巖溶地質(zhì)條件對(duì)花灘子水庫壩址選擇影響分析

王銀軍

（貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴陽550002）

1 工程概況

擬建貴州省花灘子水庫位于清渡河上，該河流屬長江流域?yàn)踅担瑸闉踅患?jí)支流。壩址位于貴州省思南縣孫家壩鎮(zhèn)冉氏堂至花灘子河段，該河段河谷狹窄，分布巖性以硬質(zhì)巖為主。壩址之上主河道長45km，集雨面積452km2，河流多年平均流量8.37m3/s，多年平均徑流量2.64 億m3。建壩位置河床高程395～400m，正常蓄水位493m，壩高110m，水位抬升100m，水庫回水長度20km。水庫主要功能是以供水和灌溉為主的多功能水庫，正常蓄水位庫容1.2億m3，興利庫容1.0億m3，為大（2）型水庫。

2 壩址工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

根據(jù)地形、地質(zhì)條件，本工程在擬建壩河段選擇兩個(gè)壩址進(jìn)行比選。其中，冉氏堂附件的峽谷口位置為上壩址，其下游為下壩址，對(duì)兩個(gè)壩址地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 上壩址

上壩址為河灣地形，適合建壩河段長300m。兩岸山體雄厚，無低矮埡口分布。河谷縱向上地形呈喇叭口形狀，上游寬闊，往下游逐漸收窄。橫向兩岸地形左陡右緩，為不對(duì)稱“V”型峽谷，正常蓄水位高程493.0m時(shí)河谷寬高比為2.3。建壩河段河床比降0.32%。

該壩址位置分布地層巖性為二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）及茅口組（P1m）中至厚層塊狀灰?guī)r，局部夾幾厘米至3m生物屑含黏土質(zhì)灰?guī)r或含有機(jī)質(zhì)鈣質(zhì)黏土巖。往河流上游分布有二疊系下統(tǒng)梁山組（P1l）及志留系中上統(tǒng)韓家店群（S2-3hn）石英砂巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等碎屑巖。建壩巖體主要P1m、P1q灰?guī)r，巖質(zhì)堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，其強(qiáng)溶蝕風(fēng)化層厚3～8m，弱溶蝕風(fēng)化層厚10～30m，微溶蝕風(fēng)化層厚20～40m。壩址處無斷裂發(fā)育，為單斜構(gòu)造，局部發(fā)育小揉皺。受小揉皺影響，巖層產(chǎn)狀略有變化，為270°～298°∠26°～35°，巖層總體傾下游略傾左岸，河谷總體為橫向谷。

該壩址上游150m處河谷兩岸平緩處分布有崩塌堆積體，估算方量22.5萬m3，對(duì)建壩影響小。壩址峽谷兩岸懸崖邊上發(fā)育卸荷裂隙，其走向與懸崖基本平行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上壩址位置主要發(fā)育5組裂隙。同時(shí)，在棲霞組（P1q）及茅口組（P1m）灰?guī)r中局部夾軟質(zhì)巖（碎屑巖）夾層。除此之外，據(jù)平硐揭露，上壩址泥化夾層發(fā)育，主要發(fā)育于強(qiáng)溶蝕風(fēng)化帶巖體內(nèi)，向深部逐漸尖滅，其發(fā)育深度一般小于15m。

上壩址分布基巖巖質(zhì)堅(jiān)硬，雖局部軟質(zhì)巖夾層發(fā)育，強(qiáng)溶蝕風(fēng)化帶巖體內(nèi)軟弱泥化夾層發(fā)育，但構(gòu)造不發(fā)育，分布的崩塌堆積體距離建壩位置較遠(yuǎn)。因此，上壩址不存在嚴(yán)重制約建壩的工程地質(zhì)條件，經(jīng)工程措施處理后可建壩。

2.2 下壩址

下壩址位于上壩址下游約1.1km處，適合建壩河段長620m。兩岸山體雄厚，無低矮埡口分布。河谷縱向上地形呈喇叭口形狀，上游寬闊，往下游逐漸收窄。橫向兩岸地形左陡右緩，為基本對(duì)稱“V”型峽谷，正常蓄水位高程491.0m時(shí)河谷寬高比為2.2。建壩河段河床比降0.4%。

