新疆某水庫壩址比選工程地質(zhì)條件分析

張躍軍，王 潘，尚 柯

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州450003）

1 工程概況

新疆某水庫位于伊寧市北部的匹里青河出山口水文站上游約1.0km處，水庫是國投伊犁熱電廠工程的主要配套工程，目的是滿足伊犁熱電廠供水，兼顧灌溉、防洪、發(fā)電。

該水庫設(shè)計(jì)壩頂高程約964m，壩高約82m，正常蓄水位961m，相應(yīng)正常蓄水位以下庫容約2885萬m3，水庫總庫容4593萬m3，裝機(jī)容量4MW，主要建筑物由大壩、溢洪道、導(dǎo)流洞、引水發(fā)電洞和發(fā)電廠房組成，為中型水利樞紐工程。

比選的下壩址位于匹里青河出山口水文站上游約1km處，上壩址距下壩址約500m，位于出山口水文站上游約1.5km處。

2 區(qū)域地質(zhì)概況及地震動參數(shù)

工程區(qū)位于天山地震帶西段， 為新疆地震活動較強(qiáng)的區(qū)域之一，具有地震活動。

頻度與強(qiáng)度均較高的特點(diǎn)， 工程區(qū)附近中強(qiáng)地震主要與近東西向活動性斷裂相關(guān)， 且震中多位于斷裂交匯部位的應(yīng)力集中區(qū)。 工程區(qū)處于博羅霍洛山南坡斷裂、 伊寧隱伏斷裂、 麻扎斷裂三條斷裂之間， 其中活動性斷裂博羅霍洛山南坡斷裂從庫尾經(jīng)過，距壩址約8.5km，屬近場區(qū)斷裂，活動性斷裂伊寧隱伏斷裂距工程區(qū)約30km，屬遠(yuǎn)場區(qū)斷裂。

根據(jù)歷史地震記載， 近場區(qū)歷史和近代曾發(fā)生過5次M≥4.7級地震，場地周圍地區(qū)無M≥3.0級地震記錄，說明場地周圍微、小地震活動相對較弱。 根據(jù)1∶400萬GB18306—2015《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，科克塔斯水庫工程場區(qū)50年超越概率為10%時的地震動峰值加速度為0.15g， 地震動反應(yīng)譜特征周期為0.4s，相應(yīng)的地震基本烈度為VII度。

3 上壩址基本地質(zhì)條件及主要工程地質(zhì)問題

3.1 上壩址區(qū)基本地質(zhì)條件

3.1.1 地形地貌

上壩址位于匹里青河出山口水文站上游約1.5km， 壩址區(qū)河流流向自北北東向轉(zhuǎn)向近南北向，壩址上游河谷較寬，至壩軸線上游100m處河谷變窄，呈喇叭狀。上壩址河谷斷面呈“V”型，兩岸岸坡陡峻，山頂平緩，兩岸地形坡度一般為35°～40°，靠近河流兩岸山頂?shù)淖畲蟾叱碳s1078m，河谷谷底最低高程為895m，谷嶺相對高差大于100m。 河谷底寬一般約20～40m。

3.1.2 地層巖性

壩址區(qū)出露地層為中石炭奧依曼布拉克組（C2o2）中段火山巖和第四系松散堆積層（Q）。

（1）中石炭奧依曼布拉克組（C2o2）中段火山巖：出露的巖性主要為火山角礫巖、 火山凝灰?guī)r和安山質(zhì)凝灰?guī)r。火山角礫巖呈厚層、水平狀，致密堅(jiān)硬，在地形上常形成近直立的陡坎?；鹕侥?guī)r呈中厚層、水平狀，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，易風(fēng)化呈薄層狀。 安山質(zhì)凝灰?guī)r呈整體塊狀，具有氣孔構(gòu)造，局部有杏仁狀構(gòu)造，較堅(jiān)硬，巖體表層水平狀節(jié)理發(fā)育，該層為壩址區(qū)主要出露巖性。

（2）第四系松散堆積層（Q）：壩址區(qū)出露的第四系松散堆積層主要為風(fēng)積黃土層、 沖積層及崩坡積物，厚度不均。

3.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

上壩址出露斷層共6條，其中與工程相關(guān)的斷層為f1，f2，f3，如表1。

上壩址節(jié)理主要發(fā)育四組節(jié)理第①組：300°～330°/SW （部分NE）∠65°～89°； 第②組：20°～55°/ SE（少數(shù)NW）∠44°～89°；第③組：70°～80°/SE（部分NW）∠52°～87°；第④組：350°～360°/ NE（部分SW）∠54°～89°。 其中以第①組最為發(fā)育，第②組次之，第③組、第④組不太發(fā)育。 在壩軸線下游側(cè)兩岸安山質(zhì)凝灰中，水平節(jié)理較發(fā)育，節(jié)理密度為6～8條/m，出露高程一般在950m以下。

