工程地質(zhì)條件對新疆喬諾水庫壩址比選的影響

仝衛(wèi)超

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院地質(zhì)勘察研究所，烏魯木齊 830052)

0 前 言

水利工程在可行性研究設(shè)計階段需要選擇一個合適的壩址，影響水利工程壩址選擇的因素眾多，如水文專業(yè)的庫區(qū)積雨面積、河流的凈流量、庫區(qū)的淹沒范圍；地質(zhì)專業(yè)的地形地貌、工程地質(zhì)條件；水工專業(yè)的工程布置、施工條件、工程效益及投資等[1]。

1 工程概況

喬諾水庫位于烏瑞克河中下游河段，是烏瑞克河上一座控制性水庫，是一座具有灌溉、防洪等綜合利用任務(wù)的水利工程。根據(jù)河段地形、地質(zhì)條件，本階段初擬上、下兩個壩址進(jìn)行比選，兩壩址相距約2.5km，初擬壩型為瀝青混凝土心墻土石壩。壩址位于新疆烏恰縣烏瑞克河中下游喬諾村附近。水庫西距烏恰縣15km，南距阿圖什市40公里。工程區(qū)南鄰3013國道與309省道，壩址前段為康什維爾村村道及阿克氣田修建的便道，后段進(jìn)入山區(qū)為沿河砂礫石便道，交通條件一般。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 上壩址工程地質(zhì)條件

1)地形地貌

上壩址位于喬諾村下游2km，該段河谷中部窄，上下游側(cè)較寬大。軸線處河谷呈“V”型，河谷底寬170m。左岸山體整體較雄厚，自然坡度50-60°。左岸壩肩段位于單薄山梁，山梁SE走向，山梁頂部寬2m-4m，底寬60-100m。右岸為一橢圓狀基巖山體，山頂最大高程2740m，高出河床420m。右岸岸坡整體順直，自然坡度45-55°。在洪溝出口端無完整的扇形地，巖性主要為洪積碎石土層，受河水的掏蝕形成陡坎，高出河床2-9m。

2)地層巖性

上壩址區(qū)出露的地層主要為上古生界石炭系和第四系地層。石炭統(tǒng)巖性主要為微晶灰?guī)r，巨厚層-厚層狀構(gòu)造，灰色，在壩軸線下游側(cè)另發(fā)育薄層狀灰?guī)r?；?guī)r巖層產(chǎn)狀280°NE∠50-55°,層面傾上游略傾岸外。受斷裂構(gòu)造的影響，右岸壩肩巖體多呈次塊狀結(jié)構(gòu)，隱節(jié)理發(fā)育。巖塊飽和抗壓強(qiáng)度平均值24.7MPa，受構(gòu)造影響巖塊強(qiáng)度偏低。

第四系地層主要分布于壩址兩岸及河床，第四系沖積砂卵礫石主要分布于現(xiàn)代河床上部及Ⅰ級階地上。第四系崩坡積物主要分布于上壩址區(qū)兩岸及洪溝內(nèi)岸邊坡腳一帶，表層結(jié)構(gòu)松散，下部結(jié)構(gòu)中密。據(jù)鉆孔揭露顯示，第四系下更新統(tǒng)沖積物青灰色砂卵礫石，已膠結(jié)成巖，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，分布于河谷覆蓋層下部109.5m-123m，弱透水性。

3)地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)相關(guān)資料及本次調(diào)查，受托特拱拜孜-阿爾帕雷克(F7)斷裂分支影響，壩址區(qū)小斷層較發(fā)育，主要有4組斷層破碎帶及2條節(jié)理裂隙。f1：NNE向，產(chǎn)狀30°NW∠35°，扭性，長度>100m,帶寬1-2cm，帶內(nèi)主要為角礫巖及少量的糜棱巖。f2：NE向，55°NW∠75°，壓扭性，長度>100m,帶寬5-12cm，帶內(nèi)主要為角礫巖。f3：NNW向，350°NE∠75°，壓扭性，長度>100m,帶寬0.25-0.4m，帶內(nèi)主要夾角礫巖及碎裂巖。受構(gòu)造運動幸運，節(jié)理裂隙較發(fā)育，L1：NWW向，280-290°NE∠50-55°，面粗糙，大部分閉合無充填，多沿層間發(fā)育，傾向上游，發(fā)育間距不等，小則1-2m，大則10m以上，延伸長30-100m，個別長達(dá)200m以上，兩岸坡均有分布。L2：NE向，50-60°NW∠70-80°，面粗糙，表部多卸荷張開1-3cm，間距2-10m，大則30m以上，延伸長10-50m，個別100m以上。主要分布在左岸壩肩小山梁部位，節(jié)理玫瑰花見圖1。

