德隆水庫壩址工程地質(zhì)條件分析及壩型優(yōu)選

肖國賢

（遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563002）

德隆水庫壩址工程地質(zhì)條件分析及壩型優(yōu)選

肖國賢

（遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563002）

針對德隆水庫壩址區(qū)地質(zhì)條件較復(fù)雜，可能存在不良工程地質(zhì)地段、可疑滲漏帶等問題。從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶水文等方面，對壩址區(qū)地質(zhì)環(huán)境各項因素及各種壩型適宜性進(jìn)行分析論證。結(jié)果表明：混凝土面板堆石壩壩型對地質(zhì)條件適應(yīng)性較高，但結(jié)合壩區(qū)承壓水對柔性壩的影響、水工樞紐布置和施工工藝等進(jìn)行綜合考慮，最終優(yōu)選技術(shù)和經(jīng)濟(jì)均較優(yōu)的重力壩壩型。

地質(zhì)條件；壩型選擇；重力壩；德隆水庫

德隆水庫位于貴州省鳳岡縣土溪鎮(zhèn)魚泉村梯子巖境內(nèi)，工程主要任務(wù)是農(nóng)田灌溉、城鎮(zhèn)和農(nóng)村人畜供水。壩址距土溪鎮(zhèn)7km、距鳳岡縣城52km，距遵義市中心城區(qū)170km，現(xiàn)有鄉(xiāng)村公路從壩址左岸通過，工程對外交通較方便［1］。在德隆水庫地質(zhì)勘察中，嚴(yán)格根據(jù)工程項目建設(shè)可行性和經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)，結(jié)合干溝河流域開發(fā)整體規(guī)劃任務(wù)，遵循技術(shù)可行性、效益最大化、整體與具體相結(jié)合綜合考慮原則，通過詳細(xì)的地質(zhì)勘察，全面分析，反復(fù)論證，為合理選擇壩型提供準(zhǔn)確詳實的地質(zhì)資料與建議，確保工程施工的高效優(yōu)質(zhì)。

1 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

壩址位于河灣地帶，河流彎曲延伸，河水深0.2～2m，河床高程一般818.00～828.00m。壩址兩岸地形總體上從上游至下游逐漸變陡，其中左岸坡受斷層F5切割影響，地形起伏較大，斜坡、陡坡均有分布，在∈1j上游側(cè)分布區(qū)多為陡坡地形，在下游側(cè)則形成峻坡至懸坡地形，而在∈1q分布區(qū)則形成帶狀發(fā)育的陡巖，陡巖以上地形平緩，山頂高程954.00m，與河床相對高差約為130m，左岸發(fā)育為一低矮埡口，埡口鞍部高程872.00～877.00m，埡口處有鄉(xiāng)村公路通過；右岸除發(fā)育有沖溝外地形總體較平順，地形坡角一般為30～50°，靠近河床一帶地形平緩，右岸山頂高程在970m高程以上?？傮w上看，在壩區(qū)河谷兩岸地形對稱性較好，設(shè)計正常蓄水位868m高程時河谷寬約200m，谷口寬高比為4.5左右，左岸巖層產(chǎn)狀 N35～42°E/SE∠5～14°，河谷為基本對稱的“V”型走向、斜向河谷結(jié)構(gòu)。

壩址區(qū)分布地層為寒武系下統(tǒng)清虛洞組（∈1q）、 金頂山組（∈1j1、 ∈1j2、 ∈1j3）。 ∈1q淺灰至深灰色中至厚層灰?guī)r夾豹皮狀白云質(zhì)灰?guī)r，分布于左岸865.00m高程以上岸坡；∈1j1灰色、灰綠色薄層、極薄層為主夾中厚層粉砂巖及少量灰?guī)r，分布河床12.4m以下；∈1j2淺灰色至深灰色中厚層灰?guī)r夾砂質(zhì)灰?guī)r，分布于河床附近；∈1j3薄層、極薄層為主夾中厚層粉砂巖及少量灰?guī)r、泥巖，分布于左右壩肩。壩址區(qū)多為覆蓋層分布，河床厚0.5～8m第四系沖洪積（Qapl）砂卵礫石覆蓋，兩岸均有厚2～10m殘坡積粘土、砂質(zhì)粘土夾塊石碎石等；崩塌堆積分布于左岸坡。

