烏江水庫工程壩址地質評價探討

毛維錚

（福建省福州市水利水電規(guī)劃設計院，福建 福州 350001）

烏江水庫工程壩址地質評價探討

毛維錚

（福建省福州市水利水電規(guī)劃設計院，福建 福州 350001）

結合烏江水庫工程壩址地質特點及條件，對拱壩地形地質、壩址與上部結構、下游壩趾地質評價、重力壩壩基地質等主要工程地質問題進行評價分析，結果得出：該水庫壩址區(qū)工程地質條件較好,適宜修建水庫。

水庫建設；地質條件；地質評價

0 引言

福清烏江水庫工程位于福清市西北部的鏡洋鎮(zhèn)，屬于福清市鏡洋工業(yè)區(qū)，烏江水庫位于十八重溪上游，控制集雨面積10.8 km2，十八重溪流經間閩侯縣南通鎮(zhèn)匯入大樟溪，屬閩江流域，壩址以上主河道長度6.05 km，平均坡降45‰，流域植被較好，源短坡陡，屬于高山河流。烏江水庫壩型為漿砌雙曲拱壩，最大壩高為47.7 m，壩頂高程為420.70 m，總庫容為216.77萬m3，其中興利庫容176.51萬m3，防洪庫容30.77 m3，死庫容9.49萬m3。

1 地質概況

本區(qū)屬侵蝕、剝蝕的中低山丘陵地貌。河流兩岸坡陡谷深，山高灘多，支流繁多。區(qū)內水系、河谷大體呈北北東和北北西向發(fā)育，植被較好，溪水清澈。

壩址處河谷兩岸呈較對稱“V”型。壩基開挖后左壩肩建基面巖體坡度高程375 m以上48°～52°、高程400 m以上約56°。右肩建基面巖體坡度 40°～45°。

區(qū)內出露地層為中生代火山噴溢和沉積的火山碎屑巖、第四系地層。石帽山群呈單個盆地產出，不整合于南園組之上。盆地中大量超淺或火山巖體侵入，特別在盆地邊緣斷斷續(xù)續(xù)有次石英正長斑巖墻呈環(huán)狀分布。區(qū)內花崗斑巖、石英正長斑巖脈成群出露。本區(qū)內主要地層分述如下：

（1）白堊系石帽山群上組上段（K1sh2b）熔結凝灰?guī)r、紫紅色流紋巖、凝灰質砂巖等，上組下段（K1sh2a）流紋質凝灰熔巖、凝灰?guī)r等，下組上段（K1sh2b）地層，其巖性表現(xiàn)為紫、紫灰、深灰色英安巖、安山巖、英安質晶屑凝灰熔巖等，下組下段（K1sh2a）巖性表現(xiàn)為紫、紫紅、深灰色凝灰質礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖等。

（2）侏羅系上統(tǒng)南園組第二段（J3nb）地層，其巖性表現(xiàn)為淺灰、紫灰色流紋質晶屑凝灰熔巖夾流紋巖、凝灰?guī)r、砂巖，第三段（J3nc）則表現(xiàn)為英安巖、英安質凝灰熔巖夾粉砂巖、底部安山巖，常見硅化。

（3）第四系地層主要為分布于山包及坡地的坡殘積亞粘土、分布于河床的沖洪積漂石、砂卵石層及崩積滾石、礫石等。

本區(qū)屬新華夏系活動構造——棋盤格式構造體系，其斷裂主要為北東 65°～70°的壓扭性斷裂及北西 325°～330°的張扭性斷裂。擬選壩址附近發(fā)育一條北北東向的壓扭性斷裂，傾角70°～80°，沿斷裂有擠壓硅化破碎巖石，劈理發(fā)育。西側發(fā)育一條南北向斷層。區(qū)內未發(fā)現(xiàn)活動性斷層。區(qū)域構造屬于相對穩(wěn)定區(qū)。

參照 (GB18306-2001)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，（GB50011-2010）《建筑抗震設計規(guī)范》，本區(qū)抗震烈度屬Ⅶ度區(qū)，工程區(qū)地震動峰值加速度0.10 g，屬設計地震分組第三組。場地復雜程度為二級，地基復雜程度為二級，抗震基本烈度為Ⅶ度。

福清各地一、二月份的氣溫最低，從3月份開始氣溫逐月升高，四、五月份上升幅度最大，至7月份(少數(shù)年份為8月份)氣溫上升至最高峰，8月以后氣溫又逐月下降，以12月份降溫最劇烈。年平均氣溫在21℃左右。

受斷裂構造控制，地下水主要為孔隙水和裂隙水兩種。孔隙水主要賦存于第四系地層中，裂隙水主要賦存于斷層、節(jié)理裂隙中。地下水通常受大氣降水及河、溝水的補給，向河流、沖溝排泄，其水位、水量均隨季節(jié)變化[1]。

