龍門洞口水庫地質(zhì)條件分析及壩型優(yōu)化比選

曲芯雨

（四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都 610000）

峨眉山位于四川省峨眉山市，處于多種自然要素的交匯地區(qū)，區(qū)系成分復(fù)雜，生物種類豐富，特有物種繁多，保存有完整的亞熱帶植被體系，海拔3099 m，高出峨眉平原2700多米，氣候垂直分帶顯著，植被垂直分異明顯。地形西南高、東北低，山中河流流向均自西向東，匯入大渡河后繼續(xù)東流至樂山注入岷江。壩址區(qū)交通方便，較為發(fā)達。本文基于水庫壩址區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)條件，對水庫壩型進行比選。

1 庫區(qū)地質(zhì)概況

峨眉山最大相對高差達2600 m。水庫庫區(qū)所在地為中山峽谷，由于河流的侵蝕與溶蝕作用、地殼的垂直升降運動，庫區(qū)內(nèi)可見河谷地貌與喀斯特地貌。水庫壩區(qū)附近的有大量受水流沖蝕仍保留的強度較高的石塊，河段上游有堅硬的、可供開采的玄武巖，經(jīng)地質(zhì)錘敲擊估計強度均在25 MPa～50 MPa，可用于筑壩材料。混凝土壩的骨料、土石壩的堆石壩體，由于缺乏粘性土，若修建土石壩則需從外地運輸，成本較高，不經(jīng)濟，壩區(qū)兩岸有通往峨眉山景區(qū)的公路，道路車流量較大。各種壩型對外交通條件和場地條件類似，布置施工生產(chǎn)生活設(shè)施[1]。上游村莊較多，需要考慮水庫蓄水后的可能造成的移民問題，并且建壩過程中聲音嘈雜、粉塵較大、河流被截斷等可能影響當?shù)鼐用裆罴熬皡^(qū)運行，需提前溝通。

龍門洞地區(qū)地層為三疊系，其沉積、層面構(gòu)造非常典型，發(fā)育完全。由上游庫區(qū)淹沒區(qū)（五顯崗）到壩區(qū)（龍門洞口）的巖性分布如下：

（1）五顯崗至挖斷山斷層。主要為峨眉山玄武巖，且大多數(shù)處于微風(fēng)化或弱風(fēng)化狀態(tài)，由西到東逐漸過渡到破碎狀態(tài)。

（2）挖斷山斷層至牛背山斷層。主要為石英巖，巖性堅硬，但石灰?guī)r的巖溶現(xiàn)象顯著，沿途有兩個處于不同高層的溶洞，為峨眉山礦泉水公司取水點。

（3）牛背山斷層至擬建壩址。主要為砂巖、頁巖和泥巖。巖性堅硬，風(fēng)化程度較低。

2 水庫壩址區(qū)工程地質(zhì)條件分析

2.1 壩基（肩）穩(wěn)定性分析

（1）壩基

庫壩區(qū)的嘉陵江組巖層，下部是白云巖夾云泥巖，中部為灰?guī)r及泥灰?guī)r（上部在此地已被風(fēng)化，不存在）。白云巖和灰?guī)r為硬巖，強度較高，結(jié)構(gòu)致密。巖層傾向上游，傾角較大，不利于形成單一的滑動面，但需要考慮可能有幾組結(jié)構(gòu)面形成連續(xù)的滑動面。另外，此處庫容小，壩高低，揚壓力低，對壩基承載力要求不高，較為安全。由于白云巖和灰?guī)r均為化學(xué)巖，具有可溶性，在流水的作用下易形成洞穴、地下河等巖溶現(xiàn)象。因此需要對此處進行更細致的考察，確定有無巖溶，及時采取措施以免造成坍塌等安全問題。

（2）壩肩

壩區(qū)河段左右岸不對稱，巖層軟硬相間，可能造成不均勻變形。但若不修建拱壩，則影響不大。施工時可將右岸的殘積物挖去，削成陡坡，或者采取填坡腳的措施，加固右岸。需要挖去兩岸的風(fēng)化層，使壩修在新鮮面上，增加穩(wěn)定性。

2.2 壩址區(qū)邊坡穩(wěn)定分析

庫區(qū)上游區(qū)段具有十分明顯的柱狀結(jié)構(gòu)，見圖1，為原生結(jié)構(gòu)面，其后漸為破碎狀，節(jié)理發(fā)育。中游區(qū)段，為原生結(jié)構(gòu)面，牛背山斷層為逆斷層，為次生結(jié)構(gòu)面。下游區(qū)段為砂巖地區(qū)，為沉積巖原生結(jié)構(gòu)面。

圖1 庫區(qū)上游區(qū)段柱狀結(jié)構(gòu)

在庫區(qū)中段，巖質(zhì)邊坡的石灰?guī)r巖石結(jié)構(gòu)面幾乎呈水平，方向與河道一致。巖性較好，但溶蝕現(xiàn)象嚴重，并且期間的挖斷上斷層（225°∠50°）和牛背山斷層（70°∠80°）均與河道大角度斜交，傾角也較大。

庫區(qū)下游段為縱谷，坡為斜坡，沉積巖結(jié)構(gòu)面幾乎垂直于水平面，延伸方向與河道相同，多為砂巖和頁巖，可以得出結(jié)論，庫區(qū)邊坡穩(wěn)定性差，容易發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