工程區(qū)西側(cè)為畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)，南面為貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，壩址發(fā)育仁老山斷層（F5），F(xiàn)5從左岸坡通過并向下游延伸斜切河床，為張扭性斷層，斷層面產(chǎn)狀N15～40°E/SE∠60°，斷層傾左岸，上盤為∈1q地層，下盤為∈1j地層，壩址處斷距約60m，左岸鉆孔揭露破碎帶寬約2m，斷層帶附近巖體破碎，多小塊石、碎石，少量斷層角礫充填，受斷層影響，區(qū)內(nèi)裂隙發(fā)育，主要發(fā)育4組裂隙：Ⅰ組N5～20°E/NW∠70～80°； Ⅱ組 N60 ～80°E/NW∠60 ～85°； Ⅲ組 N40 ～50°E/SE∠67 ～85°； Ⅳ組 N45°W/NE∠70 ～80°。 壩址平面地質(zhì)分布情況，如圖1所示。

壩址出露地層為金頂山組第一至第三層（∈1j1～∈1j3）及清虛洞組（∈1q），碎屑巖和碳酸鹽巖相間分布， 其中∈1j1、∈1j3為碎屑巖類，∈1q、∈1j2為碳酸鹽巖，根據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查及鉆孔勘探揭露，壩址區(qū)∈1q、∈1j2層內(nèi)均未見大型巖溶形態(tài)分布，但存在小型巖溶管道分布，其中∈1j2層內(nèi)在河床上游側(cè)右岸零星出露，受地形、構(gòu)造切割影響，右岸山體單薄，裂溶隙發(fā)育，使得右岸沿河床一帶形成小型巖溶系統(tǒng)，從上游至下游依次出露上升泉 S2～S6，各泉點流量穩(wěn)定，另外在鉆孔ZK2、ZK5內(nèi)存在承壓水，孔內(nèi)承壓水高出孔口4.2m及1.2m，在承壓水出溢部位巖體較破碎，說明鉆孔∈1j2層內(nèi)淺表溶蝕發(fā)育，其它河床鉆孔也有承壓水分布；∈1q在壩址區(qū)巖溶相對發(fā)育，地表巖溶有巖溶洼地、消洞等，溶槽、溶溝發(fā)育［2］。在鉆孔ZK1內(nèi)10.2m處漏水，在16.3～19.2m處揭露2.8m溶洞，洞內(nèi)黃色粘土夾碎石充填，在20.6～21.5m、22.1～22.5m存在掉鉆現(xiàn)象，孔內(nèi)無充填。在∈1j1、∈1j3層內(nèi)夾少量灰?guī)r夾層，補(bǔ)給徑流條件均較差，巖溶弱發(fā)育。壩址典型地質(zhì)條件剖面，如圖2所示。

2 工程地質(zhì)問題論證分析

2.1 壩基肩持力層分析

壩基∈1j2中厚層弱風(fēng)化灰?guī)r承載力為3～3.5 MPa，變形模量為5～7GPa；兩壩肩出露∈1j3薄層、極薄層的粉砂巖夾少量灰?guī)r，弱風(fēng)化承載力為2～2.2MPa，變形模量弱風(fēng)化為1～2GPa，存在不均勻沉降問題，另外左岸斷層破碎帶巖體松散，裂隙延伸長，不能滿足壩基條件，需采用深挖、擴(kuò)挖以及相應(yīng)加固處理措施后方可達(dá)到要求［3-4］。壩基∈1j2灰?guī)r內(nèi)存在承壓水分布，對壩體存在頂托作用，須采取固結(jié)、減壓等處理。

圖2 壩址典型地質(zhì)條件剖面

2.2 抗滑穩(wěn)定分析

壩基巖層緩傾左岸偏下游，傾角為5～13°，對壩基穩(wěn)定構(gòu)成一定的影響，灰?guī)r層面可構(gòu)成壩基深層單一滑動面，且左岸發(fā)育有貫通下游的斷層面，對壩基的抗滑穩(wěn)定不利，但在壩趾及下游阻滑巖體內(nèi)，節(jié)理或裂隙傾角大于60°，向下逐漸閉合，且在大壩下游河床平緩，未發(fā)現(xiàn)跌坎、深槽發(fā)育，無明顯的滑出臨空面，而且壩基內(nèi)分布的裂隙主要發(fā)育在強(qiáng)風(fēng)化帶，弱風(fēng)化帶則多閉合或尖滅，巖體相對較完整，裂隙的連通性較差，切割深度不大，故滑出面為弱風(fēng)化弱發(fā)育裂隙與爬坡剪斷巖體組合面［5-6］。故應(yīng)對壩腳下游一定范圍內(nèi)的基礎(chǔ)巖體進(jìn)行抗沖保護(hù)，防止因泄洪淘刷切腳而形成臨空面，削弱基礎(chǔ)穩(wěn)定性。淺層滑動的控制滑動面為建基面與混凝土的接觸面。

