梅閣水庫主壩工程地質勘察情況分析

摘要：通過工程地質勘察，了解梅閣水庫主壩工程區域地質情況，包括其地形地貌、地層巖性、區域構造穩定性及地震動峰參數、水文地質等方面的內容，為該水庫的安全達標加固設計工作提供工程地質參數和建議。

關鍵詞：水庫;工程地質勘察;分析

1. 工程概況

梅閣水庫位于新會區沙堆的南部，崖海東岸、虎跳門北側，庫區集雨面積11.38km²，總庫容1321萬m³，正常蓄水位為13.53m，校核洪水位為16.11m。由主壩、兩座副壩、溢洪道、泄洪洞、壓力輸水涵管、灌溉涵洞、壩后電站等建筑物組成，是一宗以灌溉為主，兼顧供水、發電等中型水利工程。其中主壩為粘土質砂的均質土壩，壩頂長274米，壩頂寬7.2～7.6米。

2. 區域地質概況

2.1 地形地貌

梅閣水庫所在區域為低山丘陵地帶，水庫三面環山，山高多在200m之下，山坡坡度多在20～50°之間變化。山坡植被茂盛，沖刷相對較弱，基本上看不到較嚴重的坍塌現象，邊坡相對較為穩定。場區地形總體上是北高南低，呈長條形展布，東西兩側為低山斜坡，坡面傾向庫區，山體坡面零星出露尚未完全風化的花崗巖孤石。

2.2 地層巖性

區域處于燕山三期花崗巖出露帶，山體巖石主要由黑云母粗粒花崗巖構成，花崗巖球狀風化明顯，山坡可見較大塊石出露。山坡及坡角處存在有殘坡積土層，多由粉土質砂或粘土質砂組成，含石英砂及礫粒較多，粘塑性差。

2.3 地質構造

區域構造以斷裂為主，存在NE和NW兩組主要斷裂，工程區處于澳門——惠東斷裂以北，四會江門斷裂以西，屬構造相對不發育的地塊。

2.4 區域穩定性

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001）的劃分，本區地震動峰值加速度為0.1g，其地震反應譜特征周期為0.35s。相對應的地震基本烈度為Ⅶ度。

2.5 區域水文地質條件

區域地下水主要為松散層中的孔隙水及基巖裂隙水，受大氣降水補給，向庫區及其下游排泄。

3. 庫區工程地質條件

3.1 庫區工程地質條件

3.1.1 地形地貌

庫區地形北高南低，東西兩側為低山丘陵地帶，庫區整體上成NNW走向，庫區谷底高程1.5m左右，與東西兩側山嶺相對高差在50～200m之間變化，屬低山丘陵地帶，兩岸山坡坡度一般在20～50°之間變化。山體主要有黑云母粗粒花崗巖構成，山坡及坡腳可見殘積及坡積粉質粘土及粉土質砂。

3.1.2 地層巖性

庫區地層以黑云母粗粒花崗巖為主，受風化作用影響，表層多有風化裂隙存在，深部風化程度漸弱，巖質堅硬，山坡及坡腳處存在的殘坡積土，多為粉土質砂或粘土質砂，粘粒含量相對較少，粘塑性較差，具相對透水性。

3.1.3 地質構造

庫區NE及NW向節理裂隙相對較發育，伴有NE、NW向的沖溝，巖脈存在，但由于區域處于構造擠壓帶，節理裂隙多為壓剪性，其透水性相對較差，因此，庫水較難通過山體外滲。

環庫區進行地質構造調查，未發現嚴重影響水庫正常運用的構造帶存在。

3.1.4 水文地質條件

庫區地下水主要為基巖裂隙水和松散巖土層孔隙水。地下水主要接受大氣降水補給，直接向地形低洼及山坡溝谷處排泄，并進入庫區，庫水主要依靠上游大氣降水補給向下游排泄。

在庫區采取水樣一件進行水質分析表明，庫區水的PH值為6.77，侵蝕性二氧化碳CO₂的含量為3.33mg/L，碳酸氫根HCO^3-、硫酸根SO₄^2-的含量分別為12.94和2.93mg/L，對照《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）附錄G的有關規定，該水對混凝土無侵蝕性。

3.2 庫區工程地質評價

3.2.1 水庫滲漏

水庫東、西、北均為山體，山體寬厚，均有黑云母粗粒花崗巖構成，山體中節理裂隙不發育，且多為壓扭性，不具滲水條件，為相對隔水層，有利于防止庫水外滲。地下水分水嶺與地表水分水嶺基本一致，庫底為地下水的排泄基準面，庫水不存在大規模外滲的地質條件。

3.2.2 水庫浸沒

水庫回水區范圍內，以山坡地為主，岸坡坡度中等，出露基巖為黑云母粗粒花崗巖，地下水位高于庫水位，故水庫不存在土地鹽漬化，沼澤化等浸沒問題。

3.2.3 水庫淤積

庫區范圍內農田較少，回水線以上兩岸植被良好，岸坡坡度相對較緩，未見較大規模的物理地質現象發育，故水庫淤積物主要以懸移質為主，推移質所占比重不大。水庫淤積對水庫正常運行影響相對較小。

