大慶水庫工程地質(zhì)勘察評價

郝振華

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

1 工程概況

大慶水庫位于承德平泉臥龍鎮(zhèn)廟后村，距平泉縣城17km，是灤河水系瀑河上游的一座中型水利樞紐工程，控制流域面積82km2，總庫容1170萬m3，以防洪為主，兼顧灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用。水庫于1978年建成蓄水后，由于壩基基巖上部出現(xiàn)滲漏，經(jīng)地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：①右壩肩存在滲漏問題；②溢洪道（溢流堰基礎(chǔ)及泄槽段）處于3條斷層破碎帶上，存在滲漏和抗沖刷問題，挑坎下游兩岸未襯砌的岸坡沖刷穩(wěn)定問題；③左岸放水洞部分洞段圍巖呈強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育巖體破碎，未全部襯砌亦有滲漏問題。除險加固工程完工后，水庫存在問題得到了有效解決，水庫運(yùn)行良好。本文針對地質(zhì)存在的問題及加固措施進(jìn)行了論述。

2 地質(zhì)概況

大慶水庫地處燕山北麓低山河谷地貌，流域內(nèi)干流為瀑河（灤河支流）。溝谷間山體峰巒迭起，峰頂高程一般600.0～900.0m，局部超過1000.0m。

流域內(nèi)總體地勢自西北向東南降低，瀑河自西北流向東南。河流兩岸不對稱，斷續(xù)分布由含卵（碎）石黃土狀土構(gòu)成的二級階地，階地寬度100～300m。受山麓坡洪積堆積影響階面向后緣方向抬升，同時受坡水沖蝕及人為活動影響階面破壞嚴(yán)重，前緣多呈陡坎局部緩坡?；鶐r裸露岸多山勢陡峭。庫區(qū)下游河谷兩側(cè)或一側(cè)原發(fā)育一級階地，漫灘和一級階地界線不明顯，上覆厚0.5～1m壤土，兩岸向河床方向地勢漸低。

區(qū)內(nèi)火成巖（含侵入巖和噴出巖）、變質(zhì)巖均有分布，溝谷及兩側(cè)近河庫岸則多分布松散沉積物?，F(xiàn)按巖性類別及地層時代由老到新分述如下：

2.1 太古界遷西群上平房組一段（ARSH1）

黑云角閃斜長片麻巖夾紋狀斜長淺粒巖，斜長角閃巖，主要分布于壩軸線下游一帶，片麻理產(chǎn)狀：走向NE36°～72°，傾向SE，傾角50°～60°。

2.2 下元古界變質(zhì)花崗巖（BHR）

與遷西群混染接觸，受其變質(zhì)作用影響局部巖體具片麻理構(gòu)造。花崗巖原巖顏色呈肉紅色、灰白色、質(zhì)地堅硬，細(xì)—粗粒結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為長石、石英、云母等，主要分布于兩壩肩及庫區(qū)兩岸。

2.3 第四系沉積物

2.4 巖脈侵入體

樞紐區(qū)內(nèi)有偉晶、石英及輝綠巖脈侵入于花崗巖和片麻巖體內(nèi)。

2.5 地震

水庫區(qū)南距張家口—北京—唐山主體強(qiáng)震構(gòu)造帶120km，近百年來周圍100km范圍內(nèi)未發(fā)生過3級以上地震。

依據(jù)GB18306—2015 《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，本區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45s，相當(dāng)于地震基本烈度6°。

3 樞紐工程地質(zhì)條件及評價

大慶水庫樞紐建筑物主要由攔河壩、溢洪道、放水洞等組成。攔河壩為黏土心墻壩，壩頂長460.0m，壩頂高程668.5m，最大壩高24.0m。溢洪道位于攔河壩右側(cè)，堰型為開敞式實(shí)用堰，堰頂高程663.8m，凈寬70.0m，無閘門控制；放水洞位于攔河壩左側(cè)，為城門洞型無壓隧洞，洞身全長160m，進(jìn)口底高程653.0m，洞寬2.0m，洞高2.2m。

3.1 樞紐區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1.1 地層巖性

結(jié)合現(xiàn)場查勘情況，樞紐區(qū)地層巖性由老到新分述如下：

（1）下元古代斑狀混合花崗巖（Bhr）與遷西群混染接觸，受其變質(zhì)作用影響局部巖體具片麻理構(gòu)造?；◢弾r原巖顏色呈肉紅色、灰白色、質(zhì)地堅硬，細(xì)—粗粒結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為長石、石英、云母等，主要分布于壩基、壩肩及庫區(qū)兩岸。

