納慶水庫壩址區工程地質條件分析論證

熊 偉，韓 敏,楊 蘭

(1.貴州海禹勝天工程咨詢有限公司，貴州 貴陽 550002；2.貴州中水建設管理股份有限公司，貴州 貴陽 550002；3.西安理工大學，陜西 西安 710048)

納慶水庫位于貴州省羅甸縣共新村附近，距羅甸縣城約58km。壩址集水面積22.8km2，正常蓄水位560.0m，最大壩高39.0m，相應庫容137×104m3。工程主要任務是解決城鎮和農村安全飲水及農業灌溉。通過納慶水庫地質勘察工作，對建基面選擇、邊坡穩定性、壩基防滲等進行了全面分析和反復論證，提出了較優的壩址和壩型，確保設計方案與工程實際具有良好匹配性能[1- 2]。

1 區域地質概況

納慶水庫位于云貴高原南緣向桂西北山區與丘陵過渡的斜坡地帶，總體地勢北高南低、東西高中部低，呈階梯式下降。高程一般在400～1200m之間，最高點位于西北部山頭，山頂高程1249.0m，最低點為南部紅水河河床，海拔高程為270.0m，相對高差979.0m。地表切割深度多為100～300m，地質構造對地貌發育具有較強的控制作用，自然坡度一般為30°～45°。局部河谷、溝谷兩岸較陡，植被發育，沿斷裂帶地表切割較強烈，屬以侵蝕、溶蝕峰叢山地為主的中低山地貌。測區出露地層主要為泥盆系中上統(D2-3)、石炭系中上統(C2-3)、二疊系(P)、三疊系中下統(T1-2)等。地層巖性主要為灰巖、泥質灰巖、泥巖、泥灰巖、煤層、鈣質泥巖、鈣質砂巖等。水庫位于貴定南北向構造變形區，其主要構造行跡形成于燕山期，屬桑郎弧形構造帶及床井穹窿構造帶。主要構造為一系列北西向平行排列的褶皺和逆沖斷層及部分EW向構造。河流切割較深，總體呈SN向展布，水系呈樹枝狀分布。

2 水庫壩址區工程地質條件分析論證

2.1 壩址選擇

建壩河段位于然繞河中游，總長約1.0km。兩岸山頂海拔均高于700.0m，邊坡自然坡度20°～45°，兩岸沖溝發育，為深切型河谷地貌。河床高程522.0～535.0m，平均縱比降13.26‰，整體平順，無明顯陡坎或深潭發育。河流整體為S34°E，左岸發育4條沖溝，右岸發育3條沖溝，為基本對稱“V”字型河谷地貌。經現場勘察，初選兩個壩址進行同精度勘察比較[3]，上壩址位于建壩河段起始端，下壩址位于建壩河段末端，如圖1所示。

圖1 水庫上下壩址位置示意

納慶水庫上、下壩址相距約330m。地質成果綜合對比分析表明：

(1)地形地貌。上壩址利于布置樞紐建筑物，優于下壩址。

(2)地層巖性。上、下壩址相當。

(3)地質構造。下壩址較上壩址復雜，上壩址優。

(4)巖溶與防滲。下壩址右岸ZK6鉆孔揭露巖溶發育，地下水位低平，防滲帷幕總面積14387m2，其中f2斷層上盤(左岸)帷幕總面積6395m2，單排孔布置，孔間距2m，f2下盤(右岸)帷幕總面積7992m2，雙排孔布置，孔間距2m。由于巖溶發育的不確定性，導致防滲帷幕處理難度大、工程量大、帷幕效果差[4]。

(5)覆蓋層及風化深度。上、下壩址相當，右岸剛性壩壩肩開挖將形成約50m高的土質邊坡，自穩能力差，支護難度極大。

總之，下壩址工程地質條件復雜，防滲帷幕處理技術難度及工程量較大，建壩適宜性差。另外，剛性壩壩肩開挖后，會形成較高的土質邊坡。因此，設計選定上壩址瀝青心墻堆石壩方案。

