大石門(mén)水利樞紐工程壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析評(píng)價(jià)

李 剛

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

大石門(mén)水利樞紐工程壩址區(qū)位于車爾臣河由東西向向南北向肘狀拐彎處，是一項(xiàng)承擔(dān)防洪、發(fā)電和灌溉任務(wù)的綜合利用水利樞紐工程。樞紐擋水建筑物為瀝青心墻壩，其中心墻壩壩高128.8 m，壩長(zhǎng)205 m。設(shè)計(jì)總庫(kù)容為1.27億m3；工程由攔河壩、表孔溢洪洞、底孔泄洪洞、發(fā)電引水洞、地面廠房及電站尾水渠等組成。根椐《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2000）規(guī)定，工程為大Ⅱ型工程。

2 地形地貌

壩址位于自東向西的車爾臣河與自南向北的托奇里薩依河匯合處下游約300 m處，壩址區(qū)河谷呈深“V”形，河流縱坡約12.5‰。壩址右岸為阿爾金中低山，山頂高程與谷底相對(duì)高差近200 m，右岸基巖出露。左岸為Ⅷ～Ⅸ級(jí)基座階地，階地面較平坦，地表高程高于河面高程170 m左右，基巖基座的頂面在階地前緣陡坎上出露位置呈山包狀，基巖面垂直河流方向也呈下降趨勢(shì)，略有起伏，上部沉積深厚的砂卵礫石，最深厚度達(dá)295 m，為古河道進(jìn)口，古河道進(jìn)口寬約2.7 km。

3 地層巖性

壩址區(qū)出露的地層巖性為：

2）侏羅系下-中統(tǒng)（J1-2）：巖性主要為灰綠色砂巖、棕紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾煤層。巖體中厚層狀，層理發(fā)育，主要分布在壩軸線及下游地區(qū)，與下元古界阿爾金群呈斷層接觸。

3）壩址分布的地層第四系主要有：

（3）全新統(tǒng)地層：為沖洪坡積的砂礫石，厚度2～10 m。主要分布于現(xiàn)代河床、沖溝底和出口和岸坡坡腳。

4 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上位于塔里木陸塊南部邊緣與阿爾金山斷隆、東昆侖褶皺山系交匯地域。巖層走向以 35°～60°為主，傾 NW 或 SE，傾角一般 45°～70°，主要呈中-厚層狀。壩址區(qū)的節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理大多為南東向順層節(jié)理，均為壓扭性；裂隙則主要為岸坡巖體后緣卸荷裂隙，規(guī)模都不大。

壩址區(qū)發(fā)育的斷裂主要的斷裂為穿過(guò)壩軸線的f17斷層（大石門(mén)斷層），產(chǎn)狀為 300～340°SW∠40～50°。該斷層為中更新世斷層。

壩址區(qū)河谷深切，兩岸岸坡較陡，多在50°～80°左右，局部近直立，岸坡淺部巖（土）體向臨空方向松弛卸荷，發(fā)育卸荷裂隙，卸荷裂隙與層面及壩址區(qū)發(fā)育的緩傾角節(jié)理裂隙形成不利組合，易產(chǎn)生塌滑及崩塌。對(duì)壩址有影響的崩塌體有4處，其穩(wěn)定性較差，需采取清除處理措施

5 水文地質(zhì)

壩址區(qū)地下水主要有兩類，一類為河床沖積砂礫石層中的孔隙潛水。另一類為基巖裂隙水，地下水主要賦存于巖體發(fā)育的各種結(jié)構(gòu)面中，兩岸地下水補(bǔ)給河水。根據(jù)試驗(yàn)成果。環(huán)境水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性、對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。

6 壩址工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)右岸大部分基巖裸露，左岸岸坡下部基巖出露，巖性為下元古界阿爾金群（）蝕變輝綠巖、片巖和侏羅系中-下統(tǒng)泥巖、砂巖夾煤層。