該壩址位置分布地層巖性為二疊系上統(tǒng)長興組（P2c）灰、深灰色中厚、厚層狀灰?guī)r，局部夾泥質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r或炭質(zhì)泥巖，含燧石結(jié)核。建壩巖體總體巖質(zhì)堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，其強(qiáng)溶蝕風(fēng)化層厚3～18m，弱溶蝕風(fēng)化層厚10～30m，微溶蝕風(fēng)化層厚20～30m。壩址處無斷裂發(fā)育，為單斜構(gòu)造，局部發(fā)育小揉皺。受小揉皺影響，巖層產(chǎn)狀略有變化，為265°～315°∠12°～34°，巖層總體傾下游，河谷為橫向谷。

該壩址河谷兩岸坡腳分布有少量崩塌塊石，其方量小，對(duì)建壩影響小。壩址峽谷兩岸懸崖邊上發(fā)育卸荷裂隙，其走向與懸崖基本平行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，下壩址位置主要發(fā)育3組裂隙。同時(shí)，在長興組（P2c）灰?guī)r中局部夾泥質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r或炭質(zhì)泥巖，厚0～2.0m，其延展性好。除此之外，強(qiáng)溶蝕風(fēng)化至弱溶蝕風(fēng)化上部巖體中發(fā)現(xiàn)泥化夾層發(fā)育，尤其是壩址左岸，據(jù)左岸平硐PD1揭露，該位置發(fā)育巖溶深槽，導(dǎo)致平硐26.9～36.0m處為溶蝕破碎帶，層間泥化夾層較發(fā)育。推測泥化夾層主要發(fā)育于強(qiáng)溶蝕風(fēng)化帶巖體內(nèi)，向深部逐漸尖滅，其發(fā)育深度一般為15.0～20.0m，局部由于溶蝕深槽或溶蝕破碎帶的發(fā)育，泥化夾層發(fā)育深度可達(dá)30m。

下壩址分布基巖巖質(zhì)堅(jiān)硬，雖局部軟質(zhì)巖夾層發(fā)育，強(qiáng)溶蝕風(fēng)化帶巖體內(nèi)軟弱泥化夾層發(fā)育，但構(gòu)造不發(fā)育，分布的崩塌堆積方量較小。因此，下壩址不存在嚴(yán)重制約建壩的工程地質(zhì)條件，經(jīng)工程措施處理后可建壩。

3 巖溶地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

3.1 上壩址

上壩址上游200m的河谷左岸發(fā)育較大規(guī)模溶洞系統(tǒng)，為干洞，其洞口有兩個(gè)（R1，R2），分布高程為459，453m。據(jù)溶洞測繪，該溶洞總體走向?yàn)镾49°W，與巖層走向（S45°W）基本一致，溶洞順巖層走向發(fā)育，其發(fā)育可探深度125m。溶洞內(nèi)發(fā)育大廳，最寬處10m，高15～20m。溶洞向山體內(nèi)規(guī)模逐漸變小，直至尖滅；在溶洞底部堆積有順巖層面剝落、坍塌的塊石，沖洪積的砂卵石等。由于溶洞位于上壩址左壩肩靠上游，距離壩址200m，與河床走向基本垂直，對(duì)建壩影響較小，對(duì)左岸防滲帷幕的形成影響較大。除此之外，未發(fā)現(xiàn)壩址發(fā)育較大規(guī)模巖溶，左岸巖體溶蝕作用相對(duì)較弱，右岸較強(qiáng)，在河床高程之上巖體局部溶蝕嚴(yán)重，溶隙、溶孔等較發(fā)育。

據(jù)鉆孔水位觀測，左、右岸地下水位均高于河水位，建壩河段屬補(bǔ)給型河谷，水力坡降為16%。

該壩址共進(jìn)行鉆孔壓水試驗(yàn)184段，據(jù)統(tǒng)計(jì)，呂榮值≥5Lu 的共41段，占22%；5Lu＜呂榮值＞3Lu的61段，占33%；呂榮值≤3Lu 的共82段，占45%?；?guī)r巖體內(nèi)透水性較好，反映P1m、P1q巖體內(nèi)縫合線、節(jié)理裂隙等較發(fā)育，巖體完整性較差。下伏的S2-3hn碎屑巖內(nèi)透水率普遍小于3Lu，巖體完整性較好，隔水性好。

