莫呼查汗水庫壩址區工程地質條件分析

曾宇佳，才慶欣，孫建偉

(1.錦州市水利工程建設管理局，遼寧 錦州 121000;2.南票區大中型水庫移民后期扶持工作辦公室，遼寧 葫蘆島 125027;3.南京市江寧區水務局，江蘇 南京 211112)

莫呼查汗水庫壩址區工程地質條件分析

曾宇佳1，才慶欣2，孫建偉3

(1.錦州市水利工程建設管理局，遼寧 錦州 121000;2.南票區大中型水庫移民后期扶持工作辦公室，遼寧 葫蘆島 125027;3.南京市江寧區水務局，江蘇 南京 211112)

壩址區工程地質條件是確定水庫壩址的重要因素。本文結合莫呼查汗水庫實例，通過對莫呼查汗水庫的地形地貌、地層巖性、地質構造和壩址區的工程地質條件分析，用較詳實的資料和數據，論述了該水庫工程壩址區選擇的工程地質條件。為水庫修建提供了詳細數據依據，并奠定了基礎保障。

水庫壩址區；工程地質；地質構造

1 工程概況

莫呼查汗河位于新疆巴州和靜縣境內，發源于中天山支脈的艾爾賓山南坡，是流向開都河的一條山溪性河流，地理位置為東經85°29′～86°07′，北緯42°18′～42°39′，該河全流域均在和靜縣境內，山口以上河道長度為28.6 km，山口以上集水面積為318 km2，流域地勢為西北高東南低。擬建的莫呼查汗水庫位于巴州和靜縣境內[1]、莫呼查汗河引水樞紐上游5.5 km處，壩址距和靜縣71 km，水庫正常蓄水位為2288.05 m，總庫容為650.21萬m3，灌溉面積為3333 hm2。工程規模為Ⅳ等小(1)型工程，主要建筑物攔河壩及泄水建筑物級別為4級，次要建筑物和臨時建筑物級別均為5級。主要建筑物的設計洪水標準為50 a一遇，校核洪水標準為1000 a一遇，主要建筑物的地震設防烈度為7°。主河槽布置大壩，壩高為55.15 m，壩長為233 m，基礎為混凝土防滲墻，最大深度為20 m，溢洪道和導流兼沖沙放水隧洞均布置在大壩右岸，其中溢洪道設計泄洪流量為176.82 m3/s，校核泄洪流量為368.07 m3/s[2]。導流兼沖沙放水隧洞不參與泄洪，洞身斷面為圓形，直徑為3.1 m，設計導流流量為68.23 m3/s，灌溉支洞從隧洞出口閘室引出，采用Dg 800鋼管引水。

2 壩址區地質條件

2.1 基本地質條件

2.1.1 地形地貌

推薦壩址位于渠首上游5.5 km的峽谷河段，河谷底寬30～180 m，岸坡大多基巖裸露，山頂高程2450～2480 m，相對高差100～240 m，兩岸零星發育Ⅰ～Ⅵ級階地，其中Ⅰ級階地為堆積階地，Ⅱ級以上均為基座階地。

2.1.2 地層巖性

壩址河段基巖巖性單一，主要出露侵入花崗巖，細粒結構，塊狀構造，巖石中硬；第四系主要分布于河床、階地及兩岸坡腳。

(1)第四系上更新統沖積(Q3al)：分布于Ⅲ～Ⅴ級階地及左岸古河槽內，為含漂石砂卵礫石層，顆粒粗大，磨圓較差，結構較密實，厚度3～25 m，上部多為洪積及崩坡積物覆蓋。

(2)第四系全新統沖積(Q4al)：分布于河床及Ⅰ、Ⅱ級階地，為含漂石砂卵礫石層，磨圓較差，結構中等密實，在河床分布厚度15～20 m；在Ⅰ、Ⅱ級階地分布厚度3～5 m[3]。

(3)第四系全新統洪積(Q4pl)：覆蓋于階地沖積砂卵礫石層之上，為含土塊碎石層，分布厚度3～5 m。

(4)第四系全新統崩坡積(Q4dl+col)：分布于壩址兩岸坡腳、階地后緣及沖溝底部，為含孤石塊碎石層，顆粒粗大，棱角、次棱角狀為主，可見最大直徑約5 m。該層具有架空結構，松散，分布厚度5～15 m。

