鳳岡縣響灘子水庫壩址工程地質(zhì)勘察分析

鄭 松

(遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州遵義563002)

0 引言

響灘子水庫工程的主要任務(wù)是農(nóng)田灌溉兼顧集鎮(zhèn)及農(nóng)村人畜飲水。

農(nóng)田灌溉面積2 433 hm2(田460 hm2，土1 973 hm2);解決鎮(zhèn)及農(nóng)村人畜飲水問題，解決天橋集鎮(zhèn)及灌區(qū)內(nèi)共計(jì)1.379萬人的飲水問題。

為了工程建設(shè)的合理性，必須加強(qiáng)對(duì)其地質(zhì)勘查工作，選擇合理的壩址、壩線以及壩型。

1 水庫概況

響灘子水庫工程位于鳳岡縣南部的天橋鄉(xiāng)龍鳳村境內(nèi)，地處烏江水系渾塘河右岸一級(jí)支流—車米河，地理位置 E 107°47'14″、N 27°36'47″，距鳳岡縣城65 km、距遵義市中心城區(qū)約141 km、距余慶縣松煙鎮(zhèn)36 km，現(xiàn)有琊川至天橋的縣道從水庫左岸通過、距壩址2 km。

響灘子水庫正常蓄水位916.00 m，死水位902.00 m，校核洪水位918.30 m(P=0.5%);正常蓄水位庫容247萬m3，興利庫容177萬 m3，死庫容69.5萬 m3，水庫總庫容303萬 m3，屬小(1)型水庫。

樞紐建筑物大壩、溢洪道及取(放)水口、放空沖沙孔等主要水工建筑物按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇。

擋水大壩(砌石拱壩)、泄水建筑物(壩頂表孔)洪水標(biāo)準(zhǔn):設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期30 a，校核洪水重現(xiàn)期200 a。

擋水建筑物(面板堆石壩)、泄水建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期50 a，校核洪水重現(xiàn)期500 a。取(放)水口及放空兼沖沙洞進(jìn)口洪水標(biāo)準(zhǔn)與大壩相同。

響灘子水庫灌區(qū)灌溉面積2 433 hm2，灌區(qū)規(guī)模為小(1)型。

灌區(qū)內(nèi)渠道及渠系建筑物灌溉過(引)水流量＜5.0 m3/s，均按5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，洪水標(biāo)準(zhǔn)采用10 a一遇設(shè)計(jì)。

2 勘察方法及手段

庫區(qū)地質(zhì)調(diào)查在搜集已有資料的基礎(chǔ)上作重點(diǎn)查明構(gòu)造及巖溶發(fā)育地段、可疑滲漏帶和庫岸穩(wěn)定情況。

具體的勘察手段有以下3種:

1)壩址區(qū)以地表工程地質(zhì)測(cè)繪為主并輔以鉆探等勘察手段。

2)灌區(qū)及渠系地質(zhì)工作則主要以地表地質(zhì)調(diào)查和工程地質(zhì)測(cè)繪為主，輔以局部坑探等山地工作。

3)巖(土)水試驗(yàn)作了現(xiàn)場(chǎng)取樣、鉆孔取樣，進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)及其他試驗(yàn)等[1]。

3 壩址地質(zhì)條件分析和選擇

3.1 壩址工程地質(zhì)條件

壩址河流似波浪狀整體以S 76°W方向流向下游。枯水期水面寬3～5 m，水深0.3～1.2 m，無大的沖坑跌坎分布。

左岸山頂高程1 000 m以上，兩岸山頂高程1 100 m以上。左、右岸為一連續(xù)斜坡地形，沖溝發(fā)育。

壩址區(qū)河谷較窄，呈基本對(duì)稱的“V”型河谷，以近橫向河谷為主。

河床基巖多裸露，兩岸坡及溝谷帶多覆蓋第四系殘坡積物，厚約0.5～6 m。壩段出露為奧陶系上統(tǒng)堡塔組(O2b)至志留系上統(tǒng)韓家店組(S2h)灰?guī)r、泥灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖，岸坡基巖強(qiáng)風(fēng)化深度5～7 m，河床基巖強(qiáng)風(fēng)化深度3～4 m。

壩基基巖為中厚層泥灰?guī)r，為增加壩基抗滑穩(wěn)定性建議基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化之上。

邊坡總體穩(wěn)定。壩址區(qū)無大的構(gòu)造通過，構(gòu)造以裂隙為主。

受其影響壩址區(qū)巖體風(fēng)化深度大，強(qiáng)風(fēng)化層巖體破碎。壩基肩巖體一定范圍內(nèi)存在裂隙性滲漏問題，需進(jìn)行防滲處理[2]。

