石口子水庫壩址工程地質(zhì)評價

韓銳敏

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

石口子水庫壩址工程地質(zhì)評價

韓銳敏

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

石口子水庫位于介休市東南龍鳳河峽谷中，水庫大壩主選壩型為堆石混凝土重力壩，通過對壩址區(qū)巖土體工程地質(zhì)、壩基及壩肩穩(wěn)定性、壩址區(qū)滲漏等工程地質(zhì)問題進(jìn)行評價，并提出了相應(yīng)的建議。

壩址區(qū)；工程地質(zhì)；穩(wěn)定性；滲漏；石口子水庫

石口子水庫位于介休市東南約10km的龍鳳河峽谷中，距峽谷出口黑雨坪2.5km。水庫大壩壩型為堆石混凝土重力壩，最大壩高66.0m，壩頂高程1020.0m，水庫總庫容245×104m3，正常蓄水位1014.5m，死水位1001m，為?。ㄒ唬┬退畮臁Ｐ藿ㄊ谧铀畮?，攔截地表水，減少流失，是增加介休市可利用水資源量，增加供水的唯一途徑。

1 工程地質(zhì)條件

壩址處河流方向S50°W，河床底高程968.70～971.63m，河谷底寬13.5～30.8m。壩軸線方位N50°～55°W，河谷呈“V”字形。左岸自然坡度一般50°～75°，屬峻坡，基巖裸露；右岸坡自然坡度約40°～70°，多屬峻坡，地表多被松散層覆蓋。

壩址區(qū)覆蓋層地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)洪沖積層卵（漂）石混合土及中更新統(tǒng)洪沖積層卵（碎）石混合土，基巖地層巖性主要寒武系中統(tǒng)徐莊組、中統(tǒng)張夏組及上統(tǒng)固山、長山、鳳山組鮞狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、薄板狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r及頁巖等。

勘察時段壩址區(qū)河道內(nèi)有地表水流。從鉆孔資料看，上壩址壩基巖體中具多層水位，地表河流水位高程970.3m左右，河床卵石混合土層中地下水位高程963.7m，埋深5.8m，下部基巖地下水位高程946.39～948.42m，埋深22.1～24.1m。說明了河床卵石混合土層中存在相對弱透水層，形成懸托型河床。

壩址區(qū)覆蓋層滲透系數(shù)為10.84m/d，屬強(qiáng)透水層。鉆孔壓水試驗結(jié)果顯示，巖體透水率較小，一般小于10Lu，多屬弱透水層。

2 工程地質(zhì)問題及評價

2.1 壩基巖土體工程地質(zhì)

第四系全新統(tǒng)洪沖積層（Q4pal）：巖性主要為卵（漂）石混合土，松散狀，分布于壩基河床地表，厚度7.4～11.2m，建議全部清除。第四系中更新統(tǒng)洪沖積層（Q2pal）：巖性為卵（碎）石混合土，松散狀，分布于壩軸線上游右岸，厚度一般10～55m。建議對大壩壩基開挖范圍內(nèi)的部分進(jìn)行清除處理。

壩基鉆孔覆蓋層巖性為Q4pal卵（漂）石混合土，厚7.2～11.2m，基巖面高程959.01～964.62m；下伏基巖為寒武系碳酸鹽巖。強(qiáng)風(fēng)化層厚2.5～3.5m，弱風(fēng)化層厚16.0～20.0m。從鉆孔巖芯采取率及RQD值可看出，壩基強(qiáng)風(fēng)化巖體破碎，采取率及RQD值均較小，巖體裂隙發(fā)育；弱風(fēng)化巖體完整性差，采取率較高，局部存在軟弱夾層，導(dǎo)致采取率偏低；微風(fēng)化巖體巖芯采取率高，RQD總體質(zhì)量較好。

2.2 壩基及壩肩穩(wěn)定性

2.2.1 壩基穩(wěn)定

依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄Q壩基巖體工程地質(zhì)分類，對壩基巖體工程地質(zhì)分類。本次壩基巖體體工程地質(zhì)分類首先依據(jù)鉆孔巖芯采取率、RQD及聲波等情況劃分風(fēng)化界線，劃分強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化上部、弱風(fēng)化下部、微風(fēng)化段，然后按鉆孔對強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化段上部、弱風(fēng)化段下部分別進(jìn)行RQD、聲波、完整性系數(shù)統(tǒng)計，強(qiáng)風(fēng)化巖體巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度按中硬巖考慮，弱風(fēng)化巖體按堅硬巖考慮。

