李家巖水庫建壩工程地質條件分析

楊紹平，閆宗平，李葉，牟江天

?

李家巖水庫建壩工程地質條件分析

楊紹平1，閆宗平1，李葉2，牟江天1

（1 四川水利職業技術學院，成都 611231；2 四川省水利水電勘測設計研究院，成都 610072）

李家巖水庫是成都市第二水源地，水庫壩區的工程地質條件是決定大壩址安全的關鍵因素，本文從壩區基本地質條件出發，分段對壩區進行工程地質條件分析，針對壩基巖土強度不均、壩基壩肩滲漏、壩基開挖邊坡穩定等主要工程地質問題進行分析評價及處理措施建議，其成果為工程設計提供依據。

李家巖水庫 壩區 工程地質條件工程地質問題

李家巖水庫位于岷江支流西河上游的文井江山區河段，是以城鄉供水為主(成都第二水源地)，兼顧灌溉、發電等綜合利用,屬大（2）型工程。壩址選定在懷遠鎮青峰嶺社區平安大橋上游約1.3km河段，擬建鋼筋混凝土面板堆石壩。水庫集雨面積354km2，多年平均流量14.6m3/s，設計正常蓄水位763.0m，最大壩高123.0m，總庫容17 346×104m3，供水引用流量10m3/s，應急供水流量13m3/s，電站裝機19.2MW。

1 壩區基本地質條件

1.1 地形地貌

壩址區谷底寬約30～45m，河床高程658～662m，枯水期河水面寬6～30m，水深約0.3～2m，局部河床段基巖裸露，枯期大部分漫灘露出水面。右岸發育狹窄Ⅱ級階地，兩岸基本對稱，呈“V”型狹谷。岸坡為臺階狀斜坡、臺地或陡崖，左岸岸坡較陡立，自然坡角一般30°～50°，局部達60°～80°，右岸岸坡上緩下陡，下部自然坡角50°～60°，上部5°～30°，兩岸自然坡高130～250m。

1.2 地質特征

壩址區出露地層主要為侏羅系上統蓮花口組上段粉砂巖、粉砂質泥巖不等厚韻律互層夾薄層巖屑砂巖、巖屑石英砂巖夾薄層粉砂質泥巖、粉砂質泥巖夾砂巖、粉砂巖；白堊系下統夾關組砂巖與粉砂質泥巖不等厚互層夾薄層透鏡狀礫巖、砂巖夾粉砂質泥巖、塊狀礫巖夾薄層巖屑砂巖、礫巖與巖屑砂巖不等厚互層；灌口組厚層塊狀礫巖夾薄層透鏡狀巖屑砂巖及第四系全新統松散堆積層。

巖層為單斜構造，未見斷層發育。巖層產狀N24°～65°E/SE∠33°～67°，總體傾下游偏左岸，為斜向谷。據野外統計，有四組主要構造裂隙發育。

1.3 環境地質及水文地質特征

物理地質現象主要為巖體的風化卸荷、崩塌及滑坡。崩塌主要是厚層砂巖、礫巖受裂隙切割產生產生，堆積于陡崖下部或河床。滑坡共有2處，分別為壩前左岸的古家崗老滑坡和右岸的朱家巖滑坡，朱家巖滑坡距離大壩較近，現有下滑跡象，對施工期和水庫運行期的趾板存在安全隱患。

區內地下水主要為覆蓋層中的孔隙潛水和基巖裂隙水。孔隙潛水主要埋藏于河床及沖溝的漂卵礫石夾砂、孤塊碎石夾砂土中，含水較豐富，受河（溝）水及大氣降水補給，地下水位隨河水漲落而變化。基巖裂隙水主要埋藏于巖體風化帶及構造裂隙中，含水不豐，風化帶巖體一般為含水層或透水層，新鮮完整的粉砂巖、粉砂質泥巖致密，含水微弱，透水性較差，為相對隔水層。據水質分析成果表明，壩址區地表水地下水類型為重碳酸鈣型水（HCO3-Ca）、重碳酸硫酸鈣型水（HCO3-SO4-Ca），對混凝土、鋼筋混凝土結構中鋼筋無腐蝕性。

1.4 巖土體工程地質特性

1）壩區巖石為砂巖、粉砂質泥巖及厚層塊狀礫巖夾巖屑砂巖，砂巖、礫巖中構造裂隙較發育，粉砂質泥巖及泥質粉砂巖中裂隙分布較少。據壩區27個鉆孔及2個平硐聲波測試資料及鉆孔RQD值統計判斷，強風化巖石完整程度為破碎～較破碎、弱風化巖石為完整性差～較完整、新鮮巖石為較完整～完整。

