達友水庫壩址工程地質(zhì)比選

磨柯吉，覃陸緣

（1.廣西桂禹工程咨詢有限公司，南寧 530023；2.廣西水利電力勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 工程概況

達友水庫是一座以人飲供水、灌溉為主的綜合利用水利工程，選擇上壩址及下壩址兩個壩址進行比選。兩壩址相距約240 m，上壩址集水面積3.26 km2，下壩址集水面積3.97 km2。可行性研究階段對上、下壩址進行同深度勘察，主要采用測量、工程地質(zhì)調(diào)繪、物探、原位測試試驗、室內(nèi)實驗等勘察手段，共布置了12個鉆孔，勘探點間距30～80 m，累計完成進尺533.3 m，完成壓水試驗62段、注水試驗30段，完成各類室內(nèi)巖土試驗18 組等，為比選提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 上、下壩址工程地質(zhì)比選

2.1 區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性

區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性主要是對測區(qū)區(qū)域構(gòu)造背景進行調(diào)查和研究，對可能存在的活斷層進行判定，并確定地震基本烈度；收集歷史地震和地震臺網(wǎng)觀測等資料，分析地震危險性；綜合評定區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性分級。壩址宜選擇區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好的地段，避開活動性斷層或構(gòu)造復(fù)雜的斷裂破碎帶。同時，盡量選擇在抗震有利地段，不宜選擇地震動峰值加速度≥0.4 g的強震區(qū)[1]。

（1）上壩址。上壩址所在測區(qū)位于華南準(zhǔn)地臺右江再生地槽（Ⅴ）都陽山隆起（Ⅴ2），經(jīng)歷了華力西、印支～燕山和喜馬拉雅三個大的構(gòu)造歷史時期，地質(zhì)構(gòu)造基本特征是以北北西向構(gòu)造線為主，次為南北向，褶皺強烈，斷裂較發(fā)育。工程區(qū)25 km范圍內(nèi)無活動性斷裂分布，近場區(qū)無大于7 級歷史地震活動，地震動峰值加速度取值0.05 g，反應(yīng)譜特征周期0.35，對應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度?？傮w上來說，測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件較為簡單，未發(fā)現(xiàn)第四紀(jì)活斷層，地震活動水平不高，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好。

（2）下壩址。下壩址位于上壩址下游，相距僅240 m，下壩址所在測區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性與上壩址一致。

經(jīng)比選，上、下壩址兩者相當(dāng)，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性分級均為好。

2.2 地形地貌

地形條件是壩址選擇中非常重要的條件之一。壩址區(qū)場地地形應(yīng)相對完整、沖溝不發(fā)育，兩側(cè)山體要有足夠的高度和厚度，且盡量選在兩岸輪廓在壩體范圍內(nèi)向下游方向呈收縮狀，以滿足壩高要求和壩肩的穩(wěn)定要求。地形決定了建筑物軸線的長短，一般來說，壩址選在河谷狹窄地段，壩軸線較短，可以大大減少壩體工程量[2]。此外，若采用當(dāng)?shù)夭牧现?，壩型需注意有沒有可利用的地形條件布設(shè)溢洪道等附屬建筑物。

上壩址地貌屬于中低山溝谷地貌，地形下陡上緩，山谷呈”U”字型，兩岸均為突出山嘴，較單薄。左岸由于建設(shè)倉庫，山頂已開挖平整，高程530～540 m，右岸山頂高程540～550 m，山坡坡度為10°～50°，局部因修建農(nóng)村道路開挖邊坡，坡度較陡（＞45°），山腳處地形呈陡坎狀。下壩址地貌屬于中低山溝谷地貌，山谷呈”V”字型，谷底高程為460～480 m，河谷兩側(cè)岸坡坡度為35°～55°，壩址左岸山體較為雄厚，山頂高程為555～560 m，右岸為突出山梁，較單薄。下壩址稍優(yōu)于上壩址。

2.3 河流條件

壩址一般布置在較為順直的河段上，壩軸線盡可能與河流流向垂直，盡量避免壩址上、下游河流有急彎的情況，以便泄洪水流能順直的泄入下游河道。上壩址位于兩溝交匯處，主要支流自北東向南西，次要支流大致自東向西，于上壩址壩軸線東北側(cè)約30 m處匯集，雨季水量較大。由于河流下蝕沖刷，在壩軸線附近形成陡坎，陡坎高約15 m，長約12 m，基巖裸露。下壩址河流流向較為順直，大致自北東向南西，流速平緩。下壩址稍優(yōu)于上壩址。

