喀麥隆Mekin水電站壩址區工程地質問題及處理建議

任夢寧

(機械工業勘察設計研究院，陜西西安 710043)

喀麥隆Mekin水電站壩址區工程地質問題及處理建議

任夢寧

(機械工業勘察設計研究院，陜西西安 710043)

喀麥隆Mekin水電站位于喀麥隆南部省境內，處于西南部的剛果克拉通穩定地塊西北邊緣地帶。壩址區主要由第四系堆積物及新元古代云母長英質變晶糜棱巖組成。通過對壩址區工程地質勘察，提出了工程地質處理建議，同時確定了壩基抗滑穩定的主要因素是受壩基巖體的抗剪強度所控制，而非混凝土與巖體的抗剪 (斷)強度。

壩基特性;滲漏;抗滑穩定;處理建議

1 工程概況

Mekin水電站［1］位于喀麥隆南部省境內，屬梅約梅薩娜行政區內的德加河(Dja)流域，位于Dja、Lobo及Sabe河交匯處下游1.5 km的Mekin村旁，距首都雅溫德約200 km，為熱帶雨林區，植被茂密。該水電站是以發電為主，兼有內陸養魚、旅游和灌溉等綜合利用的水利樞紐工程;主要由樞紐區、輸電線路、進場公路等組成。總庫容為2.10×108m3，電站總裝機為1.50×104kW;Mekin水電站水庫為大(2)型水利樞紐工程。擬建壩址分為主壩和副壩，主壩總長710.00 m，最大壩高17.3 m;副壩全長295.00 m，位于主壩左側山體凹口。主副壩均采用礫石土斜墻砂礫壩，壩頂高程615.20 m，壩頂寬4.00 m。

2 壩址區的基本地質條件

2.1 地質概況

河谷地形開闊平緩，平面呈“S”形發育，海拔高程604.0～621.5 m。副壩位于主壩左岸東南方向分水嶺處，距德加河(Dja)310 m，海拔高程610.0 ～630.0 m，壩址區左右岸坡較緩，為德加河二級階地沖積堆積的壤土、含礫壤土及砂礫石層覆蓋。河流呈東向西，比降0.1‰ ～0.18‰。

壩址區勘察范圍內的地層按巖土的工程地質特征可劃分為九個工程地質層，七個亞層。分別為①壤土、②碎石土、③-1細砂、③-2粉砂、③-3砂壤土、④-1砂壤土、④-2砂礫石及粉細砂互層、⑤-1壤土、⑤-2含礫壤土、⑥砂礫石層、⑧云母長英質變晶糜棱巖、⑨石英長石巖脈。

喀麥隆大部分領土位于古老的非洲基底之上，在地質上可分為受不同造山事件影響的兩個地質單元——剛果克拉通、中非造山帶。工程區處在喀麥隆西南部的剛果克拉通穩定地塊西北邊緣地帶，區內沒有發生造山運動。

壩區地質構造比較簡單，巖層產狀:傾向300°～330°，傾角20°～35°，巖體片理發育。兩壩區經地質調查及勘察未發現斷層。

壩區地下水按照含水層巖性組成和埋藏條件可分為以下兩種類型:

(1)孔隙潛水 埋藏于漫灘，一、二級階地下部堆積的砂礫石層中，水位高程受季節影響變幅較大，該層地下水受大氣降水、河水影響較大。

(2)基巖裂隙潛水 主要分布于河流周邊基巖全風化、強風化、卸荷帶內，系無壓層間水，地下水位受降雨量影響明顯，含水層富水性相對較好，為當地居民人畜飲用水主要水源。

河水對混凝土具中等腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋、鋼結構具弱腐蝕性;地下水基本無腐蝕性。

2.2 巖土工程地質特性

壩基地層由松散覆蓋層和基巖組成，其中松散覆蓋層可分為4個工程地質單元層，分別為③層全新統沖洪積堆積(Q4al+pl)粉細砂、粉土及砂壤土，砂壤土屬高壓縮性土;④層全新統沖積堆積(Q41al)砂壤土、細砂與礫石互層，砂壤土屬中壓縮性土;⑤層上更新統沖積(Q32al)壤土及含礫壤土，均屬中壓縮性土;⑥層上更新統沖積(Q31al)礫石層。

