犬木塘水庫(kù)工程各比選壩址工程地質(zhì)條件及選擇

李海鷗，杜興武

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

前 言

犬木塘水庫(kù)工程是解決湖南省“衡邵干旱走廊”水資源短缺問(wèn)題的骨干水利工程，位于湖南省邵陽(yáng)市城區(qū)西側(cè)，交通十分便利。水庫(kù)正常蓄水位215.0 m，總庫(kù)容約1.8 億m3，電站總裝機(jī)容量30 MW，為Ⅱ等大（Ⅱ）型水利水電工程?？裳须A段在邵陽(yáng)市附近河段依次選取了梅子井、百春園、神灘渡、田江4 個(gè)壩址進(jìn)行比較，其中梅子井壩址位于邵陽(yáng)市區(qū)上游河道拐彎處，下距桂花大橋約2.2 km，距百春園壩址約3 km；百春園壩址位于桂花大橋下游約0.8 km，下距資江大橋約1.5 km，距神灘渡壩址約1 km；神灘渡壩址位于資江二橋上游約0.5 km，下距田江壩址約18 km；田江壩址位于邵陽(yáng)市下游、曬谷灘電站庫(kù)區(qū)內(nèi)，上距邵水河口約8 km。

1 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

壩址區(qū)位于資江上游邵陽(yáng)市城區(qū)附近河段，壩段長(zhǎng)約17.4 km，地貌形態(tài)以河流侵蝕低山丘陵為主。資江河流蜿蜒曲折，穿邵陽(yáng)市城區(qū)而過(guò)。河谷寬闊，河床寬度為180～800 m。工程區(qū)50 年超越概率10%時(shí)的基巖水平地震動(dòng)峰值加速度為0.055 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，相應(yīng)地震基本烈度為VI 度。

1）梅子井壩址基本地質(zhì)條件。梅子井壩址位于桂花大橋上游約2.2 km 處，河流從西北流入壩址區(qū)再折向北東流出。壩址區(qū)為不甚對(duì)稱的寬敞式“U”型河谷，河床高程199.8～207.5 m，水深1.0～8.0 m，正常蓄水位（215.0 m）時(shí)水面寬約480 m。壩址區(qū)左岸為崗丘，為Ⅱ級(jí)階地，階面高程220.0～225.8 m，階面寬260～280 m；右岸為低矮山丘，山頂高程238.0～243.0 m，下陡上緩，臨河岸坡坡腳35°～40°。

壩址區(qū)出露地層有泥盆系上統(tǒng)錫礦山組下段（D3x2）粉砂巖、粉砂質(zhì)灰?guī)r及砂質(zhì)灰?guī)r及石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階下段（C1y1）灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，夾炭質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖及石英砂巖等。另外地表還有第四系松散堆積分布。

壩址區(qū)處于邵陽(yáng)市—黃塘壓扭性區(qū)域斷層（F1）西北側(cè)，F(xiàn)1斷層順右壩肩向下游延伸，受其影響壩址區(qū)巖石產(chǎn)狀比較凌亂，且次級(jí)構(gòu)造及巖溶發(fā)育，壩區(qū)內(nèi)共發(fā)育斷層8 條。壩區(qū)左岸巖層產(chǎn)狀：N43°E·SE∠38°～45°，斜切河床，傾向下游偏右岸，右岸巖層產(chǎn)狀：N37°W·NE∠50°～53°，斜切河床，傾向下游偏左岸。壩區(qū)發(fā)育有28 條炭質(zhì)頁(yè)巖層，以炭或泥為主，延伸較長(zhǎng)，一般厚10～70 cm，最厚達(dá)3.0 m，主要分布在河床及右岸。

壩址區(qū)地下水類型主要為松散堆積層中的孔隙水和巖溶裂隙溶洞水。壩址相對(duì)隔水層（q＜5 Lu）頂板深度左岸29.2～69.0 m，河床10.8～52.2 m，右岸25.1～42.6 m。

