云鎮水庫大壩地質條件分析與評價

任云平

（陜西省商洛市水電勘測設計院，陜西 商洛 726000）

1 概況

云鎮水庫壩址位于鎮安縣西北云蓋寺鎮上游的縣河峽谷段。云鎮水庫的主要任務是農田灌溉和城鎮供水，攔河壩為堆石混凝土重力壩，泄洪建筑物和放水建筑物均布置在壩體內。云鎮水庫正常蓄水位903.0 m，總庫容956萬m3，調節庫容738萬m3，為小（1）型水庫工程，總供水量1074.9萬m3。防洪標準按50年一遇洪水設計，相應洪峰流量為490 m3/s，500年一遇校核，相應洪峰流量為830 m3/s。

2 庫區地質條件

2.1 地形地貌及物理地質

工程區屬秦嶺東段南麓的中低山區，地勢西北高，東南低，高程530 m～1800 m，相對高差400 m～1200 m。區內地形地貌受區域地質構造格局的控制，兩側相對隆起，地貌可劃分中～低山區和河流沖積地貌兩大類型。該段河谷呈“V”型谷，高程1221 m以下，兩岸斜坡陡峻，地形基本對稱，自然邊坡坡度40°～65°。河谷岸坡高角度的構造結構面發育，巖體被切割后，不穩定巖體易形成崩塌及滾石。壩址區階地不發育，主要為河漫灘，根據本次鉆孔資料揭示，壩軸線附近谷底基巖高程848.7 m，砂卵石覆蓋層厚約3.0 m～5.5 m。距壩線上游81 m處及下游92 m處各發育一條小沖溝，規模很小，下切深度不大，且基巖裸露。

2.2 地層巖性

壩址區巖層產狀為一套單斜地層次生結構面不太發育。工程區出露地層為一套上古生界泥盆系及石炭系地槽型沉積地層，局部表面覆蓋第四系松散堆積地層，由新到老分別為第四系（Q）、石炭系地層（C）、泥盆系地層（D），其中第四系（Q）包括第四系沖洪積、崩坡積、坡洪積等松散堆積層，厚度不等。主要分布于河道及兩岸基巖坡腳一帶。工程區大地構造單元處于南秦嶺印支褶皺帶（Ⅱ4）北部的鳳縣-鎮安褶皺束（Ⅱ41）東段。北以鳳鎮-山陽斷裂（F1）與禮縣-柞水華力西褶皺帶（Ⅱ3）為界；南以酒奠梁-板巖鎮斷裂帶（F2）與留鳳關-金雞嶺褶皺束（Ⅱ42）相隔。

2.3 地震及地震動參數

對工程區構造穩定影響較大的鳳鎮-山陽斷裂和酒奠梁-板巖真斷裂。晚更新世以來未見活動跡象。歷史地震活動性較弱，頻度較低，屬相對穩定地區。地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.45，相應的地震基本烈度為Ⅵ度。

2.4 水文地質條件

工程區域地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水和基巖裂隙水兩種。第四系松散層孔隙潛水含水層為沖積砂卵（礫）石層、砂礫（碎）石層、坡洪積的砂壤土，碎塊石等。河床及漫灘水位埋深0.2 m～3.5 m。地下水主要接受大氣降水及地表水補給，以蒸發排泄為主。基巖裂隙水含水層主要為古生界泥盆系上統巖層，地下水主要接受大氣降水補給，多以泉或滲流形式排泄于溝谷或河流中。因受地形切割和斷裂，裂隙發育的不均一性影響，水量一般比較貧乏，呈季節性變化規律。河水為HCO3-－Ca2+－Mg2+型水，壩址兩壩肩地下水為HCO3-－Ca2+型水，壩址區環境水對混凝土無腐蝕性，對鋼結構及鋼筋混凝土結構中的鋼筋弱腐蝕性。

3 大壩地質評價

根據云鎮水庫大壩區的情況，現從地質構造、物理地質現象及風化卸荷特征、壩址區巖土（體）物理特性等五個方面，分別進行分析評價。

3.1 地質構造

構造簡單，主要構造類型有斷層及裂隙：根據壩區地質測繪資料，壩址區左岸發育1條斷層，規模較小，屬高傾角斷層；壩址巖體主要發育兩組裂隙，均以高傾角裂隙為主，未見緩傾角結構面。裂隙走向：傾向20°～40°，傾角69°～70°剪性，面平直，閉合，間距5 cm～40 cm，延伸長度大于5 m。