3.2 下壩址

壩址鉆孔鉆進(jìn)中未發(fā)現(xiàn)掉鉆現(xiàn)像，未發(fā)現(xiàn)深部、較大規(guī)模巖溶發(fā)育。地表溶溝、溶槽、小溶洞等隨處可見。除此之外，下壩址左岸發(fā)育2個(gè)規(guī)模較大溶洞R3和R4。其中，R3發(fā)育高程500m，順巖層走向、垂直河谷走向發(fā)育，為干洞，洞深28m；R4發(fā)育高程520m，順巖層走向、垂直河谷走向發(fā)育，為干洞，洞深5m。這兩個(gè)溶洞發(fā)育高程高于擬建壩頂高程9m以上，規(guī)模較小，對(duì)建壩影響小。

右岸發(fā)育1個(gè)大規(guī)模的溶洞（R5），如圖1～圖2。

圖1 R5溶洞平面

圖2 R5溶洞縱剖面

R5溶洞發(fā)育于下壩址河谷右岸山腳下、壩址上游150m處，洞口高程412m。據(jù)調(diào)查，目前溶洞洞口高僅0.8m，洞口前由于下游花灘子電站修建，泥沙淤積嚴(yán)重，暴雨時(shí)有水溢出。該溶洞總體垂直河谷向山體內(nèi)、順巖層走向發(fā)育，最小處僅能成年人爬行通過，最大處寬度可達(dá)50m，高20～30m。溶洞內(nèi)發(fā)育3處巖溶大廳，最大面積可達(dá)1000m2。溶洞逐漸向高海拔處延伸，可測深度580m，盡頭為地下暗河。在靠近出口的兩個(gè)巖溶大廳內(nèi)分布一些灶臺(tái)，據(jù)了解為解放前煉硝所用。由此可知，一是該洞分布有灶臺(tái)的溶蝕大廳為干洞；二是分布有灶臺(tái)的兩個(gè)溶蝕大廳往溶洞口段通風(fēng)良好，發(fā)育支洞較多，且與地表相通。

同時(shí)，在下壩址左岸均發(fā)育暗河系統(tǒng) （大槽暗河、黃蠟洞暗河及石門坎暗河系統(tǒng)）。其中，大槽暗河系統(tǒng)基本垂直建庫河流—清渡河發(fā)育，由擬建下壩址位置流向?yàn)踅?，出口高?00m。據(jù)鉆孔水位觀測，暗河與清渡河間地下水位高程463.3m，低于擬建水庫正常蓄水位491.0m。

黃蠟洞暗河系統(tǒng)位于下壩址右岸下游，由岸坡補(bǔ)給壩址下游的清渡河。該暗河基本垂直清渡河發(fā)育，為下壩址庫首地下低鄰谷。在下壩址下游右岸發(fā)育另一條暗河—石門坎暗河，與黃蠟洞暗河分別位于塘頭傾伏向斜兩翼，補(bǔ)給烏江，出口高程360m。

據(jù)鉆孔水位觀測，左、右岸地下水位均高于河水位，該段河谷為補(bǔ)給型河谷。左岸地下水水力坡降為12%；右岸地下水位較低，僅比河水位高18m，地下水水力坡度較為平緩，為2%。

該壩區(qū)鉆孔壓水試驗(yàn)共131段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，呂榮值≥5Lu的共36段，占27%；5Lu＜呂榮值＞3Lu的57段，占44%；呂榮值≤3Lu的共38段，占29%。從統(tǒng)計(jì)表可發(fā)現(xiàn)，兩壩肩上部巖體受卸荷、溶蝕風(fēng)化等影響，完整性較差，透水性較好；河床位置進(jìn)入弱溶蝕風(fēng)化巖體中下部后，其透水性較差。

3.3 各壩址對(duì)建壩的影響

上、下壩址建壩位置均未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模溶洞，在進(jìn)入弱溶蝕風(fēng)化巖體內(nèi)時(shí)，巖體透水率均較小，一般小于5Lu，為弱透水層，上、下壩址均不存在制約建壩的巖溶水文地質(zhì)條件。

