魯谼山水庫(kù)壩址工程地質(zhì)條件的研究及比選

翟啟明

一、工程概況

魯谼山水庫(kù)位于菜子湖流域孔城河支流—魯王河的上游，是一座以供水、灌溉為主的中型水利樞紐工程。壩址位于桐城市呂亭鎮(zhèn)魯谼村境內(nèi)，距離桐城市約13km，距離呂亭鎮(zhèn)約7km，有村村通公路與壩址相通，交通較為便利。魯谼山水庫(kù)選擇上、下兩個(gè)壩址進(jìn)行比選，初選下壩址位于魯谼村倪灣組，距離下游魯谼村村部約400m，下壩址又可分為上游A線及下游B線（以下簡(jiǎn)稱為A線及B線）。上壩址位于大擺村下游河流彎道處，上下壩址順河道相距1.3km。

二、壩址工程地質(zhì)比選

1.上壩址工程地質(zhì)條件

（1）上壩址位于大擺村下游河流彎道處，壩軸線與河道近正交，河床較寬約90m。左、右岸地形不對(duì)稱，壩址左岸山頂高程較高，山坡較陡，山體較厚實(shí)，壩線下游分布一條切割較深的沖溝；壩址右岸為一NE方向山梁，山梁前端145m高程以下山坡略陡，沿山梁145m高程以上地形平緩，分布有一高程較低的平緩埡口，地形較單薄。

（2）上壩址兩岸山坡坡積層厚度較薄，約為0.5～2.0m，河床覆蓋層厚度約為2.0～4.5m。壩基巖性主要為二長(zhǎng)片麻巖及角閃斜長(zhǎng)片麻巖。左岸壩基下部及河床左側(cè)為角閃斜長(zhǎng)片麻巖，較完整，其余均為二長(zhǎng)片麻巖。兩種巖性一般呈混熔接觸，片麻理僅局部較明顯。

（3）河床段覆蓋層以下即為弱～微風(fēng)化巖石，弱風(fēng)化巖體厚度較薄。左岸127m高程以下山坡地表直接為弱風(fēng)化巖體，風(fēng)化較淺，127m高程以上巖體裂隙發(fā)育，強(qiáng)～弱風(fēng)化巖石厚度較大；右岸巖體裂隙發(fā)育強(qiáng)～弱風(fēng)化巖體厚度較大。

（4）上壩址揭露F2、F3斷層以及f1、f2、f3小斷層，斷層多為陡傾角，距離壩軸線較遠(yuǎn)，對(duì)壩基無(wú)影響。河床段下伏基巖裂隙較發(fā)育～不發(fā)育，左、右岸強(qiáng)～弱風(fēng)化帶巖體裂隙發(fā)育，共五組陡傾角裂隙，以 NE向陡傾角裂隙最發(fā)育。緩傾角裂隙由于山坡地表大部分為第四系土層所覆蓋，在地表揭露甚少。

（5）河床段巖體較完整，滲透性較弱，相對(duì)不透水層埋深較淺，而左、右岸巖體裂隙發(fā)育，強(qiáng)～弱風(fēng)化帶厚度較大，相對(duì)不透水層及地下水位埋深較大，低于水庫(kù)正常蓄水位，存在壩基滲漏及繞壩滲漏問(wèn)題。

綜上所述，上壩址左、右岸地形不對(duì)稱，河床較寬，左陡右緩，右岸分布有一個(gè)低矮埡口；河床段巖體裂隙較發(fā)育～不發(fā)育，風(fēng)化輕微，巖體較完整，相對(duì)不透水層埋深較淺；而左、右岸巖體裂隙發(fā)育，強(qiáng)～弱風(fēng)化帶巖體厚度較大，相對(duì)不透水層及地下水位埋深較大，低于水庫(kù)正常蓄水位，存在壩基滲漏及繞壩滲漏問(wèn)題。依據(jù)以上地形地質(zhì)條件，不宜修建拱壩，可修建重力壩。