壩區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖體風(fēng)化、巖溶及坍岸。根據(jù)地表調(diào)查，地表巖溶形態(tài)主要以溶溝、溶槽及溶隙為主，巖溶非常發(fā)育。另外，根據(jù)鉆孔揭露、物探及孔內(nèi)攝影，壩區(qū)巖體還發(fā)育較多溶隙和溶洞，鉆孔遇洞率約50%，最大一個(gè)溶洞洞高達(dá)12.0 m，溶洞發(fā)育最大深度達(dá)50.4 m。

壩址區(qū)主要存在壩基抗滑穩(wěn)定、壩基（肩）滲漏、巖溶塌陷、邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定、抗沖刷穩(wěn)定及基坑涌水問(wèn)題。

2）百春園壩址基本地質(zhì)條件。百春園壩址位于桂花大橋下游約0.8 km 的白洲河段，河流流向N37°W。河床偏右側(cè)有白洲江心洲，長(zhǎng)約950 m，寬150～190 m，地面高程209.5～213.5 m。壩址區(qū)正常蓄水位（215.0 m）時(shí)水面寬約540 m。壩址區(qū)為一基本對(duì)稱的寬敞式“U”河谷，兩岸均為Ⅰ級(jí)階地，左岸階面高程214.0～216.2 m，階面寬200～360 m，右岸階面高程215.4～218.6 m，階面寬60～180 m。兩岸階地后緣均為低矮山丘，高程230.0～258.0 m。

壩址區(qū)出露地層單一，主要為白堊系下統(tǒng)（K1）粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等及第四系松散堆積層。

壩址區(qū)為單斜構(gòu)造，受基底起伏不平及區(qū)域構(gòu)造影響，壩區(qū)巖體產(chǎn)狀總體為：N55°～85°E·NW∠15°～25°，近橫切河床，傾向下游稍偏右岸。壩址區(qū)斷層不發(fā)育，主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙。另外，根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪及鉆孔孔內(nèi)攝影資料，壩址區(qū)壩基巖體中夾有薄層的破碎夾泥層，共揭露10 條。

壩址區(qū)地下水類型主要為松散堆積層中的孔隙水和基巖裂隙水。壩基相對(duì)隔水層（q＜5 Lu）頂板深度左岸18.0～27.1 m，河床8.0～30.7 m，右岸18.0～28.5 m。

壩址區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖體風(fēng)化、滑坡及坍岸。壩址區(qū)河床強(qiáng)風(fēng)化巖體較薄，為0.5～1.5 m，兩岸略深，為2～5 m。

壩址區(qū)主要存在壩基抗滑穩(wěn)定、壩基（肩）滲漏、邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定、抗沖刷穩(wěn)定問(wèn)題。

3）神灘渡壩址基本地質(zhì)條件。神灘渡壩址位于資江二橋上游約0.5 km 處，河流流向N20°E。壩址區(qū)為不甚對(duì)稱的寬敞式“U”型河谷，左岸為低矮崗丘，山頂高程241.0～258.8 m；河床水面寬度220～350 m，高程195.4～206.0 m，水深2.0～12.6 m，正常蓄水位（215.0 m）時(shí)水面寬約390 m。右岸為Ⅰ級(jí)階地，階面高程214.4～217.0 m，階面寬200～300 m，Ⅰ級(jí)階地后緣為Ⅱ級(jí)階地，階面高程220.0 m 左右，階面寬大于200 m。

壩址區(qū)出露地層單一，主要為石炭系巖關(guān)階下段灰?guī)r、炭質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r等地層及第四系松散堆積層。

壩址區(qū)為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀：N70°～80°E·SE∠45°～65°，斜切河床，傾向上游稍偏右岸。壩址區(qū)共發(fā)育4 條斷層。壩址區(qū)壩基巖體中發(fā)育5 條炭質(zhì)頁(yè)巖層，灰黑色，完整性差，巖性軟弱，有遇水泥化的特征，厚薄不一。

壩址區(qū)相對(duì)隔水層（q＜5 Lu）頂板深度左岸28.2～32.4 m，河床25.5～51.9 m，右岸35.6～43.4 m。

壩址區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖體風(fēng)化、巖溶、滑坡及坍岸。根據(jù)地表調(diào)查，地表巖溶形態(tài)主要以溶溝、溶槽及溶隙為主，巖溶比較發(fā)育。另外，根據(jù)鉆孔揭露，壩區(qū)巖體還發(fā)育較多溶隙和溶洞，最大一個(gè)溶洞洞高達(dá)5.3 m，溶洞發(fā)育最大深度達(dá)44.8 m。

