玄武巖臺地區水庫工程地質問題探究

朱云虎 朱紅雷

玄武巖臺地區水庫工程地質問題探究

朱云虎 朱紅雷

（浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002）

玄武巖臺地的特殊地質條件，造成水利工程建設中會出現庫岸穩定、水庫滲漏、壩基防滲抗滑等一系列問題。文章結合某工程特點，分析了該地區古風化殼分布特點、工程性狀以及古風化作用的影響，為水庫方案論證和工程處理提供了切實可靠的地質依據。

古風化殼；庫岸穩定；壩基處理；水庫滲漏

1 玄武巖臺地的基本地質條件

1.1 地質歷史成因

浙江省中、東部地區廣泛分布玄武巖臺地，其中以新昌縣和嵊州市的新嵊盆地為最，出露總面積達312 km2，占浙江省玄武巖出露面積的35%。玄武巖臺地地貌上以高位平頂的山地和平原為特點，臺地上普遍分布褐紅色的殘積土層。

根據區域地質歷史反映，在上新世時期地質構造活動趨于活躍，巖漿沿區域性大斷裂涌出地表，流入附近河谷乃至滿溢至附近山頂，堆積了厚度可達百余米的玄武巖蓋層。玄武巖層之下則覆蓋了以砂礫石為主的河流相堆積物，和以粘性土夾碎塊石為主的殘坡積堆積物，構成第一旋回的古風化殼。從一時期到第三紀后期，該地區斷裂構造活動性不減，持續了多次不同規模的巖漿活動，玄武巖再次覆蓋在已經風化改造的下部玄武巖之上，形成不同旋回的多層次多成因的古風化殼，此類夾層可達5層以上[1]。

由于玄武巖巖流不僅覆蓋了山谷，有的還覆蓋了相鄰山谷間的分水嶺，經長期的風化和水流等的改造，現代河谷與古河谷發生較大改觀，熔巖流平原則成為現代河谷兩側的玄武巖臺地[2]。

1.2 工程地質特點

不同時期噴溢的玄武巖都可能直接覆蓋在老地層之上，形成第一旋回的古風化殼。其基底老地層多為中生界侏羅系堅硬的塊狀火山碎屑巖地層，工程地質條件較好。上部玄武巖雖柱狀節理發育，表層風化作用明顯，但鮮有斷裂構造發育，總體具有較好的工程地質條件。

第一旋回古風化殼由于沉積間斷長，該層厚度可達數十米，主要為弱膠結的礫巖、砂礫巖，具有典型的山區性河流沉積特點，至河谷兩側和山坡部位則相變為殘坡積相弱膠結粘土巖。由于玄武巖巖流的高溫烘烤和后期淋濾作用，其頂部分布一層黑色的粘性土層[1]。

沉積于其它火山噴發旋回期的古風化殼多數為細顆粒的玄武巖殘積堆積，色澤暗紅，膠結較弱。

2 對水庫庫工程的危害害

2.1 庫岸穩穩定問題

玄武巖臺地區典型河谷斷面，見圖1。

河谷深切后不僅切切穿玄武巖和和下伏的的古風化殼，而且深入基底的中生代地層。因此臺地中上部的古風化化殼構成高位位的“軟弱夾夾層”，該夾夾層在掏蝕、風化和上部巖體重力作用下變形或滑滑移，形成連續的的崩積堆積，而在玄武巖臺地邊緣部部位多形成陡崖，崖頂部位位一般分布有一條或數條張裂錯落的拉裂溝。

圖1 玄武巖臺地區典型河谷斷面

此類地區水庫岸穩定主要有以下兩類典型問題。

第1類為水庫區的高位不穩定巖體。

據不完全統計，新嵊盆地地區共發現玄武巖臺地邊緣因古風化殼軟墊層而形成的滑坡共104處，占該地區總滑坡坡災害數的39%。此類滑坡地質災害多發發于水庫周邊的高位岸坡坡，雖與水庫庫蓄水關系不大，但與降水關系密切，以蠕滑和走滑為主，一旦有觸發因素發生大規模速滑入庫將會引發災害性性的水庫涌浪等問題[1]。

當水庫蓄水水水位到達玄玄武巖臺地，將改變臺地地區地地下水的補排排環境，加劇劇古風化殼的的風化軟化，從導導致古滑坡復復活。

第2類為水水庫蓄水引發發的庫岸穩定定問題。

當水庫蓄水位正好處于古風化殼分分布帶。由于該帶本身膠結較較弱，加之長期風化和水流作用表層更加松散，抗淘刷能力弱，在波浪淘蝕蝕作用下逐步淘空，直至玄武巖臺地的邊緣在重力作用下發生滑移或崩岸。此類類崩塌形式一一般是較長期的緩慢、逐塊崩落，危害相相對較小。

2.2 水庫滲漏問題

在玄武巖臺地區的古風化殼，尤其是河流相堆積相的第一古風化殼多為粗粒弱膠結巖，一般具有中等或強透水性，分布廣泛，延伸較遠，產狀平緩，存在水庫滲漏問題。

某大型水庫庫工程，其左左岸為玄武巖臺地（見圖2），臺地頂部平緩，多有農田分布，臺地高程比水庫正常水位平均高出50mm；基底為中生代角礫凝灰巖，兩者均具有較好的抗抗滲性能。但在兩者接觸部位，分布有厚度15～25mm的第一古風風化殼砂礫卵石層，其滲透系數為2×10--3～9.3×10--4(cm/s)，屬屬強～中等透水性，存在通過該層向壩下和鄰谷生水庫滲漏的可能[1]。