2.2 選定壩址地質條件分析

2.2.1 地形地貌

上壩址位于建壩河段起始端，上游距三岔河1.0km，下游距納共新村約1.3km，建壩河段長300m。河流總體流向S28°E，往上游大轉彎，流向轉向近EW，下游轉至S6°E。左岸地形坡度30°～35°，右岸地形坡度25°～30°，河床高程528.4～531.6m，河床寬5.0～8.0m，河槽寬25.0～48.0m，兩岸臺地寬0.0～36.0m，臺地高于河床1.0～3.0m。

2.2.2 地層巖性條件

地表地質測繪結合鉆探揭露，壩址河床覆蓋層厚3.0～5.0m，為砂卵礫石層。右岸坡腳河床邊基巖零星裸露，上部岸坡覆蓋層普遍分布，厚0.0～16.0m，表層為灰黑色粉質粘土，厚0.5～1.0m，下部為紅黃色粉質粘土夾碎石；左岸坡均為第四系殘坡積層覆蓋，厚5.0～21.0m，表層為灰黑色粉質粘土，厚0.5～1.0m，下部為紅黃色粉質粘土夾碎石。下伏地層巖性為三疊系中統版納組第一段(T2b1)薄層狀泥質粉砂巖、粉砂質泥巖夾薄層泥質灰巖。左岸下部為三疊系下統大冶組第二段(T1dy2)灰、深灰色薄至中厚層泥質灰巖夾薄層粉砂質泥巖。出露地層巖性為泥質粉砂巖、粉砂質泥巖等碎屑巖夾泥質灰巖，地表未發現明顯溶洞、落水洞等，巖溶發育弱。

2.2.3 地質構造條件

壩址區位于新龍堡向斜北東翼，軸部距壩址河床440m。節理裂隙發育，主要發育4組，①N35～60°E/NW∠65°～70°，一般延伸長大于3.0m，切深1.0～5.0m，裂隙寬0.5～3.0mm，間距0.3～0.5m。裂面平直光滑，強風化帶內裂隙充填泥質及植物根系，進入弱風化巖體后逐漸閉合；②N20°～30°W/NE∠80°～85°，延伸長度1.0～5.0m，切深1.0～3.0m，裂隙寬1.0～5.0mm，局部達1cm，間距0.5～1.0m，強風化巖體內裂隙充填泥質、巖屑，進入弱風化巖體后逐漸閉合；③N70°～80°W/NE∠60°～70°，延伸長度1.0～3.0m，切深0.5～2.0m，裂隙寬1.0～3.0mm，局部更寬，間距0.5～1.5m，強風化巖體內裂隙充填泥質、植物根系，進入弱風化巖體后逐漸閉合；④EW/N∠60°～65°，延伸長度1.0～3.0m，切深0.5～2.0m，裂隙寬1.0～3.0mm，間距1.0～2.0m，強風化巖體內裂隙充填泥質、植物根系，進入弱風化巖體后逐漸閉合。上述4組裂隙中，以第①組最為發育，第②、③較發育，第④組次之。

壩址區巖層呈單斜構造，巖層產狀為N19°E/NW∠28°，傾向右岸略偏上游。

2.2.4 巖體風化帶

在上壩址右岸及河床各布置1個鉆孔，左岸布置兩個鉆孔。根據地表地質測繪結合壓水試驗成果分析表明[5]：表層強風化巖體節理裂隙發育，多呈張性，巖體完整性差，一般大于10Lu，屬于中等透水性。弱風化帶巖體節理裂隙較發育，透水率5～10Lu，屬于弱透水性上帶；微新巖體節理裂隙少量發育，一般小于3～5Lu，屬于弱透水性中帶。壩址兩岸正常蓄水位以下覆蓋層普遍分布，右岸坡腳基巖零星裸露。壩址區巖體風化分帶見表1。

表1 壩址區巖體風化分帶表

2.2.5 巖溶水文地質條件

壩址以上地表集雨面積約22.8km2，碳酸鹽巖分布較廣。庫區主要為(T2b1)碎屑巖地層，左岸坡有三疊系下統大冶組第二段(T1d2)灰、深灰色薄至中厚層泥質灰巖、泥灰巖夾薄層粉砂質泥巖分布，有隱伏巖溶發育。溶蝕裂隙在岸坡亦有分布，總體發育較弱。庫區中部出露巖性為粉砂巖、泥巖等碎屑巖夾少量薄層泥質灰巖、泥灰巖。地下水類型以基巖裂隙水為主，少量巖溶水，主要以分散方式補給庫區河水。

