貴州某水庫壩址工程地質選擇

唐 磊，顧鐘平

(中國電建集團中南勘測設計研究院， 湖南 長沙 410014)

貴州某水庫壩址工程地質選擇

唐 磊，顧鐘平

(中國電建集團中南勘測設計研究院， 湖南 長沙 410014)

貴州畢節的彝族少數民族地區，山高坡陡，上萬畝耕地由于沒有水利設施均為旱土，為早日實現民族地區脫貧致富，建設水庫開展自流灌溉，使旱土變為良田成為發展良機。系統介紹了上、下壩址的工程地質條件，通過綜合評價、比較，選擇了下壩址，為水庫的安全運營打好了基礎。

水庫；壩址；工程地質

該水庫位于貴州省畢節的彝族少數民族地區，地勢南高北低，以中低山為主，地面高程1600～2900 m，有通鄉公路，交通較便利。區內耕地面積上萬畝，由于沒有水利設施，全部為旱土，水庫建成后可滿足自流灌溉和部分提水灌溉，早日實現民族地區脫貧致富。

1 選壩河段工程地質條件

區內受地質構造和巖性控制，山脈呈北東、東西或北西走向，山嶺連綿，溝壑縱橫，在崇山峻嶺之間鑲嵌著面積不等的山間谷地和溶蝕盆地。本區大地構造單元屬黔北臺隆遵義斷拱之畢節北東向構造變形區。區內北西向構造有挜都背斜、白果-龍洞山向斜和東西向獨山-佳娃背斜等。北西向壓性斷裂主要有F1、F5，分別距工程區6 km和31 km。

依據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001)，本工程地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期0.35 s，地震基本烈度為Ⅵ度。因此，本區域構造穩定條件較好。

河流選壩河段長700 m，高程2032～2057 m，兩岸地形較陡，河谷寬度19～28 m。在選壩河段共選有兩個壩址，分別為下壩址和上壩址，兩壩址相距400 m(見圖1)。

1.1 下壩址

壩址為淺切中山峽谷地貌，河流寬26 m，河谷呈“V”型，河床高程2038 m，左岸地形坡度35°，右岸42°～57°。在擬建壩軸線上游50 m處，為一已建的土石壩小水庫，現設計壩頂高程2082.5 m，壩長147 m，最大壩高41 m。

鉆探揭露，壩址地層有：第四系沖洪積物，厚6.6 m；殘坡積物，厚0.5～1.2 m；二迭系峨眉山玄武巖(P2β)：上部為凝灰巖，含泥巖碎塊，屬軟巖，風化強烈、破碎，巖體完整性差，厚度3.7～16.4 m，左岸分布高程2078～2082 m，右岸分布高程2065～2082 m；下部玄武巖，杏仁狀構造，塊狀、厚層結構，隱晶至細晶質，巖性堅硬，厚度大于200 m。

壩址未見有斷裂構造分布，巖層產狀：285°/SW ∠5°～20°。右岸坡腳陡崖卸荷裂隙與強弱風化基巖中的陡傾角節理裂隙發育，微張并充填鈣質、硅質。

壩址基巖裂隙水主要賦存于風化巖體裂隙中，由兩岸向河床排泄。左岸地下水埋深14～23 m，水力坡度26°；右岸地下水埋深29 m，水力坡度18°。地下水水質類型為SO42-Ca2+型水，對混凝土無腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。

壩址區巖體風化作用明顯：巖體強風化主要是地表卸荷松弛帶，巖體破碎，完整性差，多呈鑲嵌結構。裂隙面蝕變為鐵銹色，左岸強風化帶厚4.5 ～14.0 m，右岸厚16.9 m；弱風化帶巖體下限埋深左岸16.2 m，右岸23.0 m，河床5.8 m。

對壩基持力層的玄武巖進行了物理力學特性試驗，成果表明：弱風化～新鮮的玄武巖塊體密度2.67～2.88 g/cm3，飽和抗壓強度42.5～62.2 MPa，泊松比0.29～0.26，縱波速度4887～6112 m/s，屬中硬巖和堅硬巖；河床壩基玄武巖抗剪斷強度指標：tgφ=1.48，C=5.25 MPa。