圖1 上壩址區(qū)節(jié)理玫瑰花圖

4)水文地質(zhì)條件

壩址區(qū)地下水類型主要為孔隙潛水和基巖裂隙水，可分為孔隙潛水和基巖裂隙水：孔隙潛水主要賦存在松散沉積物顆粒間，分布于第四紀(jì)現(xiàn)代河床砂卵礫石層中，主要受河水和大氣降水的補(bǔ)給，地下水位隨河水位變化明顯?；鶐r裂隙水主要賦存于基巖裂隙中，沿節(jié)理、構(gòu)造裂隙、風(fēng)化裂隙和張裂隙運移，主要受冰雪融水及大氣降水的補(bǔ)給，地下徑流短，常以泉水的形式排入鄰近的溝谷中。

5)巖(土)體透水性

上壩址兩岸基巖為石炭統(tǒng)灰黑色、灰色微晶灰?guī)r，受構(gòu)造影響，巖體呈塊狀-次塊狀，局部呈碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代河床段覆蓋層透水性強(qiáng)。基巖巖體透水性據(jù)左岸壩肩上部ZKs3鉆孔壓水試驗成果，0-24m深度范圍內(nèi)巖體透水率38-94Lu，24-60m深度范圍內(nèi)巖體透水率14-32Lu,60m以下巖體透水率5Lu。據(jù)右岸壩肩上部ZKs4鉆孔壓水試驗成果，5Lu埋深35-75m，3Lu埋深45-85m。河床下伏基巖為上石炭統(tǒng)微晶灰?guī)r，弱風(fēng)化層厚10-15m。河床段5Lu埋深線一般在基巖面以下10-15m,3Lu埋深線基巖面以下15-25m。

2.2 下壩址工程地質(zhì)條件

1)地形地貌

下壩址距上壩址約2.5km，兩岸巖性單一均為上新統(tǒng)礫巖。礫巖區(qū)受構(gòu)造影響，右岸溝梁相間，切深較大，洪溝延伸較長。下壩址區(qū)河谷呈“V”型，兩岸基巖裸露，谷底寬250m，現(xiàn)代河床寬150m。左岸高出河床約100m高程段為近于直立的礫巖陡壁，自然坡度60-80°，100-130m為寬60-80m的斜坡，自然坡度20-25°。130m之上為高100余米的礫巖陡壁，自然坡度50-65°。 右岸由于構(gòu)造影響，多洪溝出露，溝內(nèi)基巖多裸露，僅在出口端堆積碎塊石土層。兩組結(jié)構(gòu)面相互切割使右岸礫巖山體受三面風(fēng)化形成單薄山梁，整個岸坡溝梁相間。

2)地層巖性

下壩址區(qū)出露的地層主要為第三系上新統(tǒng)和第四系地層，第三系上新統(tǒng)為磚紅色、棕褐色、鈣質(zhì)膠結(jié)礫巖，巖層產(chǎn)狀285-300°NE∠22-24°，庫壩區(qū)主要分布該套地層。第四系地層主要分布于下壩址兩岸及河床，第四系沖積砂卵礫石主要分布于現(xiàn)代河床上部及Ⅰ級階地上。第四系崩坡積物主要分布于上壩址區(qū)兩岸及洪溝內(nèi)岸邊坡腳一帶，表層結(jié)構(gòu)松散，下部結(jié)構(gòu)中密。

3)地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)測繪表明，壩址區(qū)為單斜構(gòu)造，壩址區(qū)無區(qū)域性斷裂通過。壩址區(qū)主要有3組斷層破碎帶及3條節(jié)理裂隙。f1：NNE向，25°NW∠80°，壓扭性，長度>700m,帶寬約1.5m，帶內(nèi)主要為碎裂巖。f2：NEE向，80°SE∠80°，壓扭性，長度約300m,帶寬5-15cm，帶內(nèi)主要為角礫巖及糜棱巖，已膠結(jié)，結(jié)構(gòu)密實，與河床大角度相交，傾岸外，傾下游，影響帶寬0.5-1.0m。f3：NWW向，280°NE∠50°，壓性，長度600m左右,帶寬0.1-0.3m，帶內(nèi)主要為角礫巖及碎裂巖。下壩址區(qū)裂隙較發(fā)育，延伸較長，相對發(fā)育3組，L1：NE向，30-45°NW/SE∠80-85°，面粗糙，間距10-20m，個別間距達(dá)50m，裂隙大多平直略起伏，延伸長度50-100m。L2：NEE向，70-80°SE∠75-80°，間距30-50m，裂隙多平直，延伸長一般>50m，該組裂隙主要分布于左岸。L3：NNW向：310-330°SW∠80-85°，面粗糙，閉合無充填，發(fā)育間距50-80m，延伸長80-100m。兩岸均有分布。節(jié)理走向玫瑰花圖見圖2。

