獐子溝水庫壩型地質(zhì)條件適應(yīng)性研究

樊 敏，丁亞龍，楊 偉

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550003）

0 引言

近年來，水利水電工程發(fā)展迅速，在發(fā)展過程中首要解決的一個重要問題就是壩型的選擇，其涉及到壩址地質(zhì)條件、料場、工程造價、抗震等。擬建獐子溝水庫壩址地質(zhì)條件較復(fù)雜，從地質(zhì)角度來說，壩型的選擇顯得尤為重要。

1 工程概況

擬建獐子溝水庫位于石阡縣城以東的花橋鎮(zhèn)平坡村平半坡村寨附近的花橋河上，花橋河屬于長江流域烏江水系石阡河的二級支流；擬建水庫距花橋鎮(zhèn)8 km，距石阡縣城27 km。推薦壩型為混凝土面板堆石壩，最大壩高55.5 m，正常蓄水位高程720 m，集水面積11.32 km2，總庫容417 萬m3。為一座以灌溉、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水為主，兼有周邊農(nóng)村飲水等功能的綜合利用的IV 等?。?）型水利工程，主要由混凝土面板堆石壩、溢洪道、放空底孔、導(dǎo)流洞、取水建筑物及輸水工程等組成。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

壩址位于花橋河團嶺河段上，河床呈“蛇”型彎曲，總體近SN 向，階地不發(fā)育。河床高程664.7 m～673.4 m，比降2.2%，河床寬約3 m～12 m，左岸地形坡度20°～60°，右岸地形坡度13°～58°，正常蓄水位720 m 處地形寬高比為2.3，為較對稱的“V”型谷。

出露地層為寒武系中統(tǒng)平井組（∈2p），巖性為灰至深灰色薄層夾中厚層狀白云巖、鮞狀白云巖。壩址總體為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀為N40°W，NE∠15°，傾下游偏右岸。右岸發(fā)育斷層F1、F2，其中F1 為張性正斷層，產(chǎn)狀N26°E，NW∠85°，破碎帶寬1 m～3 m，影響帶寬8 m～10 m；F2 為壓性逆斷層，產(chǎn)狀N20°E，NW∠80°，破碎帶寬3 m～5 m，影響帶寬7 m～10 m。左岸強溶蝕風(fēng)化0 m～16 m，河床弱溶蝕風(fēng)化10.3 m，右岸強溶蝕風(fēng)化0 m～49 m。工程區(qū)地震動峰值加速度值小于0.05 g，反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，對應(yīng)地震基本烈度小于Ⅵ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好。

區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育較弱，主要表現(xiàn)為溶蝕裂隙，小溶洞等，規(guī)模較小，如左岸699.4 m高程處發(fā)育溶洞K1，右岸沿斷層F1、F2形成的溶蝕空腔等。根據(jù)資料分析，河床為地下水排泄基準面，河谷巖溶水動力類型為補給型，兩岸地下水補給給河水，左岸地下水位平均比降28%，右岸地下水位比降16%～41%，平均比降29%。

3 壩型適應(yīng)性分析研究

根據(jù)巖石室內(nèi)試驗，巖石飽和單軸抗壓強度為41.3 MPa，屬中硬巖。根據(jù)地面調(diào)查、鉆探及平硐等資料，強風(fēng)化層中夾泥現(xiàn)象普遍，弱風(fēng)化層中上部次之，中下部局部夾泥，連續(xù)性差。結(jié)合規(guī)范要求可將壩基巖體劃分為兩類：弱溶蝕風(fēng)化中部及以上為BⅣ1類巖體，弱溶蝕風(fēng)化下部至新鮮基巖為BⅢ2類巖體。

壩型選擇主要取決于壩址的工程地質(zhì)條件，把壩址的基本地質(zhì)條件和壩型結(jié)合起來得出最優(yōu)解是工程師們一直追求的目標(biāo)。拱壩對壩址的地質(zhì)條件要求較高，壩址區(qū)河谷較為寬緩，基巖主要為薄層白云巖，弱風(fēng)化中部以上夾泥較嚴重，且右壩肩發(fā)育F1、F2 斷層，對拱壩穩(wěn)定性影響較大，無可比性，因此，僅選取混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩作適應(yīng)性分析研究。