（3）巖脈侵入體。樞紐區(qū)內(nèi)有偉晶、石英及輝綠巖脈侵入于花崗巖和各類片麻巖內(nèi)。

3.1.2 水質(zhì)分析

勘探期間在水庫中取1組庫水進(jìn)行了水質(zhì)試驗(yàn)分析，大慶水庫庫水屬于重碳酸硫酸鈉鈣型水，pH值為8.42，呈弱堿性。

根據(jù)GB50487—2008 《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》 環(huán)境水腐蝕判定標(biāo)準(zhǔn)，所取環(huán)境水對混凝土（普通水泥）無腐蝕性；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋無腐蝕性；對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。如表1，表2。

表1 環(huán)境水腐蝕性類型判定

表2 環(huán)境水對鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性判定

3.2 攔河壩壩體質(zhì)量及評價

3.2.1 壩體土分布特征

攔河壩為黏土心墻壩，壩頂長460.0m，壩頂高程668.5m，最大壩高24.0m。壩頂寬6.0m，采用水泥混凝土路面，上游側(cè)設(shè)漿砌石路緣墻，下游側(cè)設(shè)漿砌路緣石。壩體上游采用漿砌石框格護(hù)坡，坡比采用1∶2.0，1∶3.0，壩體下游采用貼坡結(jié)構(gòu)，按原壩體結(jié)構(gòu)的材料分區(qū)，壩坡分兩級1∶2.0，1∶2.5貼坡，在高程656.0m設(shè)一級馬道，馬道寬2.0m，壩腳填筑透水性較大的材料，護(hù)坡采用干砌石。在壩體與兩岸山坡接觸處，修建左、右兩岸的壩肩排水溝，整修下游壩腳減壓溝，使岸坡及壩面雨水通過壩腳減壓溝外引至攔河壩下游渠道。左、右壩肩及壩腳排水溝由干砌石砌筑，下設(shè)反濾。結(jié)合前期資料壩體填筑料巖性為砂礫石，表層為礫砂。

3.2.2 壩體質(zhì)量評價

3.2.2.1 黏土心墻

（1）壩體心墻巖性為壤土，土質(zhì)均勻性較好，壤土干密度范圍值為1.57～1.79g/cm3，平均值1.68g/cm3，壩體心墻滿足設(shè)計壓實(shí)度0.98的要求。

（2）黏土心墻滲透系數(shù)范圍值0.041×10-6～4.5×10-6cm/s，平均值4.5×10-6cm/s，滿足心墻土料的規(guī)范要求（滲透系數(shù)不大于10×10-6cm/s）。

3.2.2.2 壩殼料

壩殼料填筑的巖性為角礫，少部分為礫砂，其天然密度2.24g/cm3，不均勻系數(shù)Cu平均值21.6，曲率系數(shù)Cc平均值0.7，級配不良。

3.3 壩基工程地質(zhì)條件及評價

3.3.1 壩基工程地質(zhì)

河床地面高程645～646m，寬330m，右岸分布有一級階地，高出河床10m。河床覆蓋層厚度8.11～10.7m。由于河床壩基砂卵石覆蓋層透水性較大，存在滲漏問題，故在建壩清基時，作了截水槽防滲。水庫運(yùn)行多年以來，未發(fā)現(xiàn)壩腳及壩后存在明顯漏水現(xiàn)象，壩基防滲措施效果較好，壩基無明顯滲漏。

3.3.2 左壩肩工程地質(zhì)

左壩肩建在下元古代混合花崗巖體上，據(jù)鉆孔揭露基巖強(qiáng)風(fēng)化厚7.5m以下為弱風(fēng)化，粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。水庫運(yùn)行多年以來，未發(fā)現(xiàn)明顯的繞壩滲漏現(xiàn)象，僅左岸山體局部存在輕微水流，主要為左岸山體基巖裂隙水出滲。

3.3.3 右壩肩工程地質(zhì)

右壩肩上部為人工回填黏土及砌石，厚2.3～5.5m，下部以變質(zhì)花崗巖為主，局部為黑云斜長片麻巖?；鶐r呈強(qiáng)風(fēng)化，厚度6.5～12.7m。壩肩與溢流堰接合處及下游花崗巖、片麻巖巖體呈全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化并有輝綠巖脈侵入，巖石較為破碎，弱風(fēng)化頂面高程在654.0m以下。巖芯完整性差，節(jié)理發(fā)育，巖石破碎。

