某水庫壩址工程地質(zhì)條件及壩型比選研究

摘要：經(jīng)過對某水庫壩址工程地質(zhì)條件研究，明確該水庫壩址存在一定的滲漏及壩基穩(wěn)定性問題，并給出相應(yīng)的治理措施。且根據(jù)該壩址的工程地質(zhì)情況，對重力壩及面板堆石壩兩種壩型進(jìn)行比選，并選擇了更為優(yōu)異的混凝土重力壩為壩型。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)條件;繞壩滲漏;壩基穩(wěn)定性;壩型比選

1 工程概況

某水庫位于六盤水市鐘山區(qū)大灣鎮(zhèn)，距六盤水市約33km，交通較為便利。水庫校核洪水位1903.3m，總庫容萬908萬m3，正常蓄水位為1902m，相應(yīng)庫容為857萬m3，興利庫容784萬m3，最大壩高79.5m。水庫主要任務(wù)是向下游大灣工業(yè)園區(qū)及其周邊村寨供水，同時兼顧部分農(nóng)田灌溉。

2 水庫壩址工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該水庫壩址位于跌摸撈溝口下游約250m，關(guān)門山上游約380m，河谷呈基本對稱寬“V”型，兩岸坡地形坡度高程1910m以下35°～45°，左岸高程1910m以上10°～15°，右岸1910m以上20°～25°。左岸坡地形較順直，右岸上、下游發(fā)育有沖溝，負(fù)地形較突出，壩址河段河床平直。

2.2 地層巖性

經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查及ZK2鉆孔揭示，壩址分布地層巖性單一。左岸坡在高程1930m以上緩坡分布?xì)埛e、殘坡積粘土夾碎石，鉛直厚度2～3m，以下零星分布?xì)埰路e碎石土。右岸坡分布?xì)埰路e碎石土，鉛直厚度2～4m。河床分布沖洪積砂礫石夾漂石、塊石，鉛直厚度4.0～5.0m。河床及兩岸坡分布基巖均為二疊系上統(tǒng)峨眉山組（P2β）深灰色、暗綠色隱晶至細(xì)晶厚層塊狀玄武巖及凝灰質(zhì)玄武巖，底部（河床段埋深約50m）夾凝灰?guī)r。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造及物理地質(zhì)現(xiàn)象

壩址河床無斷層構(gòu)造通過，為簡單的單斜構(gòu)造，似層面產(chǎn)狀為N55°W/SW∠15°～30°，傾右岸偏下游，河谷為斜向谷。壩址地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為巖體節(jié)理裂隙。經(jīng)勘察，壩址物理地質(zhì)現(xiàn)象不明顯，主要表現(xiàn)為局部淺層巖體卸荷、巖體風(fēng)化、岸坡殘積及殘坡積覆蓋層堆積，均不突出，無較大規(guī)模的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象存在。巖體風(fēng)化主要在左、右岸坡中上部表現(xiàn)較突出，根據(jù)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育程度、顏色及光澤度、破碎情況等，河床強(qiáng)風(fēng)化下限鉛直深度2～4m，左岸強(qiáng)風(fēng)化下限鉛直深度6～12m、水平深度10～30m，右岸強(qiáng)風(fēng)化下限鉛直深度8～10m、水平深度8～20m。

2.4 巖溶水文地質(zhì)

壩址巖溶水文地質(zhì)條件簡單，由于壩址分布二疊系上統(tǒng)峨眉山組（P2β）玄武巖非可溶巖層組，無巖溶發(fā)育，也無巖溶地下水，地下水主要為淺層基巖裂隙水及覆蓋層孔隙水，經(jīng)短暫循環(huán)后排泄補(bǔ)給河水，壩址處河流為補(bǔ)給型。