3.1 碾壓混凝土重力壩適應(yīng)性分析研究

碾壓混凝土重力壩設(shè)計最大壩高56.6 m，采用壩頂溢洪。碾壓混凝土重力壩壩線河床高程671.9 m，河床寬約5.2 m，階地不發(fā)育。左岸地形坡度31°～52°，右岸地形坡度22°～41°，水庫正常蓄水位720 m 處地形寬高比為2.3，為較對稱的“V”字型河谷。

圖1 重力壩壩軸線工程地質(zhì)剖面圖

（1）持力層的選擇

壩基巖體主要為薄層夾中厚層白云巖，BⅣ1類巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育、夾泥，巖塊間嵌合力差；BⅢ2類巖體結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，多閉合，夾泥較少，不連續(xù)，貫穿性結(jié)構(gòu)面不多見。重力壩持力層的選擇應(yīng)根據(jù)大壩穩(wěn)定、壩基應(yīng)力、巖體類別、基礎(chǔ)變形等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定，BⅢ2類巖體經(jīng)處理后可作為重力壩基礎(chǔ)。右岸F1 斷層需深挖回填處理，并進行固結(jié)處理。

（2）壩基抗滑穩(wěn)定

根據(jù)壩區(qū)節(jié)理裂隙統(tǒng)計，壩基具備淺、深層滑動的邊界條件：第①組：產(chǎn)狀260°～280°∠65°～85°的裂隙和右壩肩斷層F1 的破碎帶為壩址側(cè)裂控制面。第②組：產(chǎn)狀170°～183°∠68°～88°裂隙為壩址拉裂控制面。第③組：巖層層面、泥化夾層，為底滑控制面，產(chǎn)狀N32°～46°W，NE∠10°～19°。因此，重力壩存在抗滑穩(wěn)定問題，需計算復(fù)核。

（3）開挖邊坡穩(wěn)定性評價

兩岸邊坡總體穩(wěn)定，巖層總體傾下游，偏右岸，左岸位視順向坡，右岸為視逆向坡。左、右壩肩開挖至弱溶蝕風(fēng)化巖體中上部，壩肩基坑開挖將形成最大水平深16 m～25 m 左右深槽。左岸邊坡在卸荷、溶蝕風(fēng)化裂隙切割下，邊坡上的不利組合體可能順層面或軟弱夾層產(chǎn)生較大面積滑坡，建議對左岸邊坡先支護，后開挖[1-3]。右岸為視逆向坡，壩基巖體為中硬巖，抗風(fēng)化、軟化能力強，開挖邊坡總體穩(wěn)定，但F1 斷層處開挖較深，斷層破碎帶及影響帶較大，受斷層、裂隙等因素影響，局部邊坡易形成不穩(wěn)定體，可能存在滑塌現(xiàn)象。

（4）壩基(肩)滲透穩(wěn)定性分析

重力壩基礎(chǔ)置于弱溶蝕風(fēng)化白云巖上，巖體內(nèi)裂隙發(fā)育較少，多閉合，弱風(fēng)化層中上部夾泥現(xiàn)象較多，中下部局部夾泥，連續(xù)性差。根據(jù)鉆孔壓水統(tǒng)計分析，強風(fēng)化至弱風(fēng)化中部巖體透水率較大，特別是右岸，弱風(fēng)化局部達到64.94 lu，因此，在高水頭壓力作用下，壩基（肩）夾泥面可能產(chǎn)生滲流破壞，危及大壩穩(wěn)定，建議對壩基進行固結(jié)、帷幕灌漿處理。

3.2 混凝土面板壩適應(yīng)性分析研究

混凝土面板堆石壩軸線位于重力壩軸線下游約60 m，設(shè)計最大壩高55.5 m，采用左岸溢洪。壩線河床高程671 m、河床寬8.8 m，階地不發(fā)育，左岸地形坡度24°～50°，右岸地形坡度20°～46°。水庫正常蓄水位720 m 處地形寬高比為2.3，為較對稱的“V”字型河谷。