2) 浸提pH。準確稱取5 g火龍果果皮用打漿機打碎，在最適的乙醇濃度下，按1∶100的比例加入乙醇，在室溫下自然pH(2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5和12)浸提60 min，方法同上。

本區(qū)屬侵蝕、剝蝕的中低山丘陵地貌。河流兩岸坡陡谷深，山高灘多，支流繁多。區(qū)內水系、河谷大體呈北北東和北北西向發(fā)育，植被較好，溪水清澈。

壩址處河谷兩岸呈較對稱“V”型。壩基開挖后左壩肩建基面巖體坡度高程375 m以上48°～52°、高程400 m以上約56°。右肩建基面巖體坡度 40°～45°。

經過分析結合野外地質測繪及本次的勘探工作驗證，本區(qū)地層主要為：①第四系沖積(Q4al+pl)的①粗砂及①-1卵石，主要分布在庫區(qū)溝底；②第四系坡積層（Qdl），為土黃色含碎、塊石粉質粘土。主要分布在壩區(qū)兩側斜坡地帶；根據(jù)本次鉆探揭露地層從上到下分述如下：

①粗砂：淺黃、土黃色，飽和，松散狀態(tài)。粒徑大于0.50 m的顆粒質量約占總質量75%，為石英-長石質，呈棱角-次棱角狀。含泥量約占5%。層厚0.3～0.5 m。

①-1卵石：淺灰色，飽和，松散， 粒徑大于2 cm的顆粒質量約占總質量80%，粒徑4～18 cm，呈次園狀，充填物以礫砂為主,少量粘性土。局部粒徑大于20 cm。層厚約1.0 m。

②含碎石粉質粘土：褐黃、土黃等色,稍濕,可-硬塑狀態(tài)。碎石含量約占30%，局部夾塊石。該層分布在斜坡處，厚度變化較大，層厚 0.4～2.70 m。

③弱風化凝灰?guī)r：灰黃色、紫紅色，凝灰?guī)r結構，塊狀構造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，面有鐵錳質渲染，巖芯呈短柱～柱狀，局部為碎塊狀，礦物主要成分為石英、長石等。多呈閉合～微張，裂隙面傾角以中、高傾角為主，巖體完整程度為較破碎～較完整，巖體質量等級為Ⅲ～Ⅳ級，巖芯采取率約90%，RQD（%）≈70，屬較硬巖。本層未揭穿。

④微風化凝灰?guī)r：灰黃色、紫紅色，凝灰?guī)r結構，塊狀構造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，面有鐵錳質渲染，巖芯呈短柱～柱狀，局部為碎塊狀，礦物主要成分為石英、長石等。巖體較完整，巖體質量等級為Ⅱ級，巖芯采取率約90%，屬較硬巖。本層未揭穿。

左壩基左岸壩基巖體大部分為較完整巖體，呈弱風化中下限，屬Ⅱ類巖體。

河床壩基大部分巖體為較完整的巖體，屬Ⅱ類巖體。另有一部分巖體為完整性差～較完整的巖體，屬Ⅲ類巖體，基巖完整性較差。應挖除到微風化巖。

總體上壩基巖體及其結構面符合要求，建議用（見表1）設計參數(shù)[3]。

表1 壩基巖體及其結構面的建議設計參數(shù)

本河流屬山區(qū)性河流，壩址以上流域植被覆蓋和水土保持均較好，因缺乏當?shù)貙崪y泥沙資料，故參照《福建省水資源圖集》，當?shù)囟嗄昶骄鶓乙瀑|侵蝕模數(shù)為150 t/km2。水庫流域輸沙量為懸移質輸沙量和推移質輸沙量總和，推移質泥沙按懸移質泥沙的25%計算，水庫淤積年限采用30年，計算出泥沙總量為4.05萬m3。

綜上所述，水庫區(qū)工程地質條件較好。具體見圖1。

圖1 壩址工程地質剖面圖

2 拱壩壩址地質探討

2.1 壩址與上部結構的結合

烏江水庫大壩為C15細骨料混凝土砌塊石雙曲拱壩，單心等厚圓拱圈，上下游壩面采用20 cm厚度的C20混凝土澆筑。

壩頂高程420.70 m，最大壩高為47.7 m，壩頂弧長110.00 m，中心角93.09。壩頂厚度10.90 m，厚度比0.2285。大壩中央為溢流壩段，長度47 m，溢流總凈寬40 m，分為8孔。溢流堰上設墩架有鋼筋混凝土的工作橋。