2.下壩址工程地質(zhì)條件

下壩址區(qū)布置了兩條壩線，分別為上游A線及下游B線，兩壩線左岸相距較遠(yuǎn)，直線距離310m，分別屬于兩個(gè)不同山體。而右岸同屬一個(gè)山體，相距甚近，地質(zhì)條件相近。兩壩線河床地質(zhì)條件相近，A線河床寬度略大于B線河床，但壩頂長(zhǎng)度較短；兩壩線左岸地形地質(zhì)條件差異較大。 下壩址A、B線工程地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖1、圖2。

（1）A線地形較對(duì)稱，左、右岸山坡坡度較陡，平均坡度約為37°，但左岸山體單薄，右岸山體由于開采石料形成上、下游宕口，地形不完整，河道寬度為140m；B線地形不對(duì)稱，左岸山頂相對(duì)較高，山體較厚實(shí)，山坡較陡，右岸在125m高程以下山坡較陡，125m高程以上地形平緩，壩線經(jīng)過(guò)一個(gè)寬緩山溝，山體較單薄，壩線上游為一個(gè)采石宕口，地形不完整，河道寬度約125m。

（2）下壩址兩岸山坡坡積層厚度較薄，約為0.5～1.5m，局部山坡腳較厚約為3.45m，河床覆蓋層厚度約為3.6～6.29m。壩基巖性主要為二長(zhǎng)片麻巖及角閃斜長(zhǎng)片麻巖，局部穿插有正長(zhǎng)斑巖脈，三種巖性新鮮時(shí)飽和單軸抗壓強(qiáng)度均大于100MPa，屬堅(jiān)硬巖石。A線左岸山坡基巖巖性為二長(zhǎng)片麻巖，左壩頭分布有正長(zhǎng)斑巖，右岸106m高程以上二長(zhǎng)片麻巖為主，局部夾角閃斜長(zhǎng)片麻巖，106m高程以下為角閃斜長(zhǎng)片麻巖，河床以角閃斜長(zhǎng)片麻巖為主；B線左岸山坡及河床基巖為角閃斜長(zhǎng)片麻巖，右岸山坡以二長(zhǎng)片麻巖為主，局部夾有角閃斜長(zhǎng)片麻巖。角閃斜長(zhǎng)片麻巖與二長(zhǎng)片麻巖一般呈混熔接觸，片麻理僅局部較明顯，而正長(zhǎng)斑巖巖脈與圍巖多呈裂隙式接觸。

（3）河床段在覆蓋層以下多為微風(fēng)化巖體，裂隙不發(fā)育，巖體較完整～完整。

（4）下壩址斷層不甚發(fā)育，河床段下伏基巖裂隙不發(fā)育，而左、右岸巖體強(qiáng)～弱風(fēng)化帶裂隙發(fā)育，主要發(fā)育六組裂隙，以NE向陡傾角裂隙最發(fā)育，次為NNW及NEE向陡傾角裂隙；據(jù)測(cè)繪及鉆孔錄像編錄成果，河床壩基及B線左岸緩傾角裂隙不發(fā)育，且多呈閉合狀；右岸及下壩址A線左岸緩傾角裂隙較發(fā)育，緩傾角裂隙大部分呈張開狀，部分（如右岸宕口）緩傾角裂隙延伸較長(zhǎng)，張開夾泥或巖屑，潮濕滴水，形成大裂隙。由于緩傾角裂隙局部延伸較長(zhǎng)，且張開夾泥，則對(duì)壩基穩(wěn)定不利。

（5）根據(jù)壓水試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)成果，下壩址河床及B線左岸巖體較完整，滲透性微弱，相對(duì)不透水層埋深淺，而下壩址A、B線右岸及A線左岸巖體裂隙發(fā)育，強(qiáng)～弱風(fēng)化帶厚度較大，相對(duì)不透水層及地下水位埋深較大，低于水庫(kù)正常蓄水位，存在壩基滲漏及繞壩滲漏問(wèn)題。

綜上所述，下壩址左、右岸山頂高程較低，近壩庫(kù)岸分布有較低矮的埡口，河床較寬，右岸地形不完整，A線地形較對(duì)稱，而B線地形不對(duì)稱。河床第四系覆蓋層較淺，下伏巖體裂隙不發(fā)育，風(fēng)化較淺，巖體較完整，巖體透水性微弱；B線左岸巖體較完整，滲透性微弱，相對(duì)不透水層埋深較淺，而下壩址右岸及A線左岸巖體裂隙發(fā)育，緩傾角裂隙較發(fā)育，強(qiáng)～弱風(fēng)化帶厚度較大，相對(duì)不透水層及地下水位埋深較大，低于水庫(kù)正常蓄水位，存在壩基滲漏及繞壩滲漏問(wèn)題。從以上地形地質(zhì)考慮，不宜修建拱壩，可考慮修建重力壩或面板堆石壩。