壩區(qū)主要結(jié)構(gòu)面垂直于河流流向，為沉積巖原生結(jié)構(gòu)面，另一組結(jié)構(gòu)面與河流流向平行，是地質(zhì)運動造成的次生結(jié)構(gòu)面。壩區(qū)位于挖斷山以下，巖體為沉積結(jié)構(gòu)面，主要產(chǎn)狀為310°∠73°，大傾角與上游相交。巖體表面還存在許多次生結(jié)構(gòu)面，把巖體分割成多個未脫落的破碎塊，邊坡不穩(wěn)定。

3 水庫壩址區(qū)地質(zhì)處理措施

通過地質(zhì)勘查和分析，龍門洞口水庫庫區(qū)可能存在邊坡失穩(wěn)和水庫壩區(qū)滲漏等問題，必須采取相應(yīng)措施加以處理。

3.1 邊坡失穩(wěn)防治措施

在五顯崗至龍門洞這段路，沿河的一邊有一處山體滑坡，此處滑坡主要因為地層巖石為三疊系上統(tǒng)的泥巖與頁巖互存，泥巖遇水極易軟化，在洪水期雨水侵入，巖體自重增加、遇水軟化，產(chǎn)生滑坡。防治滑坡的工程措施很多，如設(shè)置滑坡體外截水溝、改變滑坡體的外形、設(shè)置抗滑建筑物等。

在五顯崗—龍門洞這段路，有兩處崩塌。其中一處位于交通要道旁邊，崩塌一旦發(fā)生，就會使公路和鐵路被掩埋，阻隔交通，給運輸帶來重大損失。另一處崩塌位于背斜核部，由于距背斜核部近，裂隙發(fā)育，巖性下降，同時由于水進入裂隙，降低鉸接強度，從而降低了巖體強度。此處發(fā)生崩塌，會擋住引水渠，影響水電站發(fā)電。因此可修筑支擋工程、鑲補溝縫及布置排水建筑物等措施防止崩塌。

3.2 水庫壩區(qū)滲漏處理

水庫四周山體較厚，水庫周圍的巖層夾泥較多，封閉性較好，不易造成滲漏。水庫周圍巖溶現(xiàn)象較多，需要采取措必要措施，避免集中滲漏。

壩區(qū)左岸巖層夾泥較多，透水性差，難以造成繞壩滲漏；右岸殘積物較多，且次生結(jié)構(gòu)面(235°∠80°)極為發(fā)育，需要考慮繞壩滲漏；對于壩基，由于巖石的可溶性，需要考慮巖溶造成的繞壩滲漏，并采取一定措施。

4 水庫壩型優(yōu)化比選

水庫壩型的選擇主要有混凝土壩與心墻壩、堆石壩、土石壩等。

4.1 拱壩和重力壩比選分析

混凝土壩又分為拱壩和重力壩。對于拱壩而言，此河段雖是峽谷，但兩岸不對稱，巖層軟硬相間，右岸次生結(jié)構(gòu)面發(fā)育，邊坡不穩(wěn)定。若修建，則可能導(dǎo)致壩肩不均勻變形，造成嚴重事故；雖然也可采取措施繼續(xù)修建拱壩，但并不經(jīng)濟。對于重力壩而言，壩體體積大，耗用水泥多，運輸費用高；施工期混凝土溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力大，對溫度控制要求較高。相比來說，修建重力壩不失為一個較優(yōu)的選擇。

4.2 心墻壩、堆石壩、土石壩比選分析

當?shù)夭牧蠅沃饕行膲?、堆石壩、土石壩?？紤]到缺乏粘性土，此處主要考慮修建混凝土面板堆石壩。面板堆石壩與重力壩在優(yōu)點上相近。面板堆石壩中的面板需要一定量的粘性土，運輸增加成本；重力壩受自然條件影響較大。兩者有一定局限性。因此，若是修建混凝土面板堆石壩，則克服了兩者的弊端，充分的發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢，具有工期短、投資省、收益早的明顯優(yōu)點[2]，屬于最佳選擇。

地質(zhì)條件及壩型論證分析表明，混凝土面板堆石壩最優(yōu)，其地質(zhì)條件適應(yīng)性強、樞紐布置簡單、工程投資效益好，設(shè)計優(yōu)選混凝土面板堆石壩方案[3]。

5 結(jié)論

綜合考慮龍門洞口壩址的地形、地質(zhì)、水文條件等實際情況，應(yīng)選擇修建混凝土面板堆石壩[4]。

（1）由于河段流量并不太大，可以將溢洪道布置在壩面，減少成本；調(diào)查庫、壩區(qū)巖溶發(fā)育情況，做好防滲工作，可在上游采取鋪蓋防滲，在兩岸邊坡采取排水措施，特別注意連通外部的大型巖溶通道。

（2）調(diào)查周圍山谷的地形情況、水文條件，做好庫區(qū)滲漏的分析；需要注意上游村莊處遺留的古滑坡問題，在庫岸做好防滑措施。

（3）壩基和右岸巖體加固，增加壩基及壩肩的穩(wěn)定性；在施工運行期，根據(jù)水文信息，做好水文預(yù)報、興利調(diào)度，確保電站得以安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的運行。