根據壩址區的勘探試驗資料分析，壩基巖體上部透水率 q=10.0～96.2 Lu，屬中等透水，中等透水巖體厚約15.0 m;下部巖體q＜5 Lu，可視作相對隔水層。壩址區云母長英質變晶糜棱巖，呈厚層狀，弱風化飽和單軸抗壓強度平均值Rb=28.87 MPa，軟化系數平均值kr=0.81，為較軟巖。長石石英巖脈為堅硬巖，硬脆，強度高，其飽和單軸抗壓強度Rc=164 MPa。巖石的物理力學指標統計如表1。

表1 巖石物理力學指標統計表Table 1 Statistical table of physical and mechanical indexes of rock

根據《工程巖體分級標準》GB50218—94［2］，強風化云母長英質變晶糜棱巖巖體的縱波速度Vp≤1 750 m/s，完整系數Kv=0.32，基本質量級別Ⅴ級;弱風化云母長英質變晶糜棱巖體的縱波速度Vp=3 390 m/s，完整系數Kv=0.57，基本質量指標(BQ)=279，巖體級別為Ⅳ級;弱風化長石石英巖脈巖體的縱波速度Vp≤4 500 m/s，完整系數Kv=0.70，基本質量指標(BQ)=514，基本質量級別Ⅱ級。巖體物理力學指標建議值如表2。

表2 巖體力學指標參數建議值Table 2 Suggested values of mechanical property of rock mass

3 壩基工程地質問題及評價

壩基左右岸覆蓋層厚度較大，均為第四系全新統堆積層，存在的工程地質問題主要有振動液化、滲漏、壓縮及滲透破壞等。

3.1 振動液化

本區地震地面峰值加速度(50年超越概率10%)為40～80 gal(0.041 ～0.082 g)。地震動反應譜特征周期值為0.35 s，相應的地震基本烈度為Ⅵ度。根據中國《建筑抗震設計規范》GB50011—2001［3］的判定標準，可不考慮地震液化問題，但由于③-2層、④-2層范圍較大，埋藏淺，結構松散，建議予以挖除。

3.2 壩基滲漏

依據壩基滲漏量計算公式計算，壩基滲漏總量:主壩為 6 863.5 m3/d，副壩為 1 044.6 m3/d。可見，壩基滲漏量為7 908.1 m3/d，年滲漏量約為300萬m3，約占河流年來水量(1 036.8萬m3/d)的0.08%，滲漏損失可以忽略。

3.3 壩基滲透破壞

壩基河漫灘、一、二級階地中的覆蓋層存在滲透破壞的可能。由砂礫石的顆分試驗成果可知④-2、⑤-2及⑥層均為顆粒級配連續的土。按中國《水利水電工程地質勘察規范》GB50487—2008［4］規范，附錄 G 公式d=√d70d10及級配曲線確定的粗細粒的區分粒徑d和土的細粒含量P如表3所示。

表3 滲透破壞類型判定表Table 3 Decision table of seepage failure type

3.4 主壩壩基處理建議

由于壩基存在滲透破壞、繞壩滲漏等工程地質問題，因此建議:

(1)左壩肩壩基處理:⑤-1層由于植物根系發育，含腐殖質，應予以挖除，⑥層砂礫石層強透水，應予以截滲處理(挖除或作截滲墻處理)，同時建議基礎設置于弱風化巖體上。

(2)壩基處理:清除第四系覆蓋層以及全、強風化層，將基礎設置于弱風化巖體上，并進行必要的帷幕防滲處理，同時，壩基云母長英質變晶糜棱巖，片理發育，巖體強度具明顯的差異性，垂直片理方向巖體強度(抗壓與抗剪)要大于平行片理方向的強度，而壩基云母長英質變晶糜棱巖片理傾角較小，故壩基的抗滑穩定為巖體的抗剪強度所控制，而非混凝土與巖體的抗剪(斷)強度，所以在抗滑穩定計算時建議采用巖體與巖體指標，同時，由于在溢流壩底部分布有兩層長石石英巖脈透鏡體，兩層之間夾0.7～1.5 m厚的全風化云母長英質變晶糜棱巖，該層對壩基抗滑穩定不利，建議進行工程處理。