烏江水庫上游淹沒區(qū)內既無重要的廠礦，又無較大面積的農田、住房等，淹沒損失不大；

烏江水庫流域面積小，相應洪峰流量不大，烏江水庫調節(jié)能力均達到完全年調節(jié)，不掛閘或掛閘方案影響不大；

從壩址地形地質條件看，均可布置較寬溢洪道的條件，且正常水位與校核水位相差在2 m左右；

采用壩頂自由溢流方式，可減少設置閘門、啟閉機、啟閉房等的附屬設備，這樣結構及設備較簡單，便于工程運行管理。

從效益與投資方面比較，在同樣壩高和相同堰頂高程的情況下，掛閘方案可年均多利用水量22.82萬m3，增加2 m的水頭，但對于水廠而言水庫興利庫容已經能滿足日供水2萬t的規(guī)模，掛閘增加的可利用水量能提高水廠供水的保證率，但須增加工程投資約82.8萬元和每年的運行費用和管理人員工資及福利。從而得知，經濟效益不佳。

因此，烏江水庫拱壩的泄水建筑物考慮采用不掛閘的方案。

2.2 下游壩趾地質評價

考慮到本工程集雨面積相對較小，而水庫具有年調節(jié)能力，所以溢流堰過洪機會相對較少，但要注意過小流量時，水流直沖下游壩趾，因而要加強觀測，必要時要在下游壩趾處采取加固措施。

考慮到水流直沖下游壩趾，要加強觀測，必要時要在下游壩趾采取加固措施。因本工程施工難度較大。交通等不便利。經綜合地質等條件，將溢流堰進行調整如下：采取階梯式進行處理，以減輕對下游兩岸坡的沖刷[4]。如圖2所示。

圖2 拱壩下游展視圖

2.3 有關重力壩壩基地質探討

拱壩對建基面的要求較高。一般拱壩宜修建在河谷較狹窄、地質條件較好的壩址上[2]。本工程中，水庫區(qū)為河谷盆地型，兩側山體雄厚，沒有低于水庫正常蓄水位的啞口。庫區(qū)出露的基巖主要有熔結凝灰?guī)r、英安質晶屑凝灰熔巖，凝灰質砂礫巖等，巖石較堅硬、致密，巖體不透水，沒有可溶性巖層存在。水庫蓄水后不會產生永久性滲漏。

同時，大壩壩基巖性單一，巖石致密堅硬，節(jié)理裂隙發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)有大的斷裂構造，壩址工程地質條件較好。壩基按照設計處理后，基本滿足建造拱壩地質條件要求。這樣的地質條件對于壩型的選擇，如采用重力壩也是適合的。因此對于本工程而言，從地質角度分析，可以選擇的壩型可以有增加重力壩的比選方案，當然，最后選擇要從技術經濟進行分析以便最終決定選擇合適的壩型。從開挖的地質情況分析，本壩址也適合重力壩。因此，較好的地質條件對于大壩的壩型有著較好的選擇。

3 結論

（1）水庫區(qū)域樹木茂密，植被良好。庫區(qū)庫岸基巖埋淺，巖體廣泛裸露，蓄水后庫岸不會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。未發(fā)現(xiàn)庫區(qū)大斷層滲水通道，不存在蓄水后庫區(qū)水域向外滲漏問題。

（2）本工程中拱壩大壩壩基巖性單一，巖石致密堅硬，節(jié)理裂隙發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)有大的斷裂構造，壩址工程地質條件較好。壩基按照設計處理后，基本滿足建造拱壩地質條件要求。

（3）大壩的拱座穩(wěn)定，無特定的斷層裂隙面。

（4）烏江水庫拱壩的泄水建筑物考慮采用不掛閘的方案。

（5）下游河床及兩岸岸坡消能防沖，考慮到地質要求，進行適當?shù)奶幚?。以滿足實際的地形條件。

（6）結合地質條件，大壩原設計，考慮到水流直沖下游壩趾，因本工程施工難度較大。交通等不便利。經綜合地質等條件，將溢流堰進行調整如下：采取階梯式進行處理，以減輕對下游兩岸坡的沖刷。

（7）從開挖的地質情況分析，本壩址也適合重力壩。因此，較好的地質條件對于大壩的壩型有著較好的選擇。

[1]福建省福清市烏江供水工程水庫大壩初設報告，福州市水利水電開發(fā)公司，2010年.

[2]吳繼敏，工程地質學[M].北京：高等教育出版社，2006年.

[3]工程地質手冊（第四版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2007年.

[4]青山水庫Ⅰ壩址區(qū)工程地質條件分析與評價[J].張鴻，王東，侯立穎.

TV221.2

B

1673-9000（2017）05-0096-02

2017-05-18

毛維錚（1973-），男，福建閩侯人，工程師，主要從事工程地質與水文地質設計以及水利水電工程設計工作。