圖2 下壩址區(qū)節(jié)理裂隙玫瑰花圖

4)水文地質(zhì)條件

下壩址區(qū)水文地質(zhì)條件與上壩址相同，地下水類型主要為孔隙潛水和基巖裂隙水。據(jù)水質(zhì)分析成果可得，地表水及地下潛水水質(zhì)較好，對普通水泥無腐蝕，對混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

5)巖(土)體透水性

據(jù)左岸壩肩上部ZKx3鉆孔壓水試驗成果，左岸礫巖5Lu埋深線在基巖面以下35-45m。3Lu埋深線在基巖面以下40-50m。右岸壩肩上部5Lu埋深線在基巖面以下35-40m。3Lu埋深線在基巖面以下45-50m。河床段下伏基巖為上新統(tǒng)礫巖，強(qiáng)化層厚2-3m，弱風(fēng)化層厚25-35m。河床段5Lu埋深線一般在基巖面以下25-30m深度范圍內(nèi),3Lu埋深線在基巖面30-35m。

3 工程地質(zhì)條件對壩址的影響與分析

根據(jù)上述兩個壩址的工程地質(zhì)條件，上、下兩個壩址工程地質(zhì)條件分析比較如下：

1)地形地貌：上壩址地形地貌兩岸地形總體較對稱，左岸壩肩為橫向坡，自然邊坡整體穩(wěn)定，岸坡較陡，基巖裸露；右岸邊坡呈橢圓狀，整體穩(wěn)定；上壩址天然河床寬180m。下壩址兩岸溝梁相間，地形變化大，巖層為緩傾角，岸坡整體穩(wěn)定；天然河谷寬280m。上壩址天然河谷寬度比下壩址窄約100m，因此上壩址地形地貌優(yōu)于下壩址。

2)地層巖性：上壩址兩岸山坡分布第四系崩坡積物，大部分基巖裸露，河床覆蓋層以下基巖巖性為石炭統(tǒng)微晶灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化層3-4m，飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值24.7MPa，為較軟巖。下壩址兩岸零星分布第四系崩坡積物，溝壑縱橫，大部分基巖裸露，河床覆蓋性以下基巖巖性為上新統(tǒng)礫巖，強(qiáng)風(fēng)化層約3m，下壩址區(qū)礫巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值14.3MPa，為軟巖。經(jīng)比較可知，上壩址巖性條件優(yōu)于下壩址。

3)地質(zhì)構(gòu)造：上壩址區(qū)主要有4組斷層破碎帶及2條節(jié)理裂隙；下壩址區(qū)主要有3組斷層破碎帶及3條節(jié)理裂隙，構(gòu)造作用下，下壩址區(qū)整體呈現(xiàn)溝梁相間，切深較大的復(fù)雜地貌。經(jīng)比較可知，上壩址地質(zhì)構(gòu)造條件優(yōu)于下壩址。

4)巖(土)體透水性：上壩址左岸壩肩相對不透水層埋深60m，右岸壩肩相對不透水層埋埋深45-85m，河床段相對不透水層在基巖面以下15-25m。下壩址左岸壩肩相對不透水層在基巖面以下40-50m，右岸壩肩相對不透水層在基巖面以下45-50m，河床段相對不透水層在基巖面以下30-35m。經(jīng)比較可知，上壩址巖(土)體透水性優(yōu)于下壩址。

5)壩基穩(wěn)定：壩基淺層抗滑穩(wěn)定問題主要由混凝土與弱風(fēng)化基巖接觸面控制。上、下壩址均未發(fā)現(xiàn)順層緩傾角不利結(jié)構(gòu)面及其組合，上、下壩址的壩基穩(wěn)定條件相當(dāng)。

4 結(jié) 論

1)在進(jìn)行壩址比選時，一般從工程地質(zhì)、工程地質(zhì)條件、工程布置及工程量、建筑材料、施工條件及工程造價等方面進(jìn)行比較[2-3]。通過對上、下壩址地貌單元、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、巖體透水率、河床深厚覆蓋層、壩基穩(wěn)定等條件綜合分析，兩壩址均具備修建當(dāng)?shù)夭牧蠅喂こ痰刭|(zhì)條件，上壩址建壩條件均優(yōu)于下壩址。

2)壩址選擇是水利工程建設(shè)中最基本、最具有整體意義的工作，它直接關(guān)系到水工建筑物的安全、經(jīng)濟(jì)和正常的運行管理。工程地質(zhì)條件在壩址選擇中占有極其重要的地位，選擇一個地質(zhì)條件優(yōu)良的壩址，既可以保證建筑物的安全又可以節(jié)約成本。對此，加強(qiáng)和重視水利工程前期對區(qū)域、庫區(qū)、壩址的巖土性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造勘察，保障壩址選擇的適當(dāng)性，為水利工程建設(shè)奠定堅實的基礎(chǔ)。