2.1.3 地質構造

壩址區無區域性構造斷層分布，發育NE和NW向二組小規模斷層，延伸長度小于200 m，破碎帶寬度0.1～0.3 m，傾向岸內，對岸坡穩定影響不大。

2.1.4 物理地質現象

(1)巖體風化。壩址區出露基巖為花崗巖，抗風化能力強，壩址兩岸坡強風化層厚度1～3 m，風化裂隙發育，巖體較破碎。弱風化層厚3～5 m，裂隙較發育，裂隙面有風化變質現象。

(2)卸荷崩塌。壩址區河谷深切，出露的花崗巖呈塊狀結構，巖石堅硬，裂隙發育，主要發育有2組節理，據地質測繪及平硐揭露，兩岸邊坡強卸荷帶厚度3～5 m，傾向坡外，卸荷裂隙間距5～30 cm，延伸長5 m左右，有泥質和碎屑充填。弱卸荷帶厚度2～3 m，卸荷裂隙間距15～50 cm，延伸長3～5 m，大多無充填。在卸荷作用下，兩岸坡面巖體多形成卸荷松弛帶，帶內以松動塊體為主，部分已崩塌堆積于兩岸坡腳、階地面及沖溝處，呈倒石錐狀，坡面松動塊體形成危巖體，壩址兩岸卸荷帶厚度3～5 m。

(3)古河槽。壩址左岸Ⅲ級階地分布一順河向古河槽，埋藏于階地覆蓋層之下，古河槽長381 m，頂寬15～20 m，底寬5～15 m，切割深度22.5～30.0 m，槽內堆積沖積含漂石卵礫石層，結構較密實[4]。古河槽進口位于壩軸線左岸上游61 m左右處，大部分被崩坡積物掩蓋；出口位于壩軸線下游320 m左右處，均為崩坡積物掩蓋。

2.1.5 巖體透水性及腐蝕性評價

壩址區地下水主要有兩類：一類為基巖裂隙水，貯存于河谷兩岸花崗巖裂隙中，主要受冰雪融水和大氣降水補給。另一類為第四系孔隙潛水，主要分布在現代河床松散卵礫石堆積物內，河床地下水位埋藏深度0.6～1.8 m，主要受河水補給。壩址基巖為花崗巖，裂隙發育，據鉆孔壓水試驗成果，巖體透水率q≤10 Lu的界線在基巖面1 m以下。據水質核實成果，壩址區河水及河床潛水對普通水泥、鋼筋混凝土結構中鋼筋及鋼結構均無腐蝕性[4]。

2.1.6 巖(土)體工程地質特征

壩址基巖為花崗巖，細粒結構，塊狀構造，弱風化巖體裂隙發育，呈次塊狀～鑲嵌結構，縱波速度為3194～4124 m/s。

2.2 壩址區主要工程地質問題

(1)河床覆蓋層地震液化問題。根據鉆孔揭露及物探成果，壩址區河床覆蓋層厚度18 m左右，為單一成因的沖積含漂石砂卵礫石層，無沙層和淤泥等不良土層分布。根據試驗資料和相對密度復判法判定為不液化土。砂卵礫石滲透系數為3.5×10-2cm/s，屬中-強透水層，地震作用下孔隙水壓力容易消散，綜合判定壩址區河床覆蓋層無地震液化問題[5]。

(2)左岸古河槽問題。壩址區Ⅱ級基座階地覆蓋層之下掩埋有順河向古河槽，分布長度約381 m，頂寬15～20 m，底寬5～15 m，切割深度22.5 m。古河槽位于左岸壩基下部，槽內堆積上更新統沖積含漂石卵礫石層，結構較密實，可作為土石壩基礎。古河槽堆積物顆粒粗大，滲透系數4.5×10-2cm/s，屬中～強透水層，存在沿古河槽的滲漏問題。依據《水利水電工程地質勘察規范》(GB 50487—2008)[6]判定古河槽堆積物滲透變形形式為管涌型，建議允許比降0.10～0.12[7]。