據室內試驗分析，其中礫巖分為泥鈣質礫巖和鈣泥質礫巖。新鮮和弱風化泥鈣質礫巖飽和抗壓強度平均值為34.1Mpa、30.9Mpa，屬中硬巖；新鮮及弱風化鈣泥質礫巖飽和抗壓強度平均值分別為19.3Mpa和12.3Mpa，屬較軟巖和軟巖；新鮮及弱風化砂巖飽和抗壓強度平均值為20.7Mpa和16.2Mpa，均屬較軟巖；新鮮泥質粉砂巖飽和抗壓強度平均值為5.6Mpa，屬軟巖；新鮮粉砂質泥巖飽和抗壓強度平均值為4.3Mpa，屬極軟巖。據現場統計壩基巖體中軟質巖和中硬巖約各占50％。壩基中強度高、巖體質量較好的礫巖，其變形模量明顯高于壩基巖體的綜合變形指標。

2）壩區土體主要為崩坡積孤塊碎石夾粘土、河流沖積漂卵礫石夾砂。崩坡積層厚度3～20m，主要為砂巖、礫巖、粉砂巖等，隙間充填少量粘土，結構松散。據土工試驗，其天然密度2.11g/cm3，相對密度>0.87。＞200mm粒徑含量為4.3%，200～60mm粒徑含量為14.2%，60～5mm含量為55.1%，＜5mm含量為26.5%；不均勻系數118.57，級配不良，局部具架空結構。其承載力低、抗變形能力差。孤塊碎石夾粘土滲透變形類型為管涌。

河流沖積層厚度0～8m，漂卵石成分主要為砂巖、灰巖及少量花崗巖、礫巖。結構松散，局部架空。據土工試驗，天然密度2.20g/cm3，相對密度0.43，為中密層。＞200mm粒徑含量為19.1%，200～60mm粒徑含量為22.7%，60～5mm含量為40.8%，＜5mm含量為17.5%。不均勻系數為24.42，級配不良。河床漂卵礫石夾砂>5mm含量為82.5%>70%，不存在地震液化問題。

據勘探揭示，Ⅱ級階地上沖積層呈二元結構，上部為1～3m厚的紫紅色粉質粘土，局部夾少量礫石，粘土呈可塑狀；下部為漂卵礫石夾砂。據超重型動力觸探按密實度分為松散-稍密層、中密層、密實層。漂卵礫石成分以花崗巖、砂巖、灰巖為主。據土工試驗，密實層漂卵礫石夾砂，天然密度2.32g/cm3，相對密度0.75。＞200mm粒徑含量為32.7%，200～60mm粒徑含量為18.7%，60～5mm含量為29.0%，＜5mm含量19.7%，不均勻系數為169.6，級配不良，壓縮模量Es0.1～0.2= 60.6～114.9MPa，為低壓縮性土。不固結不排水剪（UU）φ=31.6°～32.9°，凝聚力C=0.13～0.25MPa，具有較高的抗剪強度。

2 壩區工程地質條件分析

2.1 左壩肩段

地表大多分布3～5m厚坡殘積之粉質粘土夾塊碎石。下伏基巖為棕紅色厚層砂巖夾薄層粉砂質泥巖、棕紅色礫巖夾巖屑砂巖。巖層產狀N36°～50°E/SE∠40°～57°，巖體強風化帶厚度為6～12m，弱風化帶厚度為8～10m。據鉆孔揭示及試驗，強風化帶巖體滲透系數K=（1.8～4.7）×10-4cm/s，屬中等透水層；弱風化帶巖體透水率q=3.6～37Lu，屬弱～中等透水層；新鮮巖體透水率q=1.4～5.9Lu，屬弱透水層。鉆孔終孔地下水位分別為727.34m、775.37m，低于正常蓄水位，存在繞壩滲漏問題。