圖2 某水庫滲透剖剖面圖

從斷面上看，該左岸岸古河谷底寬緩，古河道高近60m。沉積的砂礫卵石層呈現中間厚兩邊薄位于現代河道左岸約200m，古河道底底高程比現代代河的河流沉積特征，至岸邊300m后逐步步相變為坡殘積堆積，其滲透系數顯著減小為微透水性，厚度也大幅減少，庫水繞滲問題已不突出。因此該庫段的防滲處理主要針對河流相的粗粒堆積物區段，經反復論證取用300m的防滲長度，經多次灌漿試驗表明采用三排帷幕灌漿可以進行有效的防滲處理。

3 工程實例

某水庫工程總庫容為2300萬m3，壩型采用混凝土重力壩，壩頂高程51.0m。樞紐主要有攔河主壩、副壩等組成，主壩左壩頭為玄武巖臺地區。

該工程區基底均為侏羅系凝灰巖等堅硬不透水地層。左右岸均有嵊縣組玄武巖分布，右岸分布高程較高，分布范圍較小，對該工程幾無影響，左岸至副壩的300余m山體均為玄武巖臺地，巖性為灰黑色橄欖玄武巖，氣孔發育，巖性致密堅硬，厚約30m。其接觸帶為古風化殼，主要為粉質粘土層，褐紅色為主，至壩址下游側相變為粉質粘土夾砂礫石，具備古河谷地段坡積堆積向古河流沖積相堆積過渡的沉積特點，古風化殼地層總厚2.0～5.0m，表層的烘烤和淋濾跡象明顯。

庫區周圍及庫盆的巖石主要為侏羅系上統的中酸性火山碎屑巖及白堊系下統永康群館頭組凝灰質含角礫巖屑長石砂巖等組成，巖石一般致密，隔水性能良好，組成庫盆的巖體中一般不存在滲漏通道。

但在副壩至左岸壩肩一線山脊為玄武巖臺地，臺地地表以下20.00～30.00m（高程15.00～20.00m）為玄武巖與晶屑玻屑熔結凝灰巖接觸帶，古風化殼巖石風化較劇，局部為殘坡積相、沖積相的半膠結粘土、砂礫石層，透水性較強；加之基底基巖表層受古風化作用影響，風化裂隙發育，也具有強或中等透水性，因此左岸山體部位存在水庫滲漏問題，須沿山脊進行防滲處理，并與主、副壩防滲體相連。

在該重力壩左岸壩頭部位（見圖3），橄欖玄武巖原生柱狀節理發育，風化厚度偏大，但其形成年代新，風化帶內多見球狀風化的塊石。玄武巖巖石強度較高，斷裂構造不發育，原生柱狀節理為直立且交錯分布不能構成連續平直的控制性滑動面。

故玄武巖分布區在挖除風化帶后一般工程地質條件較好，是較為理想的水工建筑物地基。下伏古風化殼雖然具有一定的結構強度和一定的抗滲能力，但總體仍接近散體結構，其上部仍有將近30m的壩高，在長期地下水的滲流作用下其抗滑、抗滲和變形性狀仍然堪憂。

故該層大部分采取開挖置換的方式處理，壩基殘留部分采用部分置換和上下游貼坡保護等措施確保壩基和岸坡的穩定和安全運行。

圖3 重力壩工程左岸古風化殼分布圖

4 結 語

嵊縣群玄武巖地層在浙江省的新嵊盆地分布廣泛，多形成玄武巖臺地地貌。玄武巖本身柱狀節理發育、易于風化，對水庫工程的建設有一定影響。其古風化殼層次較多、成因復雜，尤其沉積年代較近，因此膠結較弱且易透水，是該地區水庫建設的主要地質缺陷。

由于玄武巖分布高程一般較高，頂部多形成平坦的山體和臺地，對不同規模和壩高的水庫工程的建設和安全運行有諸多不利影響，主要有庫岸穩定、水庫滲漏以及壩基防滲抗滑等的工程地質問題。因此，玄武巖臺地區的工程地質勘察應結合工程特點，重點是大范圍地調查不同成因的古風化殼分布特點、工程性狀以及古風化作用的影響，為水庫方案論證和工程處理提供切實可靠的地質依據。

[1] 朱紅雷.浙江省第三系玄武巖的工程地質特點及其對策[J].資源環境與工程,2008,22(增).

[2] 高華喜,黃克玲,劉成東.浙江嵊州風火崗玄武巖臺地滑坡成因分析及防治[J].中國地質災害與防治學報,2004,15(3):141-143.

[3] 王深法,俞建強,陳和平等.玄武巖臺地滑坡與土壤發生學特征的相關研究[J].土壤學報,2003,40(4):631-634.

[4] 浙江省地質礦產局.浙江省區域地質志[M].北京:地質出版社,1989．

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.04.009

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1008-1305（2014）04-0025-03

朱云虎(1962年-)，男，高級工程師。