由于壩基(肩)巖體主要為泥灰?guī)r夾頁巖。兩者強(qiáng)度、變形模量有顯著的差異，另外局部軟弱夾層、裂隙，強(qiáng)度不高，易軟化等，使地基內(nèi)的應(yīng)力分布具有明顯的各向異性特征，存在壓縮變形問題等。

因此，需要對(duì)壩基采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)處理措施和固結(jié)灌漿處理。

3.2 壩址選擇

可研階段在規(guī)劃壩段內(nèi)選擇了2個(gè)壩址進(jìn)行地質(zhì)勘察工作比較。

兩壩址以1#、2#沖溝之間為界，1#沖溝及以上為上壩址，2#沖溝及以下為下壩址，兩壩址相距約400 m。

響灘子水庫規(guī)劃壩址位于鳳岡縣天橋鄉(xiāng)境內(nèi)的車米河長(zhǎng)林子(小地名)河段內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，結(jié)合水庫規(guī)模及樞紐布置要求，在該河段內(nèi)選擇了上、下2個(gè)壩址，分別從地形地質(zhì)條件、工程布置、施工條件、工程投資及效益等方面進(jìn)行了比選。

經(jīng)綜合分析比較，得出2點(diǎn)結(jié)論:

1)上、下壩址在規(guī)模及效益相同的條件下，地形及工程地質(zhì)條件基本相當(dāng)，樞紐布置、壩型方案相近。

2)下壩址水文地質(zhì)條件極差，防滲難度大。故本階段推薦上壩址為響灘子水庫樞紐工程的建設(shè)場(chǎng)址。

4 壩線工程地質(zhì)條件分析及壩線選擇

受壩址區(qū)地形地質(zhì)條件限制，為了充分利用上下游側(cè)沖溝、地形缺口等對(duì)樞紐布置帶來的有利條件，結(jié)合水工樞紐總體布置要求，本工程壩址可選壩線上下移動(dòng)的余地不大，可選擇壩線位置單一，即位于勘探線附近，該壩線區(qū)地形對(duì)稱較好，出露地層以中硬巖為主，巖體較完整，經(jīng)處理后有建重力拱壩、混凝土面板堆石壩的地形地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)擬定了砌石重力拱壩和混凝土面板堆石壩兩種壩型樞紐布置方案進(jìn)行比較[3－4]。

下面結(jié)合水工壩型樞紐方案布置，對(duì)兩壩線分別進(jìn)行論述。

4.1 重力拱壩線

受地形地質(zhì)條件的制約，壩軸線上下移動(dòng)余地不大。選定壩軸線在河谷相對(duì)較窄、地形較對(duì)稱，勘探線上游側(cè)、拱冠基面位于Zk11附近。壩線河兩岸邊未見階地發(fā)育。

兩岸坡大部分地段基巖裸露。壩線岸坡中下部多被第四系殘坡積層(Qedl)塊石、砂質(zhì)土分布，厚約1.5～3 m。

左岸914 m、右岸912 m高程以上段為石牛欄組第四段(S1sh4)灰色灰綠色頁巖夾瘤狀灰?guī)r、薄至中厚層瘤狀灰?guī)r，以下至河床段為石牛欄組第一至三段(S1sh1－3)灰至深灰色薄至中厚層泥灰?guī)r、灰?guī)r，據(jù)沿壩線兩岸和河床勘探鉆孔及坑槽探等開挖揭露資料，左岸坡巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚:一般厚6～7.5 m，弱風(fēng)化層厚11～13 m。

右岸坡巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚:一般厚6～8 m，弱風(fēng)化層厚12～15 m。河床巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚3～4 m，弱風(fēng)化層厚8～10 m。據(jù)實(shí)地調(diào)查，該壩線左岸905 m高程以上陡巖因受順河向和近順河向裂隙切割，有的產(chǎn)生卸荷，局部有小規(guī)模不穩(wěn)定巖體。890～880 m高程緩坡地帶在暴雨季節(jié)或坡腳切挖存地淺層滑塌[5]。

結(jié)合鉆孔壓水資料顯示，結(jié)論有3點(diǎn):