2.2 左岸坡段

上段為陡坡或陡崖，地形坡度60°～75°，局部近于直立，基巖裸露；下段為斜坡，地形坡度30°～45°，局部較陡。地表分布有3～15m厚的崩坡積孤塊碎石夾粘土層，結構松散。據地質測繪和勘探揭示基巖為棕紅色厚層砂巖夾薄層粉砂質泥巖、棕紅色礫巖夾巖屑砂巖、棕紅色礫巖與巖屑砂巖不等厚互層、棕紅色厚層塊狀礫巖夾薄層透鏡狀巖屑砂巖。其中砂巖約占岸坡巖層總厚度的20％～25％，礫巖約占75％～80％。巖層產狀N36°～50°E/SE∠40°～57°，總體傾下游偏坡內，為斜向坡。巖體為中厚層狀或厚層塊狀結構，少量碎裂狀結構。主要發育三組構造裂隙：①N5°～22οE/NW或SE∠20°～45°，延伸長度5～15m；②N70°～78°E/NW或SE∠65°～78°，延伸長度1～7m；③N45°W/NE∠58°，延伸長度1.5～3m。岸坡巖體中多數結構面組合交線傾向坡內，岸坡整體是穩定的。巖體強風化帶厚度為2.8～5m，弱風化帶厚度為5～10m。據試驗，強風化帶巖體滲透系數K=（1.8～12）×10-4cm/s，屬中等透水層；弱風化帶巖體透水率q=2.7～37Lu，屬弱～中等透水層；新鮮巖體透水率q=1.4～9.2Lu，屬弱透水層。q＞3Lu透水帶厚度為34～82m，岸坡地下水位671.09～727.34m，低于正常蓄水位763m，存在壩基滲漏問題。

2.3 河床壩基段

勘探查明，河床覆蓋層厚度一般0～3m，壩上游河流轉彎處較厚，最深達8.4m，物質組成為漂卵礫石夾砂，漂卵石成分主要為砂巖、灰巖及少量花崗巖、礫巖，粒徑3～10cm居多，部分20～30cm，大者可達0.5～1m，漂卵石含量約占75％～80％。結構較松散，局部架空。據勘探揭示下伏基巖為棕紅色礫巖與巖屑砂巖不等厚互層及棕紅色厚層塊狀礫巖夾薄層透鏡狀巖屑砂巖。壩基巖體中（勘探深度內）砂巖約30％，礫巖約占70％。據鉆孔聲波測試和巖石強度試驗成果，泥鈣質礫巖以鈣質膠結為主，屬中硬巖，單層厚度3.5～46m不等，約占礫巖層總厚度的53％；鈣泥質礫巖以泥質膠結為主，屬較軟巖，單層厚度3.3～27m不等，約占礫巖層總厚度的47％。巖層產狀N36°～39°E/SE∠50°～55°，基巖頂板起伏較大，頂板高程650～657m，強、弱風化帶厚度分別為3～8m與6～10m。壩基巖體無連續緩傾角結構面分布。鉆孔壓、注（抽）水試驗表明，河床壩基漂卵礫石夾砂滲透系數K=2.2×10-2cm/s，屬強透水層；強風化帶巖體滲透系數K=（1.4～21）×10-3cm/s，屬強～中等透水層；弱風化巖體透水率q=7.9～13Lu，屬弱～中等透水層；新鮮巖體透水率q=0.6～9.6Lu，屬微～弱透水層。巖土體q＞3Lu透水帶厚度為43～47m，存在壩基滲漏問題。

2.4 右岸坡段

下段為Ⅱ級階地前緣及平臺，階地前緣階坎高18～20m，基巖部分出露。階面較平緩，階地呈“二元”結構，上部粉質粘土，暗褐色，厚1～3m，局部夾礫石；下部按密實度為松散～稍密卵礫石夾砂，中密卵礫石夾砂，密實漂卵礫石夾砂。上段為斜坡，坡角一般15°～35°，局部陡坎達60°；緩坡分布有1～8m厚的坡殘積粘土夾塊碎石。據野外測繪和勘探揭示基巖為棕紅色厚層塊狀礫巖夾薄層透鏡狀巖屑砂巖及棕紅色砂巖、泥質粉砂巖與粉砂質泥巖不等厚韻律互層夾灰質礫巖。其中砂巖、礫巖約占岸坡巖層總厚度的70%～80％，粉砂質泥巖、泥質粉砂巖約占20％～30％。巖層產狀N43°～46°E/SE∠57°～60°，總體傾下游偏坡外，為斜向坡。巖體大多為中厚層狀或厚層塊狀結構，少量碎裂狀結構。發育三組構造裂隙：①N5°E/NW∠39°，延伸長度3～7m；②N47°W/NE∠78°，延伸長度1～3m；③N6°W/SW∠34°，延伸長度3～8m。岸坡巖體中少數結構面組合交線傾向坡外，岸坡地形呈階梯狀，整體穩定。巖體強風化帶厚度為3～8m，弱風化帶厚度6～10m。據試驗，強風化帶巖體滲透系數K=（3.1～10）×10-4cm/s，屬中等透水層；弱風化帶巖體滲透系數K=3.2×10-3cm/s或q=5.6～72Lu，局部Q＞67L/m，屬弱～中等透水層，局部呈強透水；新鮮巖體透水率q=0.8～8.6Lu，屬微～弱透水層，局部裂隙發育，透水率q=29～36Lu，屬中等透水層。q＞3Lu透水帶厚度為35～89m。岸坡穩定地下水位660.16～706.56m，低于正常蓄水位763m。存在壩基滲漏問題。