3.上、下壩址工程地質(zhì)條件比選

兩個(gè)壩址主要不同點(diǎn)包括：①在地形方面，下壩址河床較寬，上壩址河床較窄，下壩址A線地形較對(duì)稱，下壩址B線與上壩址地形均不對(duì)稱，左陡右緩。②在巖體風(fēng)化方面，下壩址B線左岸風(fēng)化較淺，右岸風(fēng)化較深，下壩址A線與上壩址左、右岸風(fēng)化均較深。③在壩基防滲方面：下壩址B線左岸壩基滲漏較輕微，而右岸壩基滲漏較嚴(yán)重；下壩址A線與上壩址左、右岸壩基滲漏較嚴(yán)重。④在庫(kù)區(qū)滲漏方面，下壩址A線近壩區(qū)左、右岸均存在庫(kù)區(qū)滲漏問(wèn)題，下壩址B線以及上壩址僅近壩右岸存在庫(kù)區(qū)滲漏問(wèn)題。⑤在壩基開挖、填筑等工程量方面，如上下壩址均按同一種壩型考慮，上壩址雖然河床較窄，但右岸壩基地形十分平緩，壩線較長(zhǎng)，巖體風(fēng)化較深，則上壩址工程量略大于下壩址。⑥在水庫(kù)庫(kù)容、匯水面積等方面，主要不同點(diǎn)在于，采用上壩址，匯水面積較小，庫(kù)容較小。

圖1 下壩址A線工程地質(zhì)剖面圖

圖2 下壩址B線工程地質(zhì)剖面圖

綜上，從地形地質(zhì)方面考慮，下壩址A線與上壩址地質(zhì)條件相差不大，而下壩址B線地質(zhì)條件優(yōu)于上壩址。所以從工程地質(zhì)條件來(lái)看，推薦選定下壩址B線。

三、壩基工程地質(zhì)處理措施

（1）由于壩基分布巖石為角閃斜長(zhǎng)片麻巖和二長(zhǎng)片麻巖互層，這兩種巖石可能存在局部帶狀風(fēng)化和裂隙發(fā)育帶，可通過(guò)局部加大開挖深度回填混凝土及加密固結(jié)灌漿等措施來(lái)進(jìn)行巖體加固。壩基部分為弱風(fēng)化巖體，考慮到該段壩基裂隙發(fā)育完整性差，應(yīng)進(jìn)行加固處理以提高其整體性。壩基開挖后，建基面上可能揭露一些工程性質(zhì)較差的斷層或裂隙密集帶，應(yīng)對(duì)這些在壩基范圍出露的斷層進(jìn)行挖除或部分挖除，然后回填砂漿處理，以提高壩基的承載及抗變形能力。

（2）壩基防滲帷幕深度自現(xiàn)狀地面以下：左岸，10～15m；河床，基巖面以下5～10m；右岸，20～45m。左岸壩基巖體透水性較弱，相對(duì)不透水線埋藏甚淺，地下水位較高，基本不存在繞壩滲漏問(wèn)題；而右壩基透水性較強(qiáng)，地下水位和相對(duì)不透水線均埋藏較深，右壩頭存在繞壩滲漏問(wèn)題，應(yīng)將右壩頭帷幕沿庫(kù)區(qū)向上游延伸與庫(kù)區(qū)帷幕相連接。

（3）混凝土重力壩利用壩身進(jìn)行泄洪，泄洪水流沖刷坑位于壩腳下游50～80m的河道中部，在泄洪高速水流作用下，沖坑上部沖洪積層及右岸山坡全～強(qiáng)風(fēng)化層將會(huì)被水流沖走，河床下伏基巖為弱～微風(fēng)化角閃斜長(zhǎng)片麻巖，建議對(duì)沖坑、及下游一定長(zhǎng)度的左、右岸岸坡進(jìn)行防護(hù)■