3.2.4 庫岸穩定性

庫區兩岸邊坡較緩，穩定性較好，無嚴重的外部因素影響，庫岸是穩定的。在暴雨等因素作用下，局部小規模的岸坡滑塌較難避免，但一般不會影響水庫的正常運用。

4.建筑區的工程地質條件

主壩壩體主要有人工填土Q₄^ml構成，鉆探揭露的最大厚度17.50m，黃褐色、土黃色，主要由粉土質砂構成，其次是粉質粘土。現場描述表明，填土含粉粘粒較多，粘性相對較強，但局部土層含粘粒較少，粘性較差。土中含風化巖塊較多，壓密度低，巖芯松散破碎，多呈硬塑狀態。土工試驗成果表明，填土干密度在1.33～1.58g/cm³之間變化，平均值為1.45g/cm³，孔隙比在0.66～0.96之間，平均值0.80，慢剪強度平均值c=15kPa，Φ=30.4°。小值平均值c=14kPa，Φ=28.9°。壓縮系數在0.56～0.70MPa^-1之間，平均值為0.63MPa^-1，表明填土屬高壓縮性土。

壩基巖土層主要由沖積層Q^al、殘積層Q^el及處于不同風化程度的花崗巖γ₅^2（3）構成，其中沖積層又可分為沖積粉質粘土Q^al和砂礫石兩個主要亞層Q^al。

（1）沖積粉質粘土層Q^al，鉆探顯示其最大厚度3.3m，主要出露在個別鉆孔中。主要由粉土質砂、粘土質粉砂構成，其次是低液限粘土，含砂低液限粘土，含砂高液限粉土。各孔土樣的含水量平均值為28.6%，干密度在1.38～1.52g/cm³之間，平均值為1.43g/cm³，孔隙比在0.71～0.89之間，平均值0.82，慢剪強度平均值c=15kPa，Φ=26.2。

（2）沖積粗砂礫石層Q^al，鉆探揭露最大厚度為7.1m。多為不良級配粗砂。不良級配粗砂中含粗砂粒（0.5～2mm）在47.7～77.5%之間，含礫石6.3～42.8%。礫石磨圓度較差，多呈次棱角狀。不良級配粗砂不均勻系數多數在3.14～3.68之間。

（3）殘積層Q^el：鉆探顯示其最大揭露厚度為3.8m，呈土黃色、灰黃色，主要由粘土質砂和粉土質砂構成。殘積土層中含較多強風化巖塊，粘性較弱，巖芯呈短柱狀，土塊易散體，松散破碎，土的物理性質指標平均值，干密度在1.39g/cm³左右，孔隙比為0.87，慢剪強度平均值c=16kPa，Φ=30.5°。

（4）弱風化花崗巖γ₅^2（3）層，呈淡紅色，斷口新鮮，具油脂光澤，石英，長石，黑云母清晰可見，巖芯堅硬無裂隙。

5.建筑區的工程地質評價

5.1 主壩段地段的工程地質評價

梅閣水庫大壩壩體填土土料多是花崗巖殘積土，主要土類是粘土質砂和粉土質砂，含石英砂礫大于40%，雖具粘性，但壓實度差，部分土體干密度只有1.33g/cm³，孔隙比0.96，壓縮系數平均為0.63，屬高壓縮性土。現場在壩體填土中做注水試驗滲透系數K的平均值是4.0×10^-3cm/s。由此可見大壩壩體填土的滲透性是相當強的。顯而易見壩體填土的主要工程地質問題是滲透及滲透穩定性問題。

壩基沖積層主要為粗砂，少量細礫及中礫，砂層純凈，由于其厚度相對較薄，現場注水試驗表明其滲透系數在5.2×10^-3～1.1×10^-2cm/s之間。室內滲透試驗表明，其滲透系數在a×10^-2cm/s～a×10^-1cm/s之間。可見該層屬強透水層，需對其采取防滲加固措施。

在壩基殘積土中所做注水試驗表明，其滲透系數全部是a×10^-3，其平均值為3.2×10^-3cm/s，可見，其滲透性相對偏大。

壩基下伏弱風化花崗巖，本次鉆進厚度僅0.5～-0.7m，巖芯堅硬裂隙少，其強度高，滲透性極弱。

6. 結論與建議

6.1 結論

1. 區域為花崗巖出露區，其地震動峰值加速度為0.1g，反應譜特征周期為0.35s，相對應的地震基本烈度為Ⅶ度。

2. 水庫所在位置不存在較大的活動斷裂，因受構造及風化應力的影響，小規模的節理裂隙相對較為發育，庫區無大的滲水通道，適宜建設水庫。

3. 庫區環境水對混凝土無侵蝕性。

4. 勘察揭示壩體填土的砂礫含量較大，密度均勻性稍差，屬中等透水性。但壩基砂礫石層的滲透系數值明顯增大，屬強透水層，需要通過實施有效的防滲加固方案才能消除此類隱患。

6.2 建議

1、對大壩壩體進行劈裂灌漿或充填灌漿處理，降低浸潤線，增強壩體填土的防滲能力。對壩基沖積砂礫石層進行高壓定噴墻處理，定噴墻應深入殘積層3.0m左右。

3. 在對水庫進行安全達標加固設計時，各巖土層的物理力學參數建議參考下表（表1）數值選用。

表1" 巖土層的物理力學指標建議值

參考文獻：

[1] GB50487-2008，水利水電工程地質勘察規范[S]。

[2] 梅閣水庫大壩工程地質勘察報告[R]。

作者簡介：

霍鍵源（1981—），男，從事水工建筑物勘察設計工作。