蝕變輝綠巖、片巖，呈厚層狀，巖體的透水性受巖體風(fēng)化、卸荷程度和節(jié)理發(fā)育程度的控制?；鶐r強(qiáng)風(fēng)化層厚2～3 m，弱風(fēng)化層厚10～15 m。強(qiáng)、弱風(fēng)化層巖體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，貫通性較好，根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)資料：左岸基巖透水率q≤5 Lu的界線一般在基巖面以下埋深25～37 m，q≤3 Lu的界線在基巖面以下埋深40～70 m；河床部位q≤3 Lu的界線在基巖面以下埋深39～47 m；右岸基巖透水率q≤3 Lu的值界線在基巖面以下埋深埋深40～70 m。

侏羅系地層巖性為泥巖和砂巖互層，夾薄層煤層，呈中厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體風(fēng)化主要受地形的影響。根據(jù)鉆孔和物探資料綜合分析，基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚2～3 m，弱風(fēng)化層厚10～15 m。據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)成果，河床部位q＜5 Lu的界線在基巖面以下埋深16 m左右，河床部位q≤3Lu的界線在基巖面以下埋深36m左右。

7 主要工程地質(zhì)問(wèn)題

7.1 左壩肩情況

7.1.1 左壩肩穩(wěn)定性

地面上部出露的巖性為第四系砂卵礫石，厚度8～35 m。該層下部為基巖，巖石裸露，巖性為蝕變輝綠巖、片巖，巖石自然坡度70°左右，巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚2～3 m，弱風(fēng)化層厚10～15 m。巖石屬中硬巖。

基巖面自階地前緣附近向岸坡外逐漸下降，在左壩肩左側(cè)為深厚型的古河道進(jìn)口。在左岸河床附近陡坎發(fā)育大石門(mén)斷層f17，斷層寬度2～5 m，斷層傾向上游，斷層下部巖性為侏羅系泥巖、砂巖夾煤層，巖體破碎，巖層產(chǎn)狀50°SE∠70°。建議沿?cái)鄬訋г陂_(kāi)挖過(guò)程中形成不穩(wěn)定塊體及產(chǎn)生的塌滑和崩塌體予以清除，斷層帶采用混凝土填塞并進(jìn)行灌漿處理。清除大壩范圍岸坡不穩(wěn)定崩塌體。整體看左壩肩岸坡較陡，裂隙發(fā)育，表層巖體較差，但整體穩(wěn)定性較好。

7.1.2 繞壩滲漏[1]

左岸段基巖面自階地前緣附近向岸坡外逐漸下降，左壩肩左側(cè)上部覆蓋深厚的砂卵礫石層，為古河道。古河道進(jìn)口位于庫(kù)區(qū)左岸，寬約3 km，出口位于壩址下游2.3 km。古河道兩岸基巖出露，河道內(nèi)沉積了深厚的砂卵礫石層，厚度50～295 m，底部巖性為下元古界蝕變輝綠巖。古河道最底部低于正常蓄水位最深205 m，蓄水后，庫(kù)區(qū)左岸均為砂卵礫石層，滲透系數(shù)為3.73×10-3m/s，該層存在滲漏的可能。經(jīng)過(guò)中國(guó)水利科學(xué)研究院的三維建模計(jì)算，水庫(kù)左岸古河道的年滲漏量為3078.6萬(wàn)m3；根據(jù)計(jì)算成果分析，庫(kù)區(qū)左岸古河槽滲漏量對(duì)庫(kù)區(qū)影響不大，但為考慮壩后建筑物安全，設(shè)計(jì)采用防滲灌漿處理，

根據(jù)三維計(jì)算，增加左壩肩的防滲長(zhǎng)度，能夠降低下游溢出部位的水力坡降，降低繞壩滲漏對(duì)下游建筑物的影響，綜合經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素，增加防滲長(zhǎng)度570 m較為合適。并在下游沿巖面設(shè)置排水洞減少溢出水對(duì)下游左岸高邊坡產(chǎn)生的滲透破壞。