依據(jù)上述統(tǒng)計及巖石飽和抗壓強(qiáng)度對壩基巖體進(jìn)行工程地質(zhì)分類?？煽闯鰪?qiáng)風(fēng)化段巖體工程地質(zhì)類別主要為BⅣ1～BⅣ2，巖體破碎～完整性差。弱風(fēng)化段上部巖體工程地質(zhì)類別主要為BⅢ2，巖體較破碎～較完整，局部完整性差；弱風(fēng)化段下部巖體工程地質(zhì)類別主要為BⅢ1，巖體較完整。建議將壩基置于弱風(fēng)化中、下部，并對局部完整性差的破碎部位作工程處理。建議弱風(fēng)化基巖地基承載力2.0～2.5MPa。建議臨時開挖邊坡：覆蓋層：1∶1～1∶1.5，強(qiáng)風(fēng)化基巖：1∶0.5～1∶0.75，弱風(fēng)化基巖：1∶0.3～1∶0.5。

2.2.2 壩基巖體抗滑穩(wěn)定

壩基巖體為鮞狀灰?guī)r、含白云質(zhì)鮞狀灰?guī)r，為中硬巖～堅硬巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚2.5～3.5m。

從壩址區(qū)地層產(chǎn)狀及巖性分析，壩基巖層傾向上游，傾角5°～7°。壩基淺層沒有發(fā)現(xiàn)軟弱夾層，壩基巖體中不存在潛在的軟弱滑動面，因此壩基產(chǎn)生淺層滑動的可能性不大。

但從壩基巖體結(jié)構(gòu)面分析，在壩址區(qū)巖體發(fā)育的三組節(jié)理裂隙，走向與巖層走向及壩軸線方向近平行或小角度相交，結(jié)構(gòu)面相互切割，巖體容易形成楔形體。在壩址區(qū)巖體所發(fā)育的節(jié)理裂隙中，有一組與河流方向近垂直的高角度裂隙發(fā)育，在壩基下可形成拉裂面?？紤]到巖體較破碎，建議進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。

建議混凝土與基巖接觸面的抗剪斷強(qiáng)度：f=0.55～0.60，f′=0.90c′=0.70MPa。

2.2.3 壩肩穩(wěn)定性

左壩肩地形邊坡陡立，山頂高程1307m，最大高差336m，坡面產(chǎn)狀N45°～55°E/NW∠65°～70°，壩肩基巖裸露，巖性為寒武系碳酸鹽巖，巖性較堅硬，強(qiáng)風(fēng)化層厚度3～5m，弱風(fēng)化層厚度約15m。左壩肩巖層產(chǎn)狀：N10°～15°W/NE∠5°～8°，主要發(fā)育三組裂隙：①N10°～30°W/NE∠80°～86°，②N70°～80°W/SW∠75°～85°，③N60°～70°E/NW∠75°～87°，以第①組最發(fā)育。節(jié)理一般延伸較長，隙寬一般0.1～0.5cm，裂隙間距最小0.2m，最大1.5m，一般0.5～1m，節(jié)理面平整光滑，多呈閉合狀，大多無充填，少數(shù)方解石或泥質(zhì)充填、半充填。

左壩肩巖體主要受四組結(jié)構(gòu)面（一組層面、三組裂隙）控制，將巖體切割成塊狀，裂隙為陡傾角結(jié)構(gòu)面，圖1為壩址左壩肩巖體結(jié)構(gòu)面赤平投影圖，從圖上分析，左壩肩坡面坡向與裂隙面斜交，層面與第①組裂隙面相近，但裂隙傾角大于層面傾角，左壩肩不存在整體滑動問題，左壩肩巖體整體穩(wěn)定。但受上述結(jié)構(gòu)面切割，易產(chǎn)生掉塊或局部巖體塌滑。

圖1 左壩肩巖體結(jié)構(gòu)面赤平投影圖

右壩肩邊坡較陡，山梁高程1240m，最大高差269m，坡面產(chǎn)狀N45°～55°E/SE∠70°～80°，壩肩基巖裸露，巖性為寒武系碳酸鹽巖，巖性較堅硬，強(qiáng)風(fēng)化厚度3～5m，弱風(fēng)化層厚度約15m。右壩肩巖層產(chǎn)狀：N10°～15°W/NE∠5°～8°，主要發(fā)育三組裂：①N20°～30° W/NE∠80°～87°，②N70°～80°W/SW∠75°～85°，③N60°～70°E/NW∠75°～85°，以第①組最發(fā)育。節(jié)理一般延伸較長，隙寬一般0.1～0.5cm，裂隙間距最小0.2m，最大1.5m，一般0.5～1m，節(jié)理面平整光滑，多呈閉合狀，大多無充填，少數(shù)方解石或泥質(zhì)充填、半充填。