表1 上壩址出露主要斷層特征

3.1.4 水文地質(zhì)條件

上壩址地下水類型為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩類。 松散巖類孔隙水主要賦存于河床砂卵石層中和河谷兩岸崩坡積層中， 主要接受大氣降水補(bǔ)給，水位隨季節(jié)性變化，與地表水呈互補(bǔ)關(guān)系。 基巖裂隙水主要分布于巖體裂隙中， 主要受大氣降水的補(bǔ)給，以地下徑流的形式向河谷排泄，由于巖體中節(jié)理裂隙的不均一性， 基巖裂隙水常呈脈狀或?qū)訝罘植?，很難形成統(tǒng)一的地下水位。 根據(jù)水質(zhì)分析成果，環(huán)境水對混凝土無腐蝕性。

3.1.5 地質(zhì)物理現(xiàn)象

上壩址兩岸各發(fā)育一處較大崩坡積物。 崩積物主要來自山體上部的火山角礫巖， 崩塌巖塊粒徑一般0.3～1m，最大20m左右，崩塌體由較大的塊石、碎石及土組成，局部有架空現(xiàn)象，現(xiàn)處于穩(wěn)定狀態(tài)。 崩塌體沿河谷呈條帶狀分布， 分布高程一般897～920m，左岸崩坡積塌物長約260m，崩坡積層厚度約5～15m，體積約5.98萬m3； 右岸崩塌體長約300m， 厚度約5～15m，體積約6.9萬m3，兩處總方量約12.88萬m3。

3.2 上壩址區(qū)存在主要工程地質(zhì)問題

3.2.1 壩肩穩(wěn)定

上壩址第③組節(jié)理走向和壩基開挖邊坡走向（98°）小角度斜交，易形成邊坡后緣切割面，形成不穩(wěn)定體，可能產(chǎn)生邊坡變形滑塌破壞，對兩壩肩開挖邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。 左壩肩受斷層f2，f3影響，構(gòu)成了左壩肩巖體一面臨空，兩面受構(gòu)造面切割的鍥形體如圖1，可能存在壩肩穩(wěn)定性問題。 左壩肩下游側(cè)安山質(zhì)凝灰?guī)r水平節(jié)理發(fā)育， 可能構(gòu)成滑動失穩(wěn)的滑移面，而斷層f2，f3，f4在其上、下游和左側(cè)三面形成切割面， 壩下游側(cè)發(fā)育的1#沖溝形成了左壩肩下游側(cè)巖體臨空面， 左壩肩下游側(cè)巖體可能存在抗滑穩(wěn)定性問題。

圖1 上壩址壩軸線位置左壩肩不穩(wěn)定鍥形體示意圖

3.2.2 壩基及繞壩滲漏

上壩址壩基巖體為安山質(zhì)凝灰?guī)r，新鮮的安山質(zhì)凝灰?guī)r是微透水或不透水的，由于風(fēng)化、卸荷作用及斷層、節(jié)理裂隙的存在，給壩基、壩肩巖體滲漏提供了條件。 特別是斷層f2，在河床與壩軸線斜交，斷層帶及影響帶巖體破碎，透水性較大，成為壩基滲漏的良好通道。斷層f3為順河向斷層，在左壩肩與壩軸線大角度相交， 沿f3斷層可能發(fā)生繞壩滲漏問題。

4 下壩址基本地質(zhì)條件及主要工程地質(zhì)問題

4.1 下壩址區(qū)基本地質(zhì)條件

4.1.1 地形地貌

下壩址位于匹里青河出山口水文站上游約1.0km，壩址處河谷狹窄呈“V”型谷，河岸陡峻，山頂平緩，岸坡一般為35°～40°，局部岸坡陡立近直立，近河岸左岸山體最大高程約1078m，右岸山體最大高程約1007m， 河床高程891～894m， 谷嶺相對高差大于100m左右，河谷底寬一般約45～120m。