圖2 面板壩壩壩軸線工程地質(zhì)剖面圖

（1）持力層的選擇

混凝土面板堆石壩壩型對地基基礎(chǔ)要求較低，開挖量較小，適應(yīng)性較強，無需大量削坡處理[4]。BⅢ2類巖體較完整，局部完整性差，抗滑、抗變形性能受結(jié)構(gòu)面和巖石強度控制，經(jīng)處理后可作為面板壩趾板基礎(chǔ)持力層；右岸F1 斷層需深挖回填處理，并進行固結(jié)處理。堆石區(qū)對地基承載力要求低，清除覆蓋層及松動巖體，放置于基巖上即可。

（2）開挖邊坡穩(wěn)定性評價

兩岸邊坡總體穩(wěn)定，巖層總體傾下游，偏右岸，左岸為視順向坡，右岸為視逆向坡。左、右岸趾板開挖至弱溶蝕風(fēng)化巖體中上部，壩肩基坑開挖將形成最大水平深12 m～20 m 左右深槽。左岸邊坡在卸荷、溶蝕風(fēng)化裂隙切割下，邊坡上的不利組合體可能順層面或軟弱夾層產(chǎn)生滑塌，建議對左岸邊坡先支護，后開挖[1-3]。右岸為視逆向坡，壩基巖體為中硬巖，抗風(fēng)化、軟化能力強，開挖邊坡總體穩(wěn)定，但F1 斷層處開挖較深，斷層破碎帶及影響帶較大，受斷層、裂隙等因素影響，局部邊坡易形成不穩(wěn)定體，可能存在滑塌現(xiàn)象。堆石區(qū)清除表層覆蓋層及松動巖體即可，對邊坡影響小。

（3）壩基(肩)滲透穩(wěn)定性分析

面板堆石壩基礎(chǔ)置于強、弱溶蝕風(fēng)化白云巖上，裂隙發(fā)育，強至弱溶蝕風(fēng)化層中夾泥存在現(xiàn)象，且強溶蝕風(fēng)化層中較普遍，且弱溶蝕風(fēng)化上部及以上巖體透水率較大，在高水頭壓力作用下，滲流作用對壩基(肩)可能產(chǎn)生滲流破壞。同時，滲流攜帶堆石區(qū)泥沙流失，造成堆石區(qū)脫空、變形、坍塌，使趾板失去支撐，變形、開裂破壞，失去防滲作用，水庫產(chǎn)生滲漏，嚴重時可能發(fā)生潰壩。因此，建議對壩基進行固結(jié)、帷幕灌漿處理。

4 結(jié)論與建議

不同壩型對壩址工程地質(zhì)條件有不同的要求。一般來說，拱壩要求最高，重力壩次之，面板壩適應(yīng)性最強[5-6]。獐子溝水庫壩址區(qū)地質(zhì)條件較復(fù)雜，為合理選定壩型，從地質(zhì)角度出發(fā)，對壩址區(qū)工程地質(zhì)條件進行了分析研究，優(yōu)選混凝土面板堆石壩方案，該研究為設(shè)計提供了重要的地質(zhì)資料、結(jié)論及建議。

（1）壩址區(qū)弱風(fēng)化中部以上夾泥較嚴重，且右壩肩發(fā)育F1、F2 斷層，對拱壩穩(wěn)定性影響較大，無可比性。

（2）重力壩對壩基巖體質(zhì)量的要求較高，泥化夾層對壩基壓縮變形、滲透變形不利，存在壩基淺層、深層滑動的可能，且重力壩壩基（肩）開挖面積及深度較大，對邊坡的穩(wěn)定性影響相對較大。

（3）從持力層的選擇、壩基抗滑穩(wěn)定、開挖邊坡的穩(wěn)定性、壩基(肩)滲透穩(wěn)定性等方面進行論證，從地質(zhì)角度來說，混凝土面板堆石壩優(yōu)于混凝土重力壩，推薦混凝土面板堆石壩。

（4）建議對壩基進行固結(jié)、帷幕灌漿處理；對F1 斷層深挖回填后進行固結(jié)、帷幕灌漿處理，對F2 斷層進行帷幕灌漿處理。