(3)壩址岸坡危巖體分布及穩定性評價。壩址區為峽谷地形，兩岸基巖裸露，為侵入花崗巖，塊狀結構，壩址兩岸邊坡無大的不利結構面分布，自然邊坡整體穩定。由于邊坡巖體裂隙發育，裂隙相互切割，使壩址兩岸邊坡巖體呈碎裂結構，在卸荷風化作用下局部陡坡段表部巖體卸荷變形，形成危巖體。卸荷變形帶厚度3～8 m，在壩體范圍內分布危巖體總方量約6400 m3，其中左岸坡約1600 m3,右岸坡4800 m3。

2.3 比選壩型工程地質條件

2.3.1 瀝青混凝土心墻砂礫石壩

(1)左岸壩肩。岸坡自然坡度35°～50°，邊坡高度約260～300 m，基巖裸露，為花崗巖。岸坡主要發育小規模斷層4條，走向與岸坡大角度斜交，破碎帶寬度3～10 cm，對壩肩穩定性影響不大。但岸坡節理裂隙發育，相互切割，在風化卸荷作用下局部坡面形成卸荷變形帶，構成危巖塊體，厚度3～8 m，總方量約1600 m3左右。左岸Ⅱ級基座階地寬約110 m，階地沖積卵礫石層厚3 m左右，上部為厚5～10 m的崩坡積及洪積含土塊碎石覆蓋，地形自然坡度約20°。根據鉆孔揭露及物探測試，階地中部發育一頂寬15～20 m，底寬5～15 m，切割深度22.5～30.0 m的古河槽，槽內堆積沖積卵礫石層。基巖為花崗巖，強風化層厚1～3 m，弱風化層厚3～5 m，基巖面1 m以下透水率q<10 Lu。左岸壩基須清除崩坡積及洪積物層，下部階地及古河槽沖積卵礫石層結構較密實，可作為土石壩壩基，古河槽堆積物顆粒粗大，滲透性強。建議開挖邊坡為基巖1∶0.3～1∶0.5，覆蓋層1∶1.5～1∶1.75。

(2)河床壩基段。現代河床寬31 m左右，河床覆蓋層厚度為18.6 m左右，為第四系全新統沖積含漂石卵礫石層，漂石可見最大直徑0.8～1.5 m，磨圓度及分選性差，無沙層、淤泥等不良土層分布，建議地基允許承載力300～400 kPa。下部基巖為花崗巖，塊狀結構，巖石中硬，強風化層厚1～3 m，弱風化層厚3～5 m，巖體透水率q≤10 Lu的界線在基巖面1 m以下。

(3)右岸壩肩。岸坡坡高260 m左右，自然坡度40°～60°，大部分基巖裸露，巖性為花崗巖，強風化層厚1～3 m，弱風化層厚5～22 m，巖體透水率q≤10 Lu的界線在基巖面1 m以下。右岸高程2246 m和2273 m處分別發育有Ⅱ、Ⅲ級基座階地，階地沖積卵礫石層厚3～5 m，表部為崩坡積含土塊碎石覆蓋。右岸發育有NE和NW兩組小規模斷層，對邊坡穩定影響不大。

2.3.2 混凝土面板砂礫石壩

(1)左岸趾板段。沿線均為厚3～6.5 m的崩坡積和洪積塊石、碎石土覆蓋，下部基巖為花崗巖，強風化層厚1～3 m，弱風化層厚度3～5 m，巖體透水率q≤10 Lu的界線在基巖面1 m以下。趾板基礎須清除覆蓋層及基巖強風化層，建基面置于弱風化層上部，古河槽須做防滲處理。建議開挖邊坡為基巖1∶0.3～1∶0.5，覆蓋層1∶1.5～1∶1.75。左岸趾板以上邊坡局部分布卸荷變形帶，厚度3～8 m。

(2)河床段。現代河床寬約83 m，河床沖積漂卵礫石層厚度18.6 m左右，結構密實。下伏基巖為花崗巖，強風化層厚1～3 m；弱風化層厚度3～5 m，巖體透水率q≤10 Lu的界線在基巖面1 m以下。建議開挖邊坡為基巖1∶0.3～1∶0.5，覆蓋層1∶1.5～1∶1.75。建議砂礫石層臨時開挖邊坡為水上1∶1.25～1∶1.5，水下1∶1.75～1∶2.0。