1.2 上壩址

壩址為沖蝕堆積河谷地貌，呈“V”型，兩岸坡基本對稱，坡度37°～26°，下陡上緩，植被較好，河谷寬度21 m，河床緊臨左岸坡腳，河床高程2056 m 。壩軸線擬布置在兩條支流的交叉口下游80 m，設計壩頂高程2091.5 m，壩軸線長145 m，最大壩高42 m。

鉆探揭露，壩址地層有：第四系沖洪積物，厚4.4 m；殘坡積物，厚0.5～1.2 m；二迭系峨眉山玄武巖(P2β)：上部為凝灰巖，含泥巖碎塊，風化強烈、破碎，巖體完整性差，巖芯獲得率極低，屬軟巖，厚度9.3～18.5 m，左岸分布高程2076～2086 m，右岸分布高程2072～2091 m；下部為玄武巖，巖性同下壩址，為壩基持力層。

壩址區亦未見有斷裂構造分布，巖層產狀：285°/SW ∠5°～15°。兩岸巖體層面裂隙發育，強弱風化基巖中的陡傾角節理裂隙亦發育，微張；右岸坡腳陡崖卸荷裂隙發育，走向與壩軸線基本垂直，傾角近乎直立，裂隙張開寬度1～5 mm(屬Ⅳ級結構面)，鈣質填充。

壩址基巖裂隙水接受大氣降水補給，賦存于風化巖體裂隙中，由兩岸向河床排泄。兩岸地下水埋藏較深，鉆孔揭露孔深25～35 m，地下水力坡度10°～15°。地下水水質類型同下壩址。

壩址兩岸山體穩定，未發現其它不良物理地質現象。壩址地表巖體風化作用明顯，隨深度增加而逐漸減弱，鉆孔揭示：左岸強風化帶厚9.8 m，弱風化帶厚20.9 m；右岸強風化帶厚18.5 m，弱風化帶厚11.5 m；河床弱風化帶厚20.1 m。

壩基持力層的玄武巖，其物理力學性質與下壩址相同。

圖1 壩段區工程地質平面圖

2 壩址比選

2.1 壩址工程地質評價

(1) 上、下兩個壩址相距僅400 m，工程地質條件基本相似，壩基持力層均為玄武巖，巖體基本質量根據巖石的堅硬程度、風化狀態和巖體的完整程度劃分。依據兩壩址壩基巖石的物理力學試驗成果，按《工程巖體分級標準》GB50218-2014規定，壩基巖體質量為：

強風化玄武巖、凝灰巖 Ⅳ類

弱風化玄武巖 Ⅲ類

微風化、新鮮玄武巖 Ⅱ類

按《水利水電工程地質勘察規范》(GB50487-2008)壩基巖體工程地質分類標準，壩基持力層弱風化的玄武巖體為BⅢ1類。

(2) 混凝土重力壩或面板堆石壩趾板地基，均要求開挖至弱風化玄武巖上部。弱風化玄武巖為中硬巖，巖體節理裂隙較發育，鉆孔巖芯采取率80%～90%，巖芯呈柱狀或塊狀結構；壓水試驗巖體透水率5～10 Lu。在上、下壩址兩岸壩肩分布的強風化凝灰巖，透水率24.4～47.7 Lu(孔深10.8～20.4 m)，鉆進中孔口不返水。

(3) 上、下壩址兩岸均為巖質邊坡，巖層走向與壩軸線基本平行，略傾下游，傾角平緩(10°～15°)，為橫向邊坡，僅分布有Ⅳ級巖體結構面，無大型裂隙結構面分布，兩岸壩肩邊坡均整體穩定。

(4) 兩岸壩肩分布的凝灰巖，其滲透性屬中等透水，存在滲漏問題。因此，壩基和壩肩防滲建議采用帷幕灌漿處理：其灌漿深度以巖體透水率小于5 Lu為控制，處理深度在建基面以下20～25 m；灌漿邊界兩端長度，應分別延伸到正常蓄水位與地下水位交點，以防止繞壩滲漏。上壩址兩岸地下水位較平緩，防滲帷幕線較長，灌漿處理工程量較大。