壩址區(qū)主要存在壩基抗滑穩(wěn)定、壩基（肩）滲漏、巖溶塌陷、邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定、抗沖刷穩(wěn)定及基坑涌水問(wèn)題。

4）田江壩址基本地質(zhì)條件。田江壩址位于邵陽(yáng)市城區(qū)下游的田江村河段，位于曬谷灘水電站庫(kù)尾回水線內(nèi)，河流流向N10°E。河床中間有一江心洲——谷洲，長(zhǎng)約930 m，寬410～550 m，地面高程208.6～210.9 m。壩址區(qū)正常蓄水位（211.5 m）時(shí)水面寬約735 m。壩址區(qū)為一不甚對(duì)稱的寬敞式“U”河谷，左岸為Ⅰ級(jí)階地，階面高程212.7～218.5 m，階面寬100～350 m，Ⅰ級(jí)階地后緣為Ⅱ級(jí)階地，地形上多為崗丘，山頂高程236.3～263.4 m。右岸沿河為Ⅰ級(jí)階地，階面高程211.3～216.5 m，階面寬40～80 m，Ⅰ級(jí)階地后緣為低丘崗地，山頂高程232.0～251.0 m。

壩址區(qū)基本被第四系松散層覆蓋，下伏基巖主要為白堊系上統(tǒng)（K2）砂礫巖、含礫砂巖等。

壩址區(qū)為單斜構(gòu)造，左岸巖層產(chǎn)狀：N60°～70°W·NE∠3°～8°，傾向下游稍偏右岸，右岸巖層產(chǎn)狀：N70°～80°E·NW∠5°～10°，傾向下游稍偏左岸。壩址區(qū)未見(jiàn)斷層發(fā)育，節(jié)理裂隙主要發(fā)育兩組：

壩址區(qū)相對(duì)隔水層（q＜5 Lu）頂板深度左岸21.4～27.2 m，右岸14.6～17.5 m，河床10.0～18.5 m。

壩址區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖體風(fēng)化及坍岸。

壩址區(qū)主要存在壩基抗滑穩(wěn)定、壩基（肩）滲漏、邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定、抗沖刷穩(wěn)定問(wèn)題。

2 壩址比較與選擇

梅子井、百春園、神灘渡及田江4 個(gè)壩址均能滿足興建低水頭混凝土閘壩的要求，但各壩址的地形條件、巖性、巖體工程地質(zhì)特征及水文地質(zhì)條件仍存在一定的差異，現(xiàn)比較如下：

1）地形地貌上，梅子井壩址處于河道拐彎處，右岸為自然高地，左岸為階地，需修連接壩，兩岸均高于正常蓄水位，對(duì)建壩有利；百春園壩址兩岸及神灘渡壩址右岸Ⅰ級(jí)階地階面高程在正常蓄水位附近，均需修建堤防才能滿足設(shè)計(jì)要求；田江壩址兩岸雖為自然高地，但在田江壩址至梅子井壩址之間存在多處地形低于正常蓄水位的地段，需沿線修建大量堤防才能滿足設(shè)計(jì)要求。故在地形地貌上，梅子井壩址較優(yōu)，百春園壩址、神灘渡壩址次之，田江壩址較差。

2）梅子井壩址左岸覆蓋層厚相對(duì)較深；田江壩址河床覆蓋層相對(duì)較深；神灘渡壩址右岸覆蓋層相對(duì)較深。故在覆蓋層厚度上，百春園壩址相對(duì)較優(yōu)。

3）百春園壩址及田江壩址為白堊系紅層，存在軟弱夾層；梅子井壩址及神灘渡壩址巖性以灰?guī)r、炭質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r等為主，巖性復(fù)雜，且?jiàn)A層及溶洞十分發(fā)育，對(duì)壩基防滲不利，有突出的巖層堵漏防滲難題，地基處理難度大。因此，在巖性上，百春園壩址與田江壩址有明顯優(yōu)勢(shì)，梅子井壩址與神灘渡壩址相對(duì)較差。