7.2 河床段

7.2.1 壩基穩(wěn)定性

河床寬約23 m，河床表層為砂卵礫石層，厚5～10 m，為強(qiáng)透水層。下部為巖性為蝕變輝綠巖、片巖，無(wú)大的斷層通過(guò)，基巖巖石較完整，壩基穩(wěn)定。

7.2.2 壩基滲透穩(wěn)定及滲漏

1）壩基滲透穩(wěn)定

壩址區(qū)第四系沖積砂卵礫石層厚5～10m，根據(jù)砂卵礫石顆粒組成、含量、級(jí)配情況分析，壩基不存在液化的可能性，存在滲透變形的可能。依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487—2008）計(jì)算，壩基砂卵礫石的滲透破壞形式為管涌型，允許水力比降為0.10。水庫(kù)蓄水后，在水頭差的作用下，河床砂卵礫石存在滲漏和滲透穩(wěn)定問(wèn)題，建議河床覆蓋層采取防滲處理措施或清除。

2）壩基滲漏

據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)，河床孔巖體透水性較弱，弱風(fēng)化6～7 Lu，屬弱透水，在弱風(fēng)化上部5 m段透水率為12.7 Lu，屬中等透水。壩基巖體透水率q≤3 Lu值界限均在基巖面以下埋深35 m左右。上部巖體35 m的透水率不能滿足防滲需要，壩基應(yīng)清除覆蓋層，河床部位心墻底部需座落于強(qiáng)風(fēng)化下限，并進(jìn)行帷幕和固結(jié)灌漿防滲處理。

7.3 右壩肩情況

7.3.1 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

該段基巖裸露，岸坡陡峻，自然坡度 65°～70°。巖性為下元古界蝕變輝綠巖、片巖，巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚2～3 m；弱風(fēng)化層厚10～15 m。

該段岸坡較陡，巖體表層節(jié)理發(fā)育，局部發(fā)育順坡向裂隙，巖體破碎，對(duì)邊坡不利，需進(jìn)行相應(yīng)的工程處理。右壩肩上下游段基巖頂部分布有薄層砂礫石層，易掉落滑塌，需進(jìn)行相應(yīng)的工程處理。

7.3.2 右壩滲漏評(píng)價(jià)

右岸山體較厚，不存在繞壩滲漏問(wèn)題。根據(jù)壓水試驗(yàn)：右岸巖體20 m以上透水率均大于10 Lu，屬于中等透水區(qū)；20 m以下巖體透水率小于5 Lu，屬于弱透水和微透水區(qū)。其中巖體透水率q≤3 Lu的值界線埋深35～40 m。因此，本段基巖上部透水率較大，不能滿足壩基防滲要求，建議對(duì)該段進(jìn)行帷幕和固結(jié)灌漿防滲處理。

8 結(jié)論與建議

壩址區(qū)地形呈現(xiàn)V形發(fā)育，整體看兩岸坡較陡，裂隙發(fā)育，表層巖體較差，但整體穩(wěn)定性較好。壩址兩岸巖體透水性q≤3 Lu的界線在基巖面以下埋深40～60 m，埋深較深，作為壩基基礎(chǔ)需清除覆蓋層及基巖強(qiáng)風(fēng)化層，基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化層中上部，并對(duì)壩基進(jìn)行防滲處理。

壩址區(qū)主要的地質(zhì)問(wèn)題主要是左壩肩古河道繞壩滲漏的問(wèn)題，根據(jù)三維計(jì)算，通過(guò)增加防滲長(zhǎng)度，降低下游溢出部位的水力坡降。并在下游設(shè)置排水洞，減少溢出水對(duì)下游左岸高邊坡產(chǎn)生的滲透破壞。

建議：壩址基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)應(yīng)清除左右岸邊坡表層危石，并進(jìn)行支護(hù)。對(duì)古河道帷幕灌漿效果進(jìn)行檢測(cè)分析，對(duì)壩后高邊坡的影響應(yīng)進(jìn)行重新計(jì)算分析。