3 壩址工程地質(zhì)條件初步評價

3.1 壩基條件

壩址河床分布沖洪積砂卵礫石層，經(jīng)地質(zhì)測繪及鉆孔揭露，厚4.0～5.0m，結(jié)構(gòu)松散，其承載力不能滿足建壩要求，不能作為大壩基礎(chǔ)，須開挖清除。下伏基巖為二疊系上統(tǒng)峨眉山組（P2β）厚層塊狀玄武巖，凝灰?guī)r軟質(zhì)巖。據(jù)鉆孔揭示及壓水試驗資料，巖體風(fēng)化不突出，強(qiáng)風(fēng)化層較薄，鉛直深度為2～4m。強(qiáng)風(fēng)化層巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，完整性較差，壩基巖體質(zhì)量為BIV2類，不宜作為剛性重力壩壩基，也不宜作為面板堆石壩趾板基礎(chǔ)，建議開挖清除。弱風(fēng)化層巖體節(jié)理裂隙也較發(fā)育，但多呈剪性，閉合性性較好，巖體整體較完整，層厚為6～8m，壩基巖體質(zhì)量為BIII2類巖體，是各種壩型的良好壩基持力層。

3.2 邊坡條件

左岸高程1910m以上地形較平緩，坡度10°～15°，分布厚度不大的殘積、殘坡積碎石土。在高程1910m以下地形坡度35°～45°，基巖基本裸露。岸坡分布地層巖性均為二疊系上統(tǒng)峨眉山組（P2β）玄武巖，厚層塊狀結(jié)構(gòu)，自然邊坡穩(wěn)定。開挖邊坡總體為巖質(zhì)邊坡，巖體似層產(chǎn)狀總體傾右岸偏下游，但傾角較平緩，在弱風(fēng)化以下閉合性較好。強(qiáng)風(fēng)化層巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，完整性較差，但分布厚度不大。邊坡巖體無不利穩(wěn)定的長大結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)面組合，開挖邊坡整體穩(wěn)定性較好，邊坡穩(wěn)定主要是淺層強(qiáng)風(fēng)化巖體的局部失穩(wěn)。結(jié)合自然邊坡穩(wěn)定坡度，建議開挖邊坡比：覆蓋層1∶1～1.5，強(qiáng)風(fēng)化巖體1∶0.75～1;弱風(fēng)化巖體1∶0.5～0.75。并采取噴錨支護(hù)處理。

右岸岸坡地形坡度35°～45°，在高程1910m以下分布厚2～3m的殘積、殘坡積覆蓋層，基巖基本裸露，地層巖性均為二疊系上統(tǒng)峨眉山組（P2β）玄武巖，厚層塊狀結(jié)構(gòu)，自然邊坡穩(wěn)定。開挖邊坡總體為巖質(zhì)邊坡，巖體似層產(chǎn)狀總體傾右岸偏下游，但傾角較平緩，在弱風(fēng)化以下閉合性較好。強(qiáng)風(fēng)化層巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，完整性較差，但分布厚度不大。邊坡巖體無不利穩(wěn)定的長大結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)面組合，開挖邊坡整體穩(wěn)定性較好，邊坡穩(wěn)定主要是淺層強(qiáng)風(fēng)化巖體的局部失穩(wěn)。結(jié)合自然邊坡穩(wěn)定坡度，建議開挖邊坡比∶強(qiáng)風(fēng)化巖體1∶0.75～1;弱風(fēng)化巖體1∶0.5～0.75。并采取噴錨支護(hù)處理。

3.3 防滲條件

壩址河床及左、右岸分布地層均為二疊系上統(tǒng)峨眉山組（P2β）玄武巖，為非可溶巖可靠隔水層。經(jīng)水庫滲漏分析，水庫不存在左、右岸低鄰谷及壩址深部滲漏問題，僅存在壩基（肩）淺層的繞壩滲漏問題，滲漏形式為基巖裂隙型滲漏，須作防滲處理，具體防滲方案為：以正常蓄水位為防滲頂界，防滲底界以巖體透水率≤3Lu為控制標(biāo)準(zhǔn)，考慮到壩基滲透穩(wěn)定情況，建議按2/3倍壩高考慮防滲底界。兩岸以正常蓄水位水平嵌深至弱風(fēng)化巖體50m為防滲端點(diǎn)，河床段擬定防滲底界高程為1770m，即嵌深建基面以下約53m。壩址防滲線全長約300m，防滲面積為17500m2。

