖芯較為破碎，地質(zhì)構(gòu)造比較發(fā)育，巖體透水率0.6～82.7Lu，平均值14.8Lu，具中等透水性。建議清除強風(fēng)化層。河道兩岸出露的強風(fēng)化巖體，風(fēng)化嚴(yán)重，強度較低，且發(fā)育有小的斷層、節(jié)理等構(gòu)造，巖體比較破碎，開挖邊坡坡比建議值1∶0.5～1∶0.75，對較破碎部位應(yīng)采取必要的支護措施。

第3層：弱風(fēng)化白云巖，厚度未揭穿。巖體透水率0.1～63.4Lu，平均值11.8Lu，具中等透水性。

左、右壩肩巖體寬厚，除表層厚度2～4m的強風(fēng)化巖體外，均為弱風(fēng)化巖體，整體穩(wěn)定性較強，整體而言不會產(chǎn)生壩肩穩(wěn)定問題。另一方面，由于左、右壩肩附近地質(zhì)構(gòu)造比較發(fā)育，左壩肩處發(fā)育P1破碎帶、f7斷層及部分裂隙 （節(jié)理）；右壩肩處發(fā)育斷層f11、f12、f10及部分裂隙（節(jié)理），各斷層、破碎帶及裂隙相互切割，局部巖體比較破碎。邊坡高度一般80～90m，開挖邊坡坡比建議值如下：強風(fēng)化1∶0.5～1∶0.75，弱風(fēng)化1∶0.25～1∶0.5， 對構(gòu)造較為發(fā)育的部位應(yīng)適當(dāng)放緩邊坡并適當(dāng)進(jìn)行支護。

2.1.3 壩基滲漏

壩基中的第四系松散堆積層（卵石）為強透水地層，滲透系數(shù)建議值90m/d。壩基存在嚴(yán)重的滲漏問題，應(yīng)進(jìn)行防滲處理。卵石層建議采用垂直防滲墻型式，墻體進(jìn)入弱風(fēng)化巖體0.5～1.0m?；鶐r采用帷幕灌漿，河床帷幕深度按進(jìn)入相對不透水巖體（透水率小于3Lu）5m控制。

2.1.4 繞壩滲漏

左右壩肩的壩體，巖層產(chǎn)狀傾向下游偏右岸，傾角25°～40°，且地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育，表層還有厚度2～4m的強風(fēng)化巖體，其透水性更大，存在繞壩滲漏問題。

2.1.5 壩基滲透穩(wěn)定

根據(jù)顆粒組成級配曲線，壩基卵石的級配為連續(xù)級配，粗、細(xì)顆粒區(qū)分粒徑為8.69mm，對應(yīng)的細(xì)粒含量P=24.6%，滲透破壞的類型為管涌型。根據(jù)有關(guān)公式計算，Jcr=0.23，取安全系數(shù)2，水力比降允許值0.12。

2.1.6 壩基不均勻沉降

壩基中的第四系松散沉積物，其顆粒組成、包含物均有差異，局部分布有砂壤土透鏡體，存在不均勻沉降問題。對于混凝土面板堆石壩，會導(dǎo)致壩體、混凝土面板開裂，影響水庫正常運行，建議清除局部的砂壤土透鏡體。

2.1.7 基坑排水

河床部位地下水埋藏較淺，壩基主要地層為沖洪積的卵石層，滲透系數(shù)建議值90m/d，為強透水層。卵石層的開挖存在排水問題。

2.1.8 基坑邊坡穩(wěn)定

對于堆石壩方案，壩基卵石層開挖最大深度2.5～3.0m，同時地下水較豐富，建議在基坑四周布置抽水井，卵石開挖邊坡坡比建議值1∶0.5～1∶0.75，必要時進(jìn)行支護。

2.1.9 壩基穩(wěn)定

對混凝土面板堆石壩及黏土心墻壩而言，壩基土體中未揭露軟弱地層，壩底寬度較大，一般不會發(fā)生壩基土體滑動問題。

2.1.10 壩基承載力

混凝土面板堆石壩及黏土心墻壩，對地基承載力要求都不高，一般情況下，卵石層能滿足構(gòu)筑物承載力要求。

2.2 上壩址區(qū)

2.2.1 壩基工程地質(zhì)條件

上壩址河床寬度最窄處100m，河床及漫灘部位的覆蓋層巖性為砂、礫石及卵石，卵石粒徑一般40～80mm，原巖巖性主要為灰?guī)r，其次為火成巖，磨圓較好。根據(jù)物探資料推測，壩址區(qū)覆蓋層厚度可達(dá)60m左右。參考下壩址區(qū)卵石層物理力學(xué)性質(zhì)，卵石承載力建議值400kPa，滲透系數(shù)建議值90m/d。