4.1.2 地層巖性

下壩址出露地層為中石炭奧依曼布拉克組（C2o2）中段火山巖和第四系松散堆積層（Q）。

（1）中石炭奧依曼布拉克組（C2o2）中段火山巖：出露的巖性主要為火山角礫巖、 火山凝灰?guī)r和玄武巖和安山質(zhì)凝灰?guī)r，其中火山角礫巖、火山凝灰?guī)r及安山質(zhì)凝灰?guī)r的巖體結(jié)構(gòu)和巖層產(chǎn)狀與上壩址一基本致， 玄武巖表面分布褐色赤鐵礦斑點(diǎn)， 呈整體塊狀，具有氣孔構(gòu)造，局部有杏仁狀構(gòu)造，致密堅(jiān)硬，性脆，表層風(fēng)化卸荷發(fā)育，主要分布在河岸中下部和河床，出露高程一般在970m以下。

（2）第四系松散堆積層（Q）：壩址區(qū)出露的第四系松散堆積層主要為風(fēng)積黃土層、 沖洪積層及崩坡積物，厚度不均。

4.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

下壩址出露的斷層有5條，其中f7，f8，f9斷層（表2）位于壩軸線附近，對工程具有一定影響。

表2 下壩址區(qū)出露主要斷層特征

下壩址主要發(fā)育四組節(jié)理， 第①組：300°～330°/SW（部分NE）∠65°～89°；第②組：20°～55°/ SE（少數(shù)NW）∠44°～89°；第③組：70°～80°/SE（部分NW）∠52°～87°；第④組：350°～360°/ NE（部分SW）∠54°～89°。其中以第①組最為發(fā)育，第②組次之，第③組、第④組不太發(fā)育。 節(jié)理傾角以50°～90°的中等傾角～高等傾角最為發(fā)育。

4.1.4 物理地質(zhì)現(xiàn)象

下壩址物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為泥石流。 下壩址2#、4#沖溝溝口發(fā)育較大規(guī)模泥石流堆積物， 在溝口呈扇形堆積， 堆積物為碎石土，2#沖溝泥石流堆積物面積約6240m2，方量約3.1萬m3；4#沖溝泥石流堆積物面積約2550m2，方量約1.4萬m3，為中型規(guī)模泥石流。

4.2 下壩址主要工程地質(zhì)問題

4.2.1 壩肩穩(wěn)定問題

下壩址河谷狹窄（V型谷），岸坡較陡，基巖為玄武巖，呈整體塊狀，穩(wěn)定性較好，但下壩址發(fā)育的第①、第④組節(jié)理走向和壩基開挖邊坡走向（278°）小角度斜交，易形成邊坡后緣切割面，形成不穩(wěn)定體，局部可能產(chǎn)生邊坡變形滑塌破壞，對壩基開挖邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響，而且下壩址構(gòu)造交匯部位（如右壩肩節(jié)理L3，L4交匯部位地形上形成埡口），巖體更加破碎，開挖時易產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)坍塌。

4.2.2 壩基及繞壩滲漏問題

影響下壩址壩基滲漏的主要因素為地形條件和地質(zhì)構(gòu)造。

下壩址左岸壩肩山體寬厚，未發(fā)現(xiàn)大的滲漏通道；在正常蓄水位961m，右壩肩較窄處寬約80～100m，山體相對單薄，且發(fā)育有L3，L4節(jié)理，存在繞壩滲漏可能。

下壩址發(fā)育的斷層對壩基滲漏影響甚微。下壩址構(gòu)造節(jié)理裂隙較發(fā)育，其中對壩基滲漏起控制作用的為第④組節(jié)理，其走向與河流向（8°）小角度斜交，延伸數(shù)米～數(shù)十米，連通性好，有可能相互溝通形成滲漏通道。

5 壩址比選

根據(jù)上、下壩址區(qū)的基本工程地質(zhì)條件和存在的工程地質(zhì)問題，對兩壩址進(jìn)行比選如表3。

從表3可見，上壩址存在壩基巖體抗風(fēng)化、變形能力相對較差、第四系松散堆積物處理方量大、構(gòu)造發(fā)育、地形上不利于建筑物布置等問題；下壩址除正常蓄水條件比上壩址壩線稍長外，其壩基巖體、物理地質(zhì)現(xiàn)象和構(gòu)造發(fā)育程度、 建筑物布置明顯好于上壩址。 綜上所述，從工程地質(zhì)條件比較，下壩址明顯優(yōu)于上壩址。

6 結(jié)語

本文從地質(zhì)角度對上、下壩址進(jìn)行了比選，得出了下壩址在地質(zhì)條件上優(yōu)于上壩址的比選結(jié)論，為設(shè)計(jì)方案的壩址比選提供了地質(zhì)依據(jù)。 而在比選過程中采取方法和思路對同類工程的壩址比選具有一定借鑒作用。

表3 壩址比選