3.2 物理地質現象及風化卸荷特征

壩區主要物理地質現象表現為巖體風化及卸荷，尤以巖體風化現象表現較為強烈。

3.2.1 巖體風化特征

云鎮水庫壩址區巖體風化程度受巖性、構造及地下水影響明顯，巖體成因及結構特征為主要控制因素，其次為地下水活動的影響。壩址區出露巖性為千枚巖，屬中硬巖，片理發育，易于風化，具有明顯的片狀風化的特點，風化深度較大，風化帶空間分布不均勻。其中強風化巖體呈片狀、碎塊狀，礦物少部分變質，裂面有銹斑。強風化巖體縱波速一般為2306 m/s～3676 m/s，縱波波速平均值（Vp）3143 m/s。弱風化巖體為塊狀～碎裂結構。鉆孔聲波測試變幅較大，巖體縱波速一般為3588 m/s～4565 m/s，縱波波速平均值（Vp）4134 m/s。壩址左岸強風化厚度約為6.3 m～7.8 m，弱風化厚度約為30.9 m～33.8 m；右岸強風化厚度約為6.0 m～7.6 m，弱風化厚度約為32.9 m～39.0 m。

3.2.2 巖體卸荷特征

壩址區岸坡相對高差大于100 m，受自重應力作用，邊坡巖體向臨空存在卸荷回彈變形。卸荷作用主要表現為結構面張開松弛。根據野外調查，壩址左岸巖體風化較為強烈，卸荷深度較大，主要卸荷裂隙產狀與坡面產狀基本一致，卸荷帶巖體呈碎裂或散體結構。壩址區出露巖脈主要以石英脈為主，厚度一般5 cm～20 cm，最大不超過3.0 m。根據野外地質調查可見，巖脈與原巖呈緊密的焊接接觸關系，沿巖脈無不利結構面分布，對壩肩、壩基抗滑穩定基本無影響。

3.3 壩址區巖土（體）物理力學特性

壩址區巖石為灰色-灰綠色千枚巖，變晶結構，千枚狀構造。根據《工程巖體分級標準》（GB50218-94）判別：弱風化及微風化巖體屬中等堅硬巖。弱風化下帶及微風化巖體屬中硬巖。壩基巖體透水率基本小于10 Lu，一般上部大，下部小，透水性分級為弱～微透水。由壩軸線地質剖面對巖體透水性的分帶情況及壩基巖體的風化情況可見，表層強風化及弱風化上部巖體，透水率一般為3 Lu～7 Lu，弱風化中下部及微風化上部巖體，透水率一般為1 Lu～3 Lu，微風化下部巖體透水率普遍小于1 Lu。

3.4 重力壩工程地質分析

3.4.1 左壩肩

壩址左壩肩為基巖斜坡，表部綠泥絹云母千枚巖風化劇烈，強風化帶垂直厚度6.3 m～8.7 m，承載力fk=0.6 MPa～1.0 MPa，裂隙發育，為中等～弱透水性；弱風化垂直厚度26.6 m～30.8 m，承載力fk=1.2 MPa～1.5 MPa，屬BⅢ2類壩基工程地質巖體；下部為微風化巖體，承載力fk=1.5 MPa～2.0 MPa，屬BⅢ1類壩基工程地質巖體。建議在除險加固時清除壩肩上部強風化巖體，壩肩基礎置于弱風化巖體中部，壩肩無不利結構面組合，裂隙對壩肩抗滑穩定影響不大。由于左壩肩存在繞壩滲漏問題，需進行帷幕灌漿處理，處理范圍：水平距離10 m～33 m，深度16 m～30 m。左壩肩施工時，易產生人工高邊坡，同時f1與L2組合在施工開挖形成小型楔形體，應加強支護措施。巖體穩定開挖坡比：強風化1∶1～1∶0.75，弱風化1∶0.5。