2.4 地層巖性

當(dāng)采用土基時盡量選擇物質(zhì)成分均勻、有足夠抗水性的土體，避免存在影響壩基穩(wěn)定性的軟弱夾層及特殊性土。當(dāng)采用巖基時壩址盡量選擇巖體相對完整，巖性較均一，物理力學(xué)性質(zhì)較好，有足夠承載力的場地，避開巖溶化巖體，同時要特別注意軟弱夾層的情況及其對建構(gòu)筑物穩(wěn)定的影響[2]。

經(jīng)比選，上、下壩址兩者相當(dāng)，無軟弱夾層，無巖溶化巖體，巖層物理力學(xué)參數(shù)下壩址稍優(yōu)。

2.5 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造包括巖層產(chǎn)狀、褶皺、斷層及節(jié)理裂隙等。勘察過程中應(yīng)查明各個構(gòu)造的性質(zhì)、空間位置及相互之間的組合關(guān)系。盡量選擇巖體完整性好的地段，盡量避開褶皺軸部，和大的斷裂帶、節(jié)理裂隙密集帶。從岸坡穩(wěn)定性、壩基抗滑穩(wěn)定性等方面綜合分析各個構(gòu)造的利弊。

（1）上壩址。上壩址位于長江至太平向斜西南翼，左岸巖層產(chǎn)狀整體較穩(wěn)定，一般為N40°～60°W，NE∠25°～35°，巖層傾向上游。右岸受構(gòu)造擠壓作用，巖層局部扭曲，發(fā)育次級褶曲，巖層產(chǎn)狀不穩(wěn)定。上壩址區(qū)下游西南側(cè)發(fā)育泗孟至香河斷裂，該斷層在二疊系碳酸鹽巖與三疊系碎屑巖之間展布。斷裂帶兩側(cè)由不同地貌組成，斷裂現(xiàn)象明顯，附近斷層產(chǎn)狀N40°～65°W，NE∠50°～70°，為一正斷層。距壩軸線最近處約350 m，對工程影響不大。壩區(qū)節(jié)理共發(fā)育14組，裂面均較平直粗糙，寬度為0.2～2 mm，長度為1～4 m，強風(fēng)化巖體裂隙一般風(fēng)化呈黃褐色，充填巖屑夾泥質(zhì)，弱風(fēng)化巖體裂隙大部風(fēng)化呈黃褐色，少量較新鮮，充填巖屑或無充填，主要節(jié)理產(chǎn)狀：N40°～70°E，SE∠55°～85°，N0～35°W，SW∠60°～90°，N0～35°W，NE∠50°～85°。

（2）下壩址。下壩址位于長江至太平向斜西南翼，左岸巖層產(chǎn)狀整體較穩(wěn)定，一般為N19°～58°W，NE∠29°～35°，巖層傾向上游。右岸受構(gòu)造擠壓作用，巖層局部扭曲，發(fā)育次級褶曲，巖層產(chǎn)狀不穩(wěn)定。壩址區(qū)下游西南方向發(fā)育泗孟至香河斷裂，距壩址壩軸線最近處約130 m，對工程影響不大。壩址區(qū)節(jié)理共發(fā)育14 組，陡傾角節(jié)理較發(fā)育，主要節(jié)理產(chǎn)狀與上壩址一致。

經(jīng)比選，上、下壩址兩者相當(dāng)。

2.6 巖體風(fēng)化

巖體風(fēng)化深度主要受地形、巖性及構(gòu)造控制，全風(fēng)化巖體原巖結(jié)構(gòu)和構(gòu)造已完全破壞，巖芯風(fēng)化呈礫石土狀，手捏易散。強風(fēng)化巖體巖質(zhì)軟，結(jié)構(gòu)大部分破壞，巖芯多呈碎塊狀，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖體破碎。弱風(fēng)化巖體結(jié)構(gòu)部分破壞，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面有次生礦物充填，巖芯大部呈短柱～柱狀，少量呈碎塊狀，巖體較完整。微風(fēng)化巖體表面或裂面大部較新鮮，僅節(jié)理面有渲染或略有變色，巖石較堅硬～堅硬，錘擊聲脆，鉆孔巖芯呈柱狀，巖體較完整～完整。巖石風(fēng)化程度越低，物理力學(xué)性質(zhì)越好，對于混凝土壩而言，壩高大于50 m的壩段，建議壩基置于微風(fēng)化巖體上部；壩高為30～50 m的壩段，壩基宜置于弱風(fēng)化巖體中部或中下部；壩高為15～30 m的壩段，壩基宜置于弱風(fēng)化巖體中部或中上部；壩高小于15 m 的壩段，壩基可置于強風(fēng)化巖體中部或中下部。因此，宜選擇巖體風(fēng)化深度較淺，開挖量較少的壩址區(qū)。