4 壩型選擇

4.1 壩型適宜性分析

從地形條件分析，壩址河谷呈基本對稱寬“V”型，岸坡地形坡度為35°～45°，左岸坡在1910m以上較平緩，右岸坡總體一致。河谷在正常蓄水位1902m時對應(yīng)谷寬為190m，寬高比為2.8∶1。兩岸坡地形不順直，上、下游均發(fā)育有切深不等的沖溝，岸坡負(fù)地形較突出。地形條件不宜建拱壩，適宜建重力壩和面板堆石壩，以下針對這兩種壩型方案進(jìn)行工程地質(zhì)條件比較。

4.2 壩型工程地質(zhì)條件比較

4.2.1 重力壩

根據(jù)壩址區(qū)地形地貌、地質(zhì)巖性等地質(zhì)條件，結(jié)合水工建筑物特性及布置要點(diǎn)推薦壩址適宜建重力壩。經(jīng)分析，壩址巖體發(fā)育節(jié)理裂隙多呈剪性、且短小、貫穿性差，似層面不平直、光滑，具有一定的咬合力，壩基基本不存在深層抗滑穩(wěn)定問題，壩基巖體承載力可滿足壩基要求，進(jìn)行相應(yīng)的防滲處理和加固后，可作為建基巖體建議設(shè)計根據(jù)提供的抗滑穩(wěn)定破壞模式及地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性驗算復(fù)核。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，壩肩邊坡基本為巖質(zhì)邊坡，因巖層產(chǎn)狀較平緩，似層面發(fā)育不明顯，開挖邊坡整體穩(wěn)定性較好。由于強(qiáng)風(fēng)化層巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育、巖體較破碎，開挖邊坡卸荷危巖體崩塌、掉塊等局部失穩(wěn)問題，但坡不高，穩(wěn)定問題不突出，進(jìn)行放坡開挖及噴錨支護(hù)處理即可。

4.2.2 面板堆石壩

趾板基礎(chǔ)：河床覆蓋層結(jié)構(gòu)松散，不能作為趾板基礎(chǔ)，須清除。岸坡基巖多出露，強(qiáng)風(fēng)化層巖體河床鉛直下限深度2～4m，基礎(chǔ)開挖量不大，基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化層巖體上部或強(qiáng)風(fēng)化巖體下部即可;堆石體基礎(chǔ)：堆石壩對壩基承載力要求不大，但河床砂礫石覆蓋層為松散結(jié)構(gòu)，不能作為壩基基礎(chǔ)，須開挖清除，基礎(chǔ)置于基巖上即可。

溢洪道邊坡：根據(jù)地形條件，溢洪道布置于左岸，開挖邊坡基本為巖質(zhì)邊坡，邊坡無不利穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)面組合，邊坡整體穩(wěn)定。由于強(qiáng)風(fēng)化層巖體裂隙較發(fā)育、巖體較破碎，開挖邊坡存在卸荷危巖體崩塌、掉塊等局部失穩(wěn)問題。因開挖邊坡較高，穩(wěn)定問題較突出，需進(jìn)行放坡開挖及噴錨支護(hù)處理。

4.3 壩型比選

根據(jù)工程區(qū)域地形及地質(zhì)條件等條件重力壩工程地質(zhì)條件與面板堆石壩基本一致，只是面板堆石壩方案由于溢洪道開挖存在的邊坡穩(wěn)定問題較重力壩方案突出。因此，推薦碾壓混凝土重力壩方案作為該水庫壩型。

5 結(jié)語

通過以上研究可知：某水庫地形地質(zhì)條件較為復(fù)雜，邊坡完整性較差，但穩(wěn)定性較好;存在壩基（肩）淺層的繞壩滲漏問題，需做防滲處理。根據(jù)壩址工程地質(zhì)條件，得出剛性重力壩優(yōu)于面板堆石壩，因此選用重力壩為壩型。

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項目：六盤水師范學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（201881）

作者簡介：羅歡（1997），男，主要從事地質(zhì)工程相關(guān)工作。

*通訊作者：熊燦娟（1987），女，貴州大方人，主要從事地質(zhì)類相關(guān)教學(xué)與研究。