3.4.2 河谷

壩址河谷表層為卵石層，厚度3.0 m～5.5 m，強透水性，中等密實，承載力標準值fk=260 kPa，下伏基巖為綠泥絹云母千枚巖，強風化厚度0.0～1.0m，承載力fk=0.6 MPa～1.0 MPa，裂隙較發育，屬CⅣ類壩基工程地質巖體；弱風化垂直厚度16.9 m～18.1 m，屬BⅢ2類壩基工程地質巖體；下部為微風化巖體，承載力fk=1.5 MPa～2.0 MPa，屬BⅢ1類壩基工程地質巖體。建議在除險加固時，河谷壩基置于弱風化巖體中下部，控制壩基抗滑穩定的結構面主要為巖體與砼接觸面，施工開挖坡比：砂卵石水上1∶1～1∶1.25，水下1∶1.75～1∶2，強風化千枚巖1∶1～1∶0.75，弱風化巖體1∶0.5。并建議對上部弱風化巖體進行帷幕灌漿處理，處理范圍：深度20 m～26 m。

3.4.3 右壩肩

右壩肩高程881 m為以下為崩坡積碎石土，厚度1.0 m～3.0 m，結構松散，應予以清除；下部為綠泥絹云母千枚巖，巖體破碎，裂隙發育，強風化帶垂直厚度4.1 m～7.7 m，承載力fk=0.6 MPa～1.0 MPa，屬CⅣ類壩基工程地質巖體；弱風化垂直厚度24.8 m～30.0 m；下部為微風化巖體，承載力fk=1.5 MPa～2.0 MPa，屬BⅢ1類壩基工程地質巖體。建議在除險加固時，清除崩坡積碎石土及強風化巖體，壩肩不存在抗滑穩定問題，壩肩基礎置于弱風化巖體中部。由于右壩肩存在繞壩滲漏問題，需進行帷幕灌漿處理，處理范圍：水平距離55 m～61 m，深度46 m～58 m。穩定開挖坡比：強風化1∶1～1∶0.75，弱風化 1∶0.5。

3.5 大壩穩定性分析

3.5.1 壩基及壩肩抗滑穩定性

壩址地質測繪及鉆探揭示，左壩肩有一條斷層f1，產狀15°∠59°，規模不大，延伸長度小。另外壩址區發育裂隙有兩組。左壩肩f1斷層及兩組裂隙未形成側滑面、底滑面及拉裂面的不利組合，結構面對壩肩抗滑穩定影響不大；右壩肩亦未形成不利結構面的組合，壩肩整體抗滑穩定性較好。但f1與L2組合在施工開挖形成小型楔形體，多分布于上部強風化巖體內，應加強支護措施。

3.5.2 壩肩兩岸邊坡的穩定性

左壩肩基巖裸露，890 m高程以上邊坡35°～50°，以下坡角60°～70°。左岸發育有f1斷層，該斷層與壩軸線交角約7°，斷面傾向坡內及上游，f1斷層與兩組高傾角裂隙未形成不利結構面組合。由于壩肩施工開挖時，易產生高邊坡，建議對壩頂以上人工邊坡進行噴護處理，穩定開挖坡比：強風化1∶1～1∶0.75，弱風化1∶0.5。右壩肩基巖斜坡，自然地形坡度約30°～40°。881 m高程以下坡面覆蓋有1.0 m～3.0 m厚的崩坡積碎石土，下伏綠泥絹云母千枚巖，發育兩組裂隙，無不利組合，右壩肩整體穩定性較好。建議壩肩施工時，應對覆蓋層及強風化巖體進行清除。穩定開挖坡比：強風化1∶1～1∶0.75，弱風化 1∶0.5。

4 結語

通過對云鎮水庫大壩地質勘察、調查分析評價，可得出以下結論：

（1）工程區屬秦嶺東段南麓的中低山區，為峽谷地形，兩岸山體雄厚，不存在永久性鄰谷滲漏問題。壩址兩岸自然岸坡穩定，無較大的工程地質問題，具有建重力壩的地質條件。

（2）壩基為綠泥絹云母千枚巖，強風化承載力fk=0.6 MPa～1.0 MPa，屬CⅣ類壩基工程地質巖體；弱風化巖體承載力fk=1.2 MPa～1.5 MPa，弱風化屬BⅢ2類壩基工程地質巖體；微風化巖體承載力fk=1.5 MPa～2.0 MPa，屬BⅢ1類壩基工程地質巖體。

（3）在除險加固中，對左右壩肩上的崩坡積碎石土及強風化巖體要進行清除，對存在的滲漏問題，需進行帷幕灌漿處理，以確保大壩穩定。