(3)右岸趾板段。沿線基巖裸露，局部有薄層崩坡積含土塊碎石覆蓋，基巖為花崗巖，強風化層厚1～3 m，弱風化層厚度3～5 m，巖體透水率q≤10 Lu的界線在基巖面1 m以下。該段趾板須清除表層覆蓋層及基巖強風化層，建基面置于弱風化層上部。建議開挖邊坡為基巖1∶0.3～1∶0.5，覆蓋層1∶1.5～1∶1.75。右岸趾板以上邊坡整體穩定，2375 m和2455 m高程附近分布有總方量約4800 m3的不穩定巖體[8]。

3 結 論

通過對水庫壩址區的工程地質條件分析，擬選的莫呼查汗水庫壩址是整個河流上目前選擇的成庫條件較好的壩址，從地形地質條件方面來看，推薦壩址上游左岸為Ⅱ級基座階地，寬約110 m，階地上部為厚5～10 m的崩坡積及洪積含土塊碎石覆蓋，上游右岸有一沖溝，裸露巖體裂隙發育，裂隙及小斷層相互切割，在風化卸荷作用下局部坡面形成卸荷變形帶，構成危巖塊體，且右壩肩坡積物碎石土較多，如將壩軸線上移，雖然壩高及壩頂長度基本相等，但左右壩肩的基礎處理費用增加，而且影響導流兼沖沙放水隧洞的進口布置。如將壩軸線下移，因左岸階地寬度及崩坡積及洪積含土塊碎石厚度增加，左右壩肩的基礎處理費用將明顯增加，而且導流兼沖沙放水隧洞的進出口處理較為困難且影響消能工程布置。因此推薦的壩線是唯一壩線。通過分析，庫區工程地質條件較好，適宜修建水庫。

[1] 宋成剛.基于和靜縣莫呼查汗水庫壩型比選研究[J].黑龍江水利科技，2017，45(6)：94-97.

[2] 關志誠.土石壩基礎混凝土防滲墻關鍵技術指標選擇[J].水利水電技術，2009(5)：31-34.

[3] 李國英，苗喆，米占寬.深厚覆蓋層上高面板壩建基條件及防滲設計綜述[J].水利水運工程學報，2014(4)：1-6.

[4] 關志偉.恰木薩水電站工程閘址比選方案研究[J].科技與企業，2013(10)：221.

[5] 李萬逵.阿爾塔什河床深厚覆蓋層的研究[J].水利與工程建筑學報，2010(4):181-187.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.水利水電工程地質勘察規范：GB 50487-2008[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[7] 徐燕.土石壩基礎混凝土防滲墻關鍵技術指標選擇[J].水利水電技術，2012(4)：64-68.

[8] 王青屏.復雜環境條件下的危巖處理爆破[J].爆破，2006(1)：85-87.

Analysis of engineering geological conditions of dam site in Mofuchafu reservoir

ZENG Yujia1， CAI Qingxin2，SUN Jianwei3

(1JinzhouWaterConservancyConstructionAdministrationBureau，Jinzhou121000,China；2LargeAndMedium-sizedReservoirResettlementSupportOfficeNanpiaoDistrict，Huludao125027,China;3WaterAffairsBureauofJiangningDistrict，Nanjing211112，China)

It is an important factor for the engineering gelogical condition to determine the dam site.Based on the analysis of the engineering geological conditions of Mohuchahan reservoir topography, lithology, geological structure and hydrogeological conditions，the author used detailed data to discuss the engineering geological conditions of the reservoir project selection of dam.It provided the detailed data basis for reservoir construction, and lay a solid foundation for reservoir construction.

reservoir dam site; engineering geology; geological structure

TV221.2;P64

A

2096-0506(2017)09-0053-04

曾宇佳(1983-),女，遼寧錦州人，工程師，主要從事水利工程建設管理、水利工程施工、水利工程監理等相關工作。E-mail：815874613@qq.com。