4）百春園壩址及田江壩址未見(jiàn)斷層發(fā)育，壩基下部局部發(fā)育有軟弱夾層；梅子井壩址發(fā)育8 條斷層，神灘渡壩址發(fā)育4 條斷層，且兩壩址軟弱夾層及軟巖較多，巖石軟硬相間，對(duì)壩址抗滑穩(wěn)定不利。因此，在構(gòu)造上，百春園壩址與田江壩址相對(duì)較優(yōu)。

5）梅子井壩址基本為弱風(fēng)化巖石，神灘渡壩址、百春園壩址與田江壩址表部強(qiáng)風(fēng)化巖石厚度1～3 m。梅子井壩址相對(duì)較優(yōu)。

6）梅子井壩址防滲帷幕深10～69 m，帷幕長(zhǎng)約1 000 m；百春園壩址防滲帷幕深8～28.5 m，帷幕長(zhǎng)1 000～1 100 m；神灘渡壩址防滲帷幕深25～52 m，帷幕自左岸到右岸階地前緣長(zhǎng)約450 m，右岸為階地，地面高程較低，地下水位與巖體透水率下限埋深較深，防滲接頭難度大；田江壩址防滲帷幕深10～27 m，帷幕長(zhǎng)1 200～1 300 m。因此，從防滲長(zhǎng)度看，除神灘渡壩址最差，其它3 壩址基本相近；從防滲深度看，百春園壩址與田江壩址相對(duì)較優(yōu)。

綜上所述，4 個(gè)壩址在地形地貌、覆蓋層厚度、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體風(fēng)化、巖溶、防滲處理工作量及存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題等各方面各有優(yōu)劣，其中百春園壩址與田江壩址在地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶及存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題等優(yōu)于其余兩個(gè)壩址。

但田江壩址位于曬谷灘電站庫(kù)區(qū)尾水內(nèi)，在施工期基坑開(kāi)挖時(shí)圍堰、基坑排水等難度相對(duì)較大；大壩建成后，邵陽(yáng)市整個(gè)城區(qū)位于庫(kù)區(qū)內(nèi)，水庫(kù)蓄水后，河水、地下水位抬高，兩岸長(zhǎng)期浸沒(méi)在地下水位之下，巖土體飽水后其強(qiáng)度及抗強(qiáng)指標(biāo)降低，對(duì)岸坡及部分建筑物有可能造成一定的影響；原位于蓄水位以下的城市管網(wǎng)、排污口、人防工程等由于水位抬升影響將被淹沒(méi)或浸沒(méi)，需要重新進(jìn)行改造；同時(shí)，地下水位的抬高，造成兩岸地下水排泄過(guò)緩，將對(duì)城區(qū)內(nèi)的水質(zhì)及地下水環(huán)境造成一定的影響。綜合考慮上述因素，百春園壩址相對(duì)較好。

3 結(jié) 論

本階段共選取了4 個(gè)壩址進(jìn)行比選。其中梅子井壩址地層巖性為石炭系（C）灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r夾炭質(zhì)頁(yè)巖等，巖溶發(fā)育，工程地質(zhì)條件差。百春園壩址地層巖性為白堊系（K）粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等，局部分布有厚4～13 cm 的粉砂質(zhì)泥巖、泥化軟弱夾層。工程地質(zhì)條件較好。神灘渡壩址地層巖性為石炭系（C）灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾頁(yè)巖、泥巖等，巖溶、軟弱夾層發(fā)育。工程地質(zhì)條件較差。田江壩址地層巖性為砂礫巖、含礫砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等，構(gòu)造不發(fā)育，工程地質(zhì)條件較好。

綜合4 個(gè)壩址工程、水文地質(zhì)條件，百春園壩址和田江壩址優(yōu)于其它兩個(gè)壩址。但田江壩址位于保護(hù)區(qū)及曬谷灘庫(kù)區(qū)內(nèi)，且建成后對(duì)邵陽(yáng)市的水環(huán)境存在一定影響，因此，推薦百春園壩址為下階段勘察設(shè)計(jì)壩址。