上壩址上游200m的河谷左岸發(fā)育較大規(guī)模溶洞系統(tǒng)（洞口編號(hào)為R1、R2），分布高程459，453m。該溶洞順巖層走向發(fā)育，可探深度125m。溶洞內(nèi)發(fā)育大廳，最寬處10m，高15～20m。溶洞向山體內(nèi)規(guī)模逐漸變小，直至尖滅。由于溶洞距離壩址較遠(yuǎn)，與河床走向基本垂直，其對(duì)建壩影響小，對(duì)防滲帷幕影響較大。

從安全角度考慮，上壩址防滲帷幕底界及端點(diǎn)深入下伏的韓家店群S2-3hn碎屑巖體內(nèi)，為全封閉式帷幕，防滲帷幕長1.3km，防滲面積13.5萬m2。防滲處理后，在上壩址位置建壩具成庫條件。

下壩址河谷左岸發(fā)育的大槽暗河系統(tǒng)基本垂直建庫河流—清渡河，由擬建下壩址位置流向?yàn)踅?，出口高?00m。暗河與清渡河間地下水位高程463.3m，低于擬建水庫正常蓄水位491.0m。右岸發(fā)育的黃蠟洞暗河位于下壩址下游右岸，由岸坡補(bǔ)給壩址下游的清渡河。該暗河基本垂直清渡河發(fā)育，為下壩址庫首地下低鄰谷。下游右岸發(fā)育另一條暗河—石門坎暗河，與黃蠟洞暗河分別位于塘頭傾伏向斜兩翼，補(bǔ)給烏江，出口高程360m。

在壩址上游右岸150m處山腳下發(fā)育R5溶洞，洞口高程412m。溶洞總體垂直河谷、順巖層走向發(fā)育，最小處僅能成年人爬行通過，最大處寬度可達(dá)50m，高20～30m，面積可達(dá)1000m2。溶洞逐漸向高海拔處延伸，可測深度580m，盡頭為地下暗河。溶洞發(fā)育的支洞較多，且與地表相通。

綜合分析，下壩址巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜，從安全角度考慮，下壩址防滲帷幕端點(diǎn)只能向上游接韓家店群（S2-3hn）碎屑巖，其底界以區(qū)內(nèi)最低排泄基準(zhǔn)面—烏江河床360m高程進(jìn)行控制。防滲處理為懸托式帷幕，長2.3km，防滲面積28.6萬m2。處理后，下壩址位置建壩具成庫條件。

綜合分析，上壩址采用全帷幕進(jìn)行防滲，雖然壩址左岸發(fā)育溶洞系統(tǒng)，但其規(guī)模及復(fù)雜程度相對(duì)較簡單，經(jīng)混凝土澆筑封堵后，再采用灌漿進(jìn)行防滲處理，其處理難度相對(duì)較小。下壩址暗河、溶洞系統(tǒng)發(fā)育，巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜，建庫防滲難度極大。且下壩址防滲采用懸托式帷幕，其可靠性相對(duì)全帷幕差。同時(shí)，下壩址防滲工作量是上壩址的2倍有余。因此，在兩個(gè)壩址工程地質(zhì)條件相當(dāng)?shù)那闆r下，本次推薦上壩址作為進(jìn)一步研究壩址。

4 結(jié)語

（1） 擬建貴州省花灘子水庫位于烏江支流清渡河上，壩址區(qū)位置河谷狹窄，上、下壩址分布的基巖巖質(zhì)堅(jiān)硬，雖局部軟質(zhì)巖夾層發(fā)育，強(qiáng)溶蝕風(fēng)化帶巖體內(nèi)軟弱泥化夾層發(fā)育，構(gòu)造不發(fā)育，均不存在嚴(yán)重制約建壩的工程地質(zhì)條件，經(jīng)工程措施處理后均可建壩。

（2）在上壩址河谷左岸發(fā)育溶洞系統(tǒng)，但其規(guī)模相對(duì)較小，巖溶水文地質(zhì)條件相對(duì)較簡單。防滲帷幕采用全帷幕，帷幕線相對(duì)較短，處理難度相對(duì)較小。下壩址河谷兩岸暗河、溶洞系統(tǒng)發(fā)育，巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜，建庫防滲難度極大，防滲工作量大。因此，選擇上壩址作為建庫壩址。

（3）貴州省是碳酸鹽巖廣泛分布的省份，大部分水庫均建在碳酸鹽巖上，巖溶水文地質(zhì)條件決定了水庫成庫，也決定了壩址位置選擇。