3.4 溢洪道工程地質(zhì)條件及評價

3.4.1 地質(zhì)條件

溢洪道工程位于大壩右岸，為開敞式直槽溢洪道，由進(jìn)口段、溢流堰、泄槽及挑坎4部分組成。

3.4.1.1 溢流堰和泄槽地基

溢洪道溢流堰及泄槽地基出露巖性為變質(zhì)花崗巖，右側(cè)多呈弱風(fēng)化巖，部分受斷層F1、F2、F3影響風(fēng)化較重。由于溢洪道左側(cè)及斷層F1、F2已被襯砌的混凝土覆蓋，僅可見斷層F3。F3產(chǎn)狀：走向NW290°，傾向SW，傾角58°。影響帶寬15～20cm，巖體風(fēng)化較嚴(yán)重，屬強(qiáng)風(fēng)化巖。未見明顯斷層錯動跡象。

根據(jù)鉆孔揭露，進(jìn)口處覆蓋層為素填土，主要為含碎石土，層厚0.8～1.3m；下部為厚0.6～0.9m漿砌石；基巖面高程658～659m，其中鉆孔DHY1揭露F1斷層。斷層F1影響帶寬2.5m，深14.6m。泄槽內(nèi)基巖出露，基巖面高程659～653m，多為弱風(fēng)化巖。受F1斷層的影響，斷層影響帶內(nèi)巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙多充填有夾泥。其他部位巖體完整，節(jié)理裂隙中等發(fā)育。地下水類型為基巖裂隙水。

3.4.1.2 挑坎及沖坑

挑坎齒墻位于原有挑坎下游6m。左邊墻延接原左邊墻向下游方向75m，沖坑位于挑坎齒墻下游30m處。

地層巖性主要為下元古代變質(zhì)花崗巖 （Bhr），強(qiáng)風(fēng)化巖芯完整性差，節(jié)理發(fā)育，巖石破碎；弱風(fēng)化巖芯大部完整，局部節(jié)理發(fā)育并有夾泥；表層為全新統(tǒng)沖洪積（）含碎石壤土。

挑坎齒墻處覆蓋層為含碎石壤土，層厚3.9～4.5m，基礎(chǔ)坐落于強(qiáng)風(fēng)化巖體中。

3.4.1.3 溢洪道右岸邊坡

對溢洪道右岸邊坡地質(zhì)情況進(jìn)行如下分析：

（1）樁號0+000～0+024.3Ⅰ類區(qū)：變質(zhì)花崗巖，弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，在水庫長期運(yùn)行中穩(wěn)定性較好。節(jié)理裂隙多為走向NE20°～NE30°，傾向NW，傾角40°～近直立，裂隙多與邊坡呈50°～60°夾角，傾向邊坡外側(cè)，邊坡穩(wěn)定。

（2）樁號0+024.3～0+058.9、0+115.5～0+183.6Ⅳ類區(qū)：變質(zhì)花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化，局部為弱風(fēng)化巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，基巖破碎，部分形成臨空面。節(jié)理多傾向邊坡外側(cè)，對邊坡穩(wěn)定不利。

（3）樁號058.9～0+088.1Ⅱ類區(qū)：變質(zhì)花崗巖，弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙大部閉合，部分面上可見夾泥。局部裂隙切割破碎。節(jié)理裂隙多為高角度，部分近直立。大部都傾向邊坡內(nèi)側(cè)，傾角70°以上，對邊坡穩(wěn)定無不利影響。邊坡基本穩(wěn)定。

（4）樁號088.1～0+115.5Ⅲ類區(qū)：變質(zhì)花崗巖，弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理裂隙組合，上部基巖多呈倒三角體狀。部分裂隙與邊坡呈38°～82°夾角，傾向邊坡外側(cè)，對邊坡穩(wěn)定不利。邊坡可視為穩(wěn)定性較差。

邊坡整體坡度較陡，坡面不平整，起伏差較大。上部山麓堆積物和破碎巖體經(jīng)長期的雨水侵襲和冬季的凍融作用使土巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步破壞，造成山麓堆積物和巖塊時常下滑或塌落，堆積于泄槽中而影響泄洪，應(yīng)引起注意。

4 結(jié)語

（1）除險加固完成后，經(jīng)過多年運(yùn)行結(jié)果分析，壩坡土體填筑質(zhì)量較好，不存在明顯的沉降問題。

（2）河床壩基存在砂卵石覆蓋層，透水性較大，存在滲漏問題，故在建壩清基時，作了截水槽防滲。運(yùn)行多年以來，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)壩腳及壩后存在明顯的漏水現(xiàn)象。左壩肩不存在明顯的繞壩滲漏，右壩肩與溢流堰結(jié)合部位未見漏水現(xiàn)象，說明經(jīng)帷幕灌漿處理后，防滲效果較好。

（3）除險加固時對基巖和溢洪道堰體進(jìn)行帷幕灌漿，通過現(xiàn)場觀測，堰體部位未發(fā)現(xiàn)滲漏，基本解決了右壩肩與壩體結(jié)合部位及堰體滲漏問題。