1)該壩線河谷兩岸及河床強(qiáng)、弱風(fēng)化帶巖體透水率較大。

2)兩岸865 m高程以上巖體透水量較大，一般為5～20 Lu，865 m高程以下巖體透水量小，一般為1～5 Lu。

3)河床852 m高程以上巖體透水量較大，一般為5～20 Lu，852 m高程以下巖體透水量小，一般為1～4 Lu。

4.2 面板壩線

受左岸上游河流轉(zhuǎn)彎切割、下游1#沖溝切割和右岸4#、5#沖溝切割等地形條件的制約，同時(shí)也充分利用地形缺口對(duì)泄洪建筑物的布置，混凝土面板堆石壩壩軸線位置只能選擇ZK2～ZK5附近，左壩肩位于ZK2附近、右壩肩位于ZK4上游岸坡，壩軸線長(zhǎng)約147 m[6]。

沿趾板線右岸890高程以下坡面平緩，為10°左右，以上地形坡面總體較連續(xù)平順。沿趾板線岸坡中下部多被第四系殘坡積層(Qedl)塊石、砂質(zhì)土分布，厚約1.5～5 m。

據(jù)沿趾板線兩岸和河床勘探鉆孔及坑槽探等開挖揭露資料顯示:

1)左岸坡巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚(法向):一般厚6～7.5 m，弱風(fēng)化層厚(法向)11～13 m。

2)右岸坡巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚(法向):一般厚6～8 m，弱風(fēng)化層厚(法向)12～15 m。河床巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚3～4 m，弱風(fēng)化層厚8～10 m。據(jù)實(shí)地調(diào)查，該壩線未見明顯不利物理地質(zhì)現(xiàn)象。

壩址內(nèi)出露地層以薄至中厚層泥灰?guī)r，頁巖為主。巖體整體為弱至中等含水巖體，地下水以巖溶裂隙水為主，地下水均接受大氣降水補(bǔ)給，沿強(qiáng)風(fēng)化層或構(gòu)造裂隙面由兩岸向壩段河床排泄。

兩岸未見泉點(diǎn)出露，據(jù)勘探資料揭露，岸坡表層及靠近河床側(cè)岸坡巖體透水率相對(duì)較大，靠近山體內(nèi)側(cè)和下部弱風(fēng)化以下巖體透水性逐漸減小，為相對(duì)隔水巖體[7]。

4.3 壩線及壩型比選意見

前面分別論述了重力拱壩線和面板壩線的工程地質(zhì)條件，主要是基于地形地質(zhì)條件，各種壩型的壩軸線位置差別較小，比選的余地不大。

資料表明2種壩型及壩線各有優(yōu)缺點(diǎn):

1)其優(yōu)點(diǎn)是:由于地形條件限制，面板壩軸線盡量利用相對(duì)緩坡地形，避免高陡岸坡的開挖，該壩型能較好地適應(yīng)壩址的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。

2)其缺點(diǎn)是:建筑材料用量大，防滲帷幕及其附屬建筑物工程量大，經(jīng)水工樞紐布置比較，經(jīng)濟(jì)合理性較差。

2)對(duì)砌石重力拱型壩而言，從地形條件上看，河谷寬高比為3.3，不適宜建單拱壩，從地質(zhì)條件上看，壩基巖體平緩，傾上游，對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定不利，不適宜建重力壩，結(jié)合地形地質(zhì)條件，重力拱壩適應(yīng)性較好。

壩基(肩)巖性有不同組合，拱座存在不利結(jié)構(gòu)面組合等不利地質(zhì)因素，但防滲工程量、壩體工程量等較重力壩要少，且防滲較為可靠，水工建筑物布置等方面的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)明顯。

同時(shí)可采取如適當(dāng)調(diào)整大壩體形改善壩基肩受力條件、加大嵌深、對(duì)壩基肩不良地質(zhì)體進(jìn)行工程處理等以增強(qiáng)對(duì)大壩的適應(yīng)性。

結(jié)合水工設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)等綜合比較，重力拱型壩線方案更能適應(yīng)工程區(qū)的客觀條件，故本階段推薦之。

5 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)上、下壩址地形地質(zhì)條件，特別是水文地質(zhì)條件等方面進(jìn)行綜合比選，本階段推薦上壩址為本水庫樞紐工程唯一建設(shè)場(chǎng)址。

此外研究了重力拱壩及面板壩兩個(gè)壩線方案，兩壩線均有建壩條件。

經(jīng)綜合比較，重力拱壩樞紐布置方案對(duì)地形地質(zhì)條件適應(yīng)性較好，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較優(yōu)，故推薦重力拱壩方案為本階段設(shè)計(jì)方案。

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