壩址附近的河床兩岸，出露的基巖屬于元古界薊縣系霧迷山組地層，巖層走向多為NW300°～350°傾向NE，傾角17°～30°。局部巖層產(chǎn)狀變化較大。巖性為灰黑色、灰白色中厚～厚層含燧石條帶白云巖。根據(jù)地質(zhì)測繪資料，表層為強風(fēng)化巖體，厚度2～4m，下部為弱風(fēng)化白云巖。參考下壩址勘察成果，強風(fēng)化巖體地基承載力建議值700kPa，透水率建議值40Lu，弱風(fēng)化巖體地基承載力建議值3000kPa，透水率建議值25Lu。

2.2.2 壩基滲漏

壩基中的第四系松散堆積層（卵石）為強透水地層，滲透系數(shù)建議值90m/d。壩基存在嚴(yán)重的滲漏問題，應(yīng)進(jìn)行防滲處理。

2.2.3 壩基不均勻沉降

壩基中的第四系松散沉積物，其顆粒組成、包含物均有差異，沿壩軸線壩基的壓縮性不同，存在不均勻沉降問題。

上壩址區(qū)與下壩址區(qū)地質(zhì)條件相似，同樣存在壩肩穩(wěn)定、壩基及繞壩滲漏、壩基滲透穩(wěn)定、基坑排水及基坑邊坡穩(wěn)定等問題。

3 壩址比選

對比上壩址、下壩址的工程地質(zhì)條件，如表1。通過對比，下壩址地質(zhì)條件要優(yōu)于上壩址，推薦選擇下壩址。

表1 上、下壩址工程地質(zhì)條件對比

4 壩型適宜性分析

重力壩（混凝土溢流壩）對壩基承載力、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況及巖體強度等要求較高，適應(yīng)不均勻沉降性能差，存在壩基抗滑穩(wěn)定問題。最好采用弱風(fēng)化巖體作為壩基，而本工程壩基弱風(fēng)化巖體埋深較大，需要基坑支護及排水等工程措施，施工困難。工程區(qū)主要有含燧石條帶白云巖、灰質(zhì)白云巖、凝灰?guī)r等巖性，均含有堿活性成分，能否作為混凝土骨料需進(jìn)行試驗論證。

當(dāng)?shù)夭牧蠅危ɑ炷撩姘宥咽瘔位蝠ね列膲危位痪鶆虺两颠m應(yīng)性較強，承載力要求不高，一般不存在抗滑穩(wěn)定問題，開挖工作量相對重力壩較小。經(jīng)過現(xiàn)場勘察，工程區(qū)內(nèi)的堆石料、砂礫料及防滲土料儲量豐富，質(zhì)量基本滿足設(shè)計要求。因此，當(dāng)?shù)夭牧蠅屋^為適宜。

5 結(jié)語

（1）從工程區(qū)的覆蓋層厚度、壩基巖體風(fēng)化程度、巖石強度、構(gòu)造發(fā)育程度等地質(zhì)資料分析，下壩址地質(zhì)條件優(yōu)于上壩址。

（2）從壩基的巖性組成、抗滑穩(wěn)定、開挖工程量及工程安全性等方面分析，當(dāng)?shù)夭牧蠅屋^為適宜。

［1］常士鏢，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］顧曉魯，錢鴻縉，劉惠珊，等.地基與基礎(chǔ)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［3］GB50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［4］河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.河北省北京市天津市區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社，1989.

［5］杜恒儉，陳華慧等.地貌學(xué)及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1981.

［6］河北省地層表編寫組.華北地區(qū)區(qū)域地層表（河北省、天津市分冊）［M］.北京：地質(zhì)出版社，1979.

Dam site selection and dam model adaptability analysis of Shihu reservoir

GUO Yin-liang
（Hebei Research Institute of Investigation＆ Design of Water Conservancy＆ Hydropower,Tianjin 300250,China）

Shihu reservoir is located in the Sangganhe River trunk stream that lies the west of Hebei province Zhuolu county， it is about 26 kilometers from the Zhuolu city， the total capability is about 58 million m3，and it is a middle size reservoir.It bases on the locale investigations and the related data that selecting two dam sites.The distance between the two dam sites is one kilometer along the river.There are two projects that one is concrete overflow dam model and other is concrete-faced rockfill dam model.This paper analyzes the engineering geological conditions of the dam area，put forward the bases of dam sites selection at geological specialty，and analyze the adaptability of dam model too.

reservoir； concrete-faced rockfill dam；concrete overflow dam

P64

B

1672-9900（2015）06-0056-04

2015-10-08

郭印亮（1969-），男（漢族），河北邯鄲人，高級工程師，主要從事巖土工程勘察工作，（Tel）13820302079。