（1）上壩址。上壩址兩岸風(fēng)化程度從岸邊至坡頂深度逐漸增加，河床部位巖體基本為弱～微風(fēng)化；左岸斜坡段巖體呈強風(fēng)化～弱風(fēng)化，其中強風(fēng)化下限0.5～4.4 m，弱風(fēng)化下限大于40 m；右岸斜坡段巖體呈全風(fēng)化～弱風(fēng)化，其中強風(fēng)化下限10.0～27.3 m，弱風(fēng)化下限大于40.5 m；河床段弱風(fēng)化下限4.3～16.3 m。

（2）下壩址。下壩址兩岸風(fēng)化程度從岸邊至坡頂深度逐漸增加，河床部位巖體基本為弱～微風(fēng)化；左岸斜坡段巖體呈全風(fēng)化～弱風(fēng)化，其中強風(fēng)化下限9.1～11.5 m，弱風(fēng)化下限9.8～22.8 m；右岸斜坡段巖體呈全風(fēng)化～弱風(fēng)化，其中強風(fēng)化下限10.8～17.1 m，弱風(fēng)化下限17.6～25.2 m；河床段弱風(fēng)化下限0～7.6 m。

經(jīng)比選，上壩址右岸強風(fēng)化下限較深，開挖量大，下壩址稍優(yōu)于上壩址。

2.7 水文地質(zhì)

壩址選擇應(yīng)充分考慮水文地質(zhì)條件，應(yīng)充分利用相對隔水層，使壩址不致產(chǎn)生嚴(yán)重的滲漏或滲漏問題易于處理[2]。對于土石壩來說1級、2級壩及高壩，基巖透水率要求為3～5 lu；2 級中壩、低壩和3級以下中壩，基巖透水率不大于5～10 lu[3]。對于混凝土壩來說壩高在50～100 m之間，基巖透水率為3～5 lu；壩高在50 m以下，基巖透水率不大于5 lu[4]。當(dāng)巖石壩基的透水率不滿足要求時應(yīng)設(shè)置灌漿帷幕等防滲措施。因此，能滿足透水率的基巖埋深越淺，越有利于防滲處理。

（1）上壩址。上壩址兩岸地下水及巖體透水率5 Lu 線均低于正常蓄水位，水庫蓄水后，庫水可能從兩側(cè)壩肩往下游滲漏，建議對正常蓄水位以下、地下水位或透水率5 Lu 線以上巖體進行帷幕灌漿處理，防止庫水繞壩滲漏。上壩址按深度從上往下巖體透水性總體呈減弱趨勢，左岸地下水平均坡降21.7%，右岸地下水平均坡降19.3%；透水率5 Lu 下限埋深左岸為40.8～43.8 m；河床為33.5～40.8 m；右岸為35.0～42.5 m。

（2）下壩址。下壩址按深度從上往下巖體透水性總體呈減弱趨勢，左岸地下水平均坡降41.2%，右岸地下水平均坡降40.3%；透水率5 Lu 下限埋深左岸為10.5～45.7 m，河床為8.5～20.6 m；右岸為8.5～25.3 m。

經(jīng)比選，上壩址需進行防滲處理，透水率5 Lu下限埋深較深，防滲工程量大。下壩址優(yōu)于上壩址。

2.8 不良地質(zhì)現(xiàn)象

應(yīng)查明喀斯特洞穴、滑坡體、崩塌體、潛在不穩(wěn)定巖土體和泥石流對壩址穩(wěn)定的影響，壩址應(yīng)選在不良地質(zhì)影響范圍以外。對于巖溶地區(qū)，要掌握巖溶發(fā)育規(guī)律，特別要注意潛伏溶洞、暗河、溶溝和溶槽。應(yīng)盡量避開細(xì)砂、軟黏土、淤泥、濕陷性黃土和膨脹土等特殊性土地基[1]。上壩址未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，下壩址亦未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的山體失穩(wěn)、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。上、下壩址兩者相當(dāng)。

3 結(jié)論

地質(zhì)因素是壩址比選的重要因素之一，對比選結(jié)果往往起決定性的作用。通過比選，下壩址在地形地貌、河流條件、地層巖性、巖體風(fēng)化、水文地質(zhì)方面均優(yōu)于上壩址，因此從工程地質(zhì)角度推薦下壩址方案。