右壩肩巖體主要受四組結(jié)構(gòu)面（一組層面、三組裂隙）控制，圖2為壩址右壩肩巖體結(jié)構(gòu)面赤平投影圖，從圖上分析，第③組裂隙與坡面傾向相反，第①、②、④組結(jié)構(gòu)面與坡面交角較大，故右壩肩整體穩(wěn)定。但受上述4組結(jié)構(gòu)面相互切割，容易產(chǎn)生掉塊或局部巖體塌滑。

圖2 右壩肩巖體結(jié)構(gòu)面赤平投影圖

總體來看，左、右壩肩整體穩(wěn)定，由于左、右壩肩巖體表層強(qiáng)風(fēng)化層巖體強(qiáng)度低結(jié)構(gòu)松散，且為深切峽谷，巖體內(nèi)陡傾角節(jié)理裂隙發(fā)育，局部可能產(chǎn)生崩塌、掉塊。大壩壩基置于弱風(fēng)化基巖中、下部，并進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。建議開挖邊坡坡度：覆蓋層1∶0.75～1∶1.0，基巖風(fēng)化帶1∶0.5～0.75。

2.3 壩址區(qū)滲漏

2.3.1 壩基滲漏

壩基地表第四系松散堆積層滲透性強(qiáng)，下伏張夏組鮞狀灰?guī)r、含白云質(zhì)鮞狀灰?guī)r以及徐莊組上部灰?guī)r具弱透水性，因此壩基存在滲漏問題。徐莊組下部泥頁巖夾砂巖層透水性較小，可視為相對隔水層。

大壩設(shè)計壩型為混凝土重力壩，建壩時擬全部清除上部松散堆積物及強(qiáng)風(fēng)化基巖，故僅粗略估算壩基張夏組鮞狀灰?guī)r、含白云質(zhì)鮞狀灰?guī)r以及徐莊組上部灰?guī)r的滲漏量。滲漏量的估算采用公式（1）計算。

式中：Q——壩基滲漏量，m3/d;

K——透水層滲透系數(shù)m/d，取0.42m/d；

H——壩上下游水位差m，取44.5m；

T——透水層厚度m，取79.4m；

2b——壩底寬m，取100m；

B——壩基長度m，取37m。

估算得壩基基巖滲漏量約306m3/d,估算時未考慮基巖巖溶裂隙，從這一角度講算得的滲漏量偏小。

2.3.2 繞壩滲漏

壩址左右壩肩巖性主要為張夏組厚層鮞狀灰?guī)r，發(fā)育有溶蝕裂隙，水庫蓄水后存在繞壩滲漏問題。繞壩滲漏量粗略估算選用裘布依公式（2）計算：

式中：Q——繞壩滲漏量，m3/d；

K——滲透系數(shù)，m/d；

H——壩前壩后水頭差，m；

H1、h1——上下游滲透層厚度，m，以徐莊組泥頁巖做為隔水層；

B——繞壩滲漏寬度，m，按壩址區(qū)河谷的地下水力坡度（約11%）向山內(nèi)推求；

r0——繞壩滲漏最小半圓半徑，m；

經(jīng)計算，結(jié)果為左岸繞滲量約1273m3/d，右岸為1243m3/d。建議進(jìn)行帷幕灌漿防滲。

兩岸繞壩滲漏參數(shù)取值及估算結(jié)果見表1，估算結(jié)果為左岸滲漏量約1237m3/d，右岸為1243m3/d，建議進(jìn)行帷幕灌漿防滲。

表1 壩址左右壩肩繞壩滲漏估算結(jié)果表

3 結(jié)語

綜上分析，建議將壩基置于弱風(fēng)化中、下部，并對局部完整性差的破碎部位作工程處理。左、右壩肩整體穩(wěn)定，由于左、右壩肩巖體表層強(qiáng)風(fēng)化層巖體強(qiáng)度低結(jié)構(gòu)松散，且為深切峽谷，巖體內(nèi)陡傾角節(jié)理裂隙發(fā)育，局部可能產(chǎn)生崩塌、掉塊。建議將大壩壩基置于弱風(fēng)化基巖中、下部，并進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。另外，大壩兩岸壩肩存在滲漏問題，建議進(jìn)行帷幕灌漿進(jìn)行防滲。

P642.4

C

1004-7042（2017）05-0031-03

韓銳敏（1967-），男，1990年畢業(yè)于長春地質(zhì)學(xué)院水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，工程師。

2017-03-06；

2017-04-13