(3)右壩肩土壩壩基(樁號0+266～0+754 m)處理:⑤-1層由于植物根系發育，含腐殖質，應予以挖除;下部⑤-2層，疏松，強度低，應予以挖除或夯壓處理，才能作為壩基基礎;⑥層砂礫石層強透水，應予以截滲處理，挖除或作截滲墻處理。

3.5 副壩壩基處理建議

副壩壩基由第四系上更新統(Q3al)沖積堆積⑤-1壤土、⑤-2含礫壤土、⑥砂礫石層和新元古代(NP3(sq))、⑧層灰綠色云母長英質變晶糜棱巖組成。基座巖體上部透水率q≥5.0 Lu的中—弱透水帶的垂直厚度1～5 m，下部巖體透水率q＜5 Lu，可視為相對隔水層。初步估算副壩壩基滲漏量為1 044.6 m3/d，占日來水量的0.1‰。

根據勘察資料分析，副壩存在兩個主要工程地質問題:一是基巖上部全、強風化帶滲漏破壞;二是沿基巖上部全、強風化帶的繞壩滲漏。建議作如下處理:

(1)⑤-1層壤土層，應予以清除;⑤-2層含礫壤土疏松，強度低，應予以挖除或夯壓處理，才能作為壩基基礎;⑥礫石層強透水，應予以截滲處理，挖除或作截滲墻處理。

(2)樁號0+000～0+255 m段，壩基基礎可以置于⑤-2層含礫壤土上，但對該層必須采取重夯處理才能作為壩基基礎;樁號0+255～0+450 m段，對⑥礫石層應予以截滲處理，挖除或作截滲墻處理。

4 結論及建議

(1)Mekin水電站主壩壩基河床段為漿砌石溢流壩(樁號0+075～0+185 m);基礎應設置于弱風化巖體上，并進行必要的帷幕防滲處理，由于壩基分布有兩層長石石英巖脈透鏡體，之間夾全風化云母長英質變晶糜棱巖，對壩基抗滑穩定不利，根據工程類比，該層巖體抗剪斷強度指標建議值:f′=0.50，c'=0.15 MPa;是否進行工程處理，設計演算后決定。

(2)主壩左、右壩肩以及副壩處理原則:⑤-1層應予以挖除，下部⑤-2層，應予以挖除或夯壓處理，才能作為壩基基礎;⑥層砂礫石層應予以截滲處理、挖除或作截滲墻處理。

(3)工程區地表水對混凝土具中等腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋及鋼結構無腐蝕;地下水對混凝土無腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋及鋼結構無腐蝕性。

［1］ 任夢寧.喀麥隆Mekin水電站工程地質勘察報告［R］.西安:機械工業勘察設計研究院，2010.

［2］ GB50218—94，工程巖體分級標準［S］.

［3］ GB50011—2001，建筑抗震設計規范［S］.

［4］ GB50487—2008，水利水電地質勘察規范［S］.

(責任編輯:于繼紅)

Engineering Problems and Treatment Suggestions for Dam Site of Mekin Hydroelectric Station，Cameroon

REN Mengning
(JK Geotechnical Institute，Xi’an，Shaanxi710043)

Located in southern province of Cameroon，Mekin Hydroelectric Station lies in the northwestern boarder of Congo Craton.Dam site is mainly composed of Quaternary deposit and Neoproterozoic mica felsic metacryst miliolite.By dam site engineering geology survey，geology treatment suggestions are proposed;meantime it’s determined that the main factor for dam foundation anti-slide stability is governed by strengthen of dam foundation rock，not the shear strength between concrete and rock.

characteristics of dam foundation;leakage;anti-slide stability;treatment suggestion

P642

B

1671－1211(2012)04－0342－03

2011－11－17;改回日期:2011－12－08

任夢寧 (1966－)，男，高級工程師，水文及地質專業，從事水利行業的勘察工作。E－mail:renmengning@126.com