2.5 右壩肩段

據地質測繪及勘探揭示地表分布有1～3m厚的坡殘積粘土夾塊碎石，下伏基巖礫巖夾砂巖薄層或透鏡體、棕紅色砂巖、泥質粉砂巖與粉砂質泥巖不等厚韻律互層夾灰質礫巖。巖層產狀N48°～53°E/SE∠55°～62°，總體傾下游偏坡外，為斜向坡。巖體強、弱風化帶厚度分別為3～8m與6～13m。強風化帶巖體滲透系數K=3.2×10-3cm/s，屬中等透水層；弱風化帶巖體滲透系數K=8.0×10-4cm/s，局部Q＞67L/m，屬強-中等透水層；新鮮巖體透水率q=1.4～8.6Lu，屬微-弱透水層，局部裂隙發育，透水率q=29～36Lu，屬中等透水層。右壩肩巖體存在透水帶，存在繞壩滲漏問題。

3 主要工程地質問題及評價

3.1 壩基持力層的選擇

趾板下部為孤塊碎石土、河床漂卵礫石夾砂，厚度不大，結構松散，不能作為趾板地基，建議挖除；兩岸及河床段巖體強風化帶厚度3～8m，裂隙較發育、巖體破碎-較破碎、強度低，不宜作趾板地基，建議挖除；弱風化泥鈣質礫巖、鈣泥質礫巖及砂巖厚度5～10m，其強度能滿足設計要求，而可作為趾板地基，由于巖體裂隙較發育，呈較破碎-較完整狀，需采取加固處理措施。

右岸Ⅱ級階地上部粉質粘土層呈可塑狀，不能滿足設計要求，建議全部挖除。其下松散-稍密卵礫石夾砂和中密卵礫石夾砂變形模量均較小、壓縮變形大、承載力低，也不宜作為堆石區地基，建議全部挖除。密實漂卵礫石夾砂厚3～5m，其結構較均一、承載力較高，壓縮模量平均值達74.8MPa，屬低壓縮性土，可作為壩基持力層。左右兩岸其余岸坡清除松散堆積層及松動巖塊后以基巖作為堆石區地基。

3.2 壩區滲漏分析計算及防滲邊界確定

河床壩基及兩壩肩均存在中至強透水帶，需分析計算其滲透量，左岸坡巖土體透水帶厚度（q＞3Lu）為34～82，右岸坡巖土體透水帶厚度（q＞3Lu）為35～89m，河床壩基透水帶厚度（q＞3Lu）43～47m。壩基、壩肩滲漏量估算如下：

壩基滲漏計算：Q壩基=KLH·M/（2b+M）

繞壩滲漏計算：Q繞壩=0.366KH（H1+h1）·lg（B/r）

式中：Q—滲漏量（m3/d）；K-滲透系數（m/d）；L-壩基長度（m）；H-壩上、下游水位差（m）；M-壩基透水帶巖體平均厚度（m）；2b-壩底寬度（m）；H1-上游岸邊透水帶巖體厚度（m）；h1-下游岸邊透水帶巖體厚度（m）；B-壩肩繞滲帶寬度（m），以地下水位線與正常蓄水位線交點至岸邊的距離為繞滲帶寬度；r—壩肩接頭繞滲半園的半徑（m）。