2.3 滲透穩(wěn)定評價

壩址區(qū)強(qiáng)至弱風(fēng)化帶巖體透水性較強(qiáng)，ZK1揭露：在高程822.01m以上，巖體透水率均大于10Lu，在高程822.01m以下透水率均小于5Lu；河床鉆孔ZK2揭露，在高程804.19m以上巖體透水率均大于10Lu，在高程794.19～804.19m之間巖體透水率為5～10Lu，在高程794.19m以下，巖體透水率小于 5Lu；右岸鉆孔 ZK3揭露，在高程850.80m以上巖體透水率均大于100Lu，在高程850.80m以下，巖體透水率為10～100Lu。各鉆孔下部巖芯相對完整，未發(fā)現(xiàn)大的溶洞和溶蝕裂隙，由以上鉆孔壓水試驗資料可知，表層強(qiáng)風(fēng)化帶、斷層破碎帶、∈1j2灰?guī)r一帶透水性強(qiáng)，水庫蓄水水位抬升后，存在沿以上強(qiáng)透水帶向下游滲漏問題，滲透降低壩基巖體力學(xué)指標(biāo)，對壩基抗滑穩(wěn)定不利，須采取防滲處理措施［7］。

3 壩型選擇

根據(jù)壩址地形地質(zhì)條件及天然建筑材料分布情況，結(jié)合各水工布置建筑物情況，擬對堆石混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩兩種壩型方案進(jìn)行比較，如表1所示。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，重力壩方案在地形地質(zhì)條件適應(yīng)性、樞紐布置和技術(shù)經(jīng)濟(jì)上均占優(yōu)勢，故推薦重力壩壩型。

4 結(jié)論

德隆水庫壩址區(qū)地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造條件較復(fù)雜，受斷層切割等因素的影響，工程地質(zhì)條件差，壩型選擇較困難。為合理選定壩型，從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶水文等方面，對壩址區(qū)工程地質(zhì)條件進(jìn)行了詳細(xì)分析和論證研究，優(yōu)選重力壩方案，為樞紐建筑物布置和基礎(chǔ)處理設(shè)計，提供了重要的地質(zhì)資料與結(jié)論建議。

（1）壩基巖體存在不均勻沉降問題，壩址左岸斷層發(fā)育，斷層帶巖體破碎，不 能滿足壩基條件要求，需采用深挖、擴(kuò)挖以及相應(yīng)加固處理。壩基∈1j2灰?guī)r內(nèi)存在承壓水分布，對壩體存在頂托作用，須采取減壓處理。

表1 壩型比選

（2）巖層產(chǎn)狀平緩，對壩基的抗滑穩(wěn)定不利，但大壩下游河床平緩，未發(fā)現(xiàn)跌坎、深槽發(fā)育，無明顯的滑出臨空面，滑出面為弱風(fēng)化弱發(fā)育裂隙與爬坡剪斷巖體組合面。應(yīng)對壩腳下游一定范圍內(nèi)的基礎(chǔ)巖體進(jìn)行抗沖保護(hù)，防止因泄洪淘刷切腳而形成臨空面，削弱基礎(chǔ)穩(wěn)定性。

（3）壩址區(qū)強(qiáng)至弱風(fēng)化帶巖體透水性較強(qiáng)，水庫蓄水水位抬升后，存在沿強(qiáng)透水帶向下游滲漏問題，滲透降低壩基巖體力學(xué)指標(biāo)，對壩基抗滑穩(wěn)定不利，須采取防滲處理措施。

（4）從壩基巖體質(zhì)量、開挖邊坡及處理、防滲工程量、承壓水的影響和施工組織設(shè)計等方面進(jìn)行論證，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)、樞紐布置等綜合比選，結(jié)果表明：混凝土重力壩壩型均優(yōu)于混凝土面板堆石壩，推薦采用較適宜壩址地形地質(zhì)條件的重力壩壩型。

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TV221.2

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1672-2469（2017）10-0138-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.039

2017-01-08

肖國賢（1979年-），男，高級工程師。