2.2 壩址比選

上、下壩址均具備建壩條件。下壩址突出優點：在上游50 m處已建的土石壩，可做為施工上游圍堰，右岸現已有溢洪道，左岸的輸水渠可做為導流明渠，節省了工程投資；兩岸壩肩地下水力坡度稍陡，其防滲帷幕灌漿工程量小于上壩址。

由此，兩壩址從匯水面積、水文地質、巖體風化、施工布置等條件考慮，推薦下壩址為選定壩址。

3 天然建筑材料

3.1 石料(人工骨料)

本工程所需石料(人工骨料)約12～25萬m3。選取的大寨石料場位于下壩址上游約3 km，有通鄉公路到達料源地，交通方便。料場開采高程2100～2225 m，地形坡度30°～42°，斜坡長260 m，寬460 m，可開采厚度大于40 m，儲量富足。料場巖石為二迭系下統茅口組白云質灰巖，灰白色，中厚層塊狀結構，巖石新鮮完整，巖性堅硬，為地方已開采的石料場。石料場斷裂構造不發育，邊坡整體穩定。

從多組取樣進行的物理力學特性試驗成果看：巖石飽和抗壓強度為81.6～84.6 MPa，抗拉強度為5～7 MPa，彈性模量為30～45 GPa，泊松比為0.25，巖塊縱波速為5000～6000 m/s。巖石強度高、剛度大，質量好，滿足混凝土人工骨料和砌石堆石料要求。經取樣檢測，做為人工骨料的白云質灰巖不具有潛在堿活性成分。

3.2 圍堰土料

下壩址右岸有殘坡積粘土，稍濕～濕，可塑，含少量碎石(約10%)，下伏基巖為強風化泥巖，可碾碎呈粉砂狀，開采儲量約5萬m3，可滿足圍堰用料要求?，F場碾壓后粘土滲透系數小于1×10-5cm/s，屬微透水，滿足圍堰防滲要求。

3.3 天然砂礫料

壩址區天然砂礫石料分布面積小，多被耕地覆蓋，成分亦較復雜，儲量少，不宜做為天然砂礫料料源，大壩用料需采用灰巖軋制的人工骨料。

4 結論與建議

4.1 結 論

(1) 根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001)，工程區地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.35 s，相應地震基本烈度為Ⅵ度，區域構造穩定條件較好。

(2) 水庫庫盆位于相對隔水的玄武巖上，巖性單一，無大型斷裂通向庫外，分水嶺寬厚，地下水補給河水，水庫不存在滲漏問題，成庫條件好。

(3) 水庫為巖質岸坡，無大的滑坡、崩塌和泥石流，庫岸整體穩定性較好。

(4) 庫區無可溶巖、溫泉出露，水庫蓄水后發生水庫誘發地震的可能性極小。

(5) 壩址河谷呈“V”型，上、下兩個壩址壩基持力層均為堅硬的玄武巖，依國標規范規定：弱風化的玄武巖屬中硬巖，巖體級別為Ⅲ類，可滿足混凝土重力壩或面板堆石壩趾板地基承載要求。兩岸壩肩邊坡整體穩定。

(6) 上、下壩址均具備建壩條件。兩壩址從匯水面積、水文地質、巖體風化、施工布置等條件考慮，本階段推薦下壩址為選定壩址。

(7) 下壩址突出優點：可利用已建的土石壩做施工圍堰；兩岸壩肩地下水力坡度稍陡，防滲帷幕灌漿工程量小于上壩址。

(8) 壩基和壩肩存在滲漏問題，強風化的凝灰巖是壩肩主要的滲漏途徑。須采用防滲帷幕灌漿封閉處理。

(9) 壩前3 km的大寨石料場為白云質灰巖，巖石強度高，剛度大，質量好，滿足混凝土人工骨料和砌石堆石料要求；白云質灰巖不具有潛在堿活性成分。

4.2 建 議

(1) 下階段繼續查明兩岸凝灰巖分布厚度，滲透特性，為壩肩防滲提供可靠地質依據。

(2) 防滲帷幕灌漿邊界長度，如兩端點按正常蓄水位與地下水位交點偏長，可考慮端點按正常蓄水位與弱風化帶下限的交點為控制。

2017￣09￣27)