2.3 建壩地質條件論證

(1)建基面選擇

本工程最大壩高39.0m，屬中壩。壩基為T2b1泥質粉砂巖、粉砂質泥巖等。根據土石壩壩型特點，設計將心墻基礎置于弱風化基巖上部，并作固結灌漿處理，兩壩肩需逐漸提升至強風化中帶[6]。上、下游堆體部分需將覆蓋層全部清除，兩岸則清除表層覆蓋層和松散巖石塊體即可。

(2)壩基抗壓縮變形

壩基強風化巖體厚度5.0～7.0m，弱風化厚度9.0～11.0m。強風化巖體承載力加權平均值為fak=0.35～0.40MPa，弱風化巖體為fak=1.2～1.5MPa，能滿足堆石壩壩基承載力要求。

(3)邊坡穩定性評價

壩址區自然邊坡25°～35°，左岸覆蓋層普遍分布，厚5.0～21.0m；右岸覆蓋層厚0.0～16.0m。河床邊有零星基巖裸露，地層巖性為T2b1泥質粉砂巖、粉砂質泥巖傾向右岸偏上游，自然邊坡穩定[7]。

壩基開挖后，壩頂高程以上將會形成最大約50.0m高的人工永久土質邊坡，遇水易局部垮塌變形引發大規模垮塌，需按照合理坡比進行分級開挖，且進行掛網噴錨支護及排水處理。覆蓋層設計開挖邊坡比為1∶1.0～1∶1.25，強風化基巖為1∶0.75～1∶1.0。

(4)壩基防滲處理

壩址區出露地層巖性為三疊系中統版納組第二段(T2b1)青灰，灰綠色薄層狀粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，為相對隔水層。左岸地表以下40～60m為三疊系下統大冶組第二段(T1dy2)泥質灰巖夾泥巖，為中等透水巖體，擬采用懸掛帷幕方式防滲，河床及右岸接相對隔水層[8，9]，即：左岸防滲帷幕端點接水庫正常蓄水位與地下水位交點深入10.0m，帷幕下限以進入地下水位10.0～15.0m為宜；河床段及右岸防滲下限以進入巖體透水率小于3Lu以下10m，導流洞位置下限深入至隧洞底板以下10m。為方便施工，右岸防滲帷幕下限全部下移[10]。帷幕線總長352.9m，帷幕總面積12956m2，單排孔，孔間距2m，地表造孔灌漿。

(5)抗沖刷評價

瀝青心墻堆石壩通過岸坡式溢洪道泄洪，溢洪道出口設有消能設施。由于下游基巖以碎屑巖為主，抗沖刷能力弱。強風化巖體抗沖刷系數取K=1.6～1.8，為防止水庫泄洪對岸坡沖刷引發滑坡、垮塌等地質災害，需對岸坡進行防防沖刷處理。

3 結論

(1)上、下壩址工程地質條件基本一致，均具備建壩條件。同精度地質勘察結果表明：下壩址地質構造及水文地質條件較上壩址復雜。設計選擇地形地貌利于樞紐建筑物布置、地質構造簡單、防滲灌漿量小和邊坡自穩能力強的上壩址方案。

(2)壩基(肩)巖體承載力低，且兩岸覆蓋層及強風化層較厚，剛性壩開挖后，左岸將形成約50.0m高的土質邊坡；右岸將形成約30.0m高的永久土質邊坡。土質邊坡自穩能力差，支護難度極大。因此，設計選擇地質條件適應性強的瀝青心墻堆石壩。

(3)庫區蓄水后不存在沿庫岸、庫尾集中向庫外集中滲漏的現象，僅在庫首存在小范圍裂隙型繞滲，可通過帷幕灌漿處理。庫岸邊坡總體穩定，水庫修建淹沒損失大，庫區存在一定的淤積，水庫蓄水后無誘發地震的可能性，總體具備成庫條件。