計算結果為：Q左繞=0.045m3/s，Q右繞=0.022m3/s，Q壩基=0.005 3m3/s，壩區總滲漏量Q總=0.071m3/s。約占文井江多年平均流量14.6m3/s的0.5％，年滲漏量占總庫容的1.3%。需對壩基、壩肩進行防滲處理。建議防滲帷幕左、右壩坡段及河床段沿壩軸線布置，左岸自壩肩接頭處轉向上游山內水平延伸長度160m（接下壩ZK11鉆孔長觀最低地下水位763.9m），右岸自壩肩接頭處處沿壩軸線延伸至閘肩并穿越溢洪道閘基與之連成一體向山內水平延伸長約90m進入相對不透水巖體；垂直防滲深度進入相對不透水層（q≤3Lu）以下5～10m。

3.3 地基不均勻變形問題

左岸趾板地基巖體為砂巖、泥鈣質礫巖、鈣泥質礫巖，呈不等厚互層狀；河床及右岸趾板地基巖體為泥鈣質礫巖、鈣泥質礫巖，軟硬分布不均；且不同巖性的巖體變形模量差異較大，趾板地基存在不均勻變形問題，需沿趾板地基采取加固處理措施。

4.4 開挖邊坡穩定分析與評價

左壩肩壩頂以上開挖邊坡高20～35m，邊坡巖體為厚層砂巖夾粉砂質泥巖、厚層礫巖夾薄層巖屑砂巖，巖層產狀N36°～50°E/SE∠40°～57°，為斜向坡，傾坡內。巖體發育兩組裂隙：L1 N45°W/NE∠58°，L2 N5°E/NW∠45°。據赤平投影分析，層面與裂隙L1組合交線傾向與邊坡傾向相反，有利于邊坡穩定；層面與裂隙L2組合交線、裂隙L1與裂隙L2組合交線均傾向于坡外，傾角小于開挖坡角，各組裂隙延伸較短、連通性較差，很難發展為危及邊坡整體穩定的組合，開挖邊坡整體穩定。但在強風化帶巖體中開挖邊坡時，巖體較破碎，存在局部坍塌可能，施工需加以防護。

右壩肩地形為山脊、斜坡，大多基巖裸露，為厚層塊狀礫巖夾薄層透鏡狀巖屑砂巖及砂巖、粉砂巖與粉砂質泥巖不等厚互層，巖層產狀N36°～39°E/SE∠50°～57°, 為斜向坡，傾坡外。巖體中發育兩組裂隙：L1 N76°E/SE∠85°，L2 N3°W/SW∠15°，延伸長度3～8m。據赤平投影分析，層面與裂隙L2、裂隙L1與裂隙L2組合交線傾向與邊坡傾向相反，有利于邊坡穩定；層面與裂隙L1組合交線均傾向于坡外，傾角小于開挖坡角，局部存在不穩定塊體，開挖過程中可能產生局部垮塌。

4 結語

李家巖水庫壩區出露地層主要為侏羅系和白堊系地層，壩址區未見斷層發育，趾板地基巖體為泥鈣質礫巖、鈣泥質礫巖、砂巖等呈不等厚互層狀，軟硬分布不均，其變形模量差異較大，地基存在不均勻變形問題，需進行處理。同時河床壩基及兩壩肩均存在中至強透水帶，存在壩基和壩肩滲漏問題，通過計算，壩區總滲漏量約占文井江多年平均流量的0.5％，占總庫容的1.3%，需對壩基、壩肩進行防滲處理，防滲邊界應至相對不透水層。利用邊坡赤平投影分析得出在左壩肩開挖邊坡整體穩定，存在局部坍塌可能；右壩肩局部存在不穩定塊體，開挖切腳易產生順層滑動，施工時需采取處理措施。

[1] 四川省水利水電勘測設計研院. 四川省成都市李家巖水庫工程初步設計報告[Z]. 工程地質(審定本）,2016年10月

On Engineering Geology of the Dam Site of the Lijiayan Reservoir

YANG Shao-ping1YAN Zong-ping1LI Ye2MOU Jiang-tian1

(1-Sichuan Water Conservancy Vocational and Technical College, Chengdu 611231; 2-Sichuan Institute of Water Conservancy and Hydropower Survey Design, Chengdu 610072)

The Lijiayan Reservoir is the second water source of Chengdu City. This paper has a discussion on engineering geological problems and treatment countermeasures such as intensity of rock and soil, seepage of dam foundation and dam abutment, dam foundation excavation slope stability of the dam site of the Lijiayan Reservoir.

Lijiayan Reservoir; dam site; engineering geological condition; engineering geological problem

2018-02-11

楊紹平（1963-），男，四川劍閣人，教授級高級工程師，主要從事水文地質、工程地質教學與生產科研

P642.3

A

1006-0995（2018）01-0274-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.020