工程地質條件對新疆喬諾水庫壩址比選的影響

仝衛超

(新疆水利水電勘測設計研究院地質勘察研究所，烏魯木齊 830052)

0 前 言

水利工程在可行性研究設計階段需要選擇一個合適的壩址，影響水利工程壩址選擇的因素眾多，如水文專業的庫區積雨面積、河流的凈流量、庫區的淹沒范圍；地質專業的地形地貌、工程地質條件；水工專業的工程布置、施工條件、工程效益及投資等[1]。

1 工程概況

喬諾水庫位于烏瑞克河中下游河段，是烏瑞克河上一座控制性水庫，是一座具有灌溉、防洪等綜合利用任務的水利工程。根據河段地形、地質條件，本階段初擬上、下兩個壩址進行比選，兩壩址相距約2.5km，初擬壩型為瀝青混凝土心墻土石壩。壩址位于新疆烏恰縣烏瑞克河中下游喬諾村附近。水庫西距烏恰縣15km，南距阿圖什市40公里。工程區南鄰3013國道與309省道，壩址前段為康什維爾村村道及阿克氣田修建的便道，后段進入山區為沿河砂礫石便道，交通條件一般。

2 壩址區工程地質條件

2.1 上壩址工程地質條件

1)地形地貌

上壩址位于喬諾村下游2km，該段河谷中部窄，上下游側較寬大。軸線處河谷呈“V”型，河谷底寬170m。左岸山體整體較雄厚，自然坡度50-60°。左岸壩肩段位于單薄山梁，山梁SE走向，山梁頂部寬2m-4m，底寬60-100m。右岸為一橢圓狀基巖山體，山頂最大高程2740m，高出河床420m。右岸岸坡整體順直，自然坡度45-55°。在洪溝出口端無完整的扇形地，巖性主要為洪積碎石土層，受河水的掏蝕形成陡坎，高出河床2-9m。

2)地層巖性

上壩址區出露的地層主要為上古生界石炭系和第四系地層。石炭統巖性主要為微晶灰巖，巨厚層-厚層狀構造，灰色，在壩軸線下游側另發育薄層狀灰巖?；規r巖層產狀280°NE∠50-55°,層面傾上游略傾岸外。受斷裂構造的影響，右岸壩肩巖體多呈次塊狀結構，隱節理發育。巖塊飽和抗壓強度平均值24.7MPa，受構造影響巖塊強度偏低。

第四系地層主要分布于壩址兩岸及河床，第四系沖積砂卵礫石主要分布于現代河床上部及Ⅰ級階地上。第四系崩坡積物主要分布于上壩址區兩岸及洪溝內岸邊坡腳一帶，表層結構松散，下部結構中密。據鉆孔揭露顯示，第四系下更新統沖積物青灰色砂卵礫石，已膠結成巖，泥鈣質膠結，分布于河谷覆蓋層下部109.5m-123m，弱透水性。

3)地質構造

根據相關資料及本次調查，受托特拱拜孜-阿爾帕雷克(F7)斷裂分支影響，壩址區小斷層較發育，主要有4組斷層破碎帶及2條節理裂隙。f1：NNE向，產狀30°NW∠35°，扭性，長度>100m,帶寬1-2cm，帶內主要為角礫巖及少量的糜棱巖。f2：NE向，55°NW∠75°，壓扭性，長度>100m,帶寬5-12cm，帶內主要為角礫巖。f3：NNW向，350°NE∠75°，壓扭性，長度>100m,帶寬0.25-0.4m，帶內主要夾角礫巖及碎裂巖。受構造運動幸運，節理裂隙較發育，L1：NWW向，280-290°NE∠50-55°，面粗糙，大部分閉合無充填，多沿層間發育，傾向上游，發育間距不等，小則1-2m，大則10m以上，延伸長30-100m，個別長達200m以上，兩岸坡均有分布。L2：NE向，50-60°NW∠70-80°，面粗糙，表部多卸荷張開1-3cm，間距2-10m，大則30m以上，延伸長10-50m，個別100m以上。主要分布在左岸壩肩小山梁部位，節理玫瑰花見圖1。

圖1 上壩址區節理玫瑰花圖

4)水文地質條件

壩址區地下水類型主要為孔隙潛水和基巖裂隙水，可分為孔隙潛水和基巖裂隙水：孔隙潛水主要賦存在松散沉積物顆粒間，分布于第四紀現代河床砂卵礫石層中，主要受河水和大氣降水的補給，地下水位隨河水位變化明顯?；鶐r裂隙水主要賦存于基巖裂隙中，沿節理、構造裂隙、風化裂隙和張裂隙運移，主要受冰雪融水及大氣降水的補給，地下徑流短，常以泉水的形式排入鄰近的溝谷中。

5)巖(土)體透水性

上壩址兩岸基巖為石炭統灰黑色、灰色微晶灰巖，受構造影響，巖體呈塊狀-次塊狀，局部呈碎裂鑲嵌結構?，F代河床段覆蓋層透水性強?；鶐r巖體透水性據左岸壩肩上部ZKs3鉆孔壓水試驗成果，0-24m深度范圍內巖體透水率38-94Lu，24-60m深度范圍內巖體透水率14-32Lu,60m以下巖體透水率5Lu。據右岸壩肩上部ZKs4鉆孔壓水試驗成果，5Lu埋深35-75m，3Lu埋深45-85m。河床下伏基巖為上石炭統微晶灰巖，弱風化層厚10-15m。河床段5Lu埋深線一般在基巖面以下10-15m,3Lu埋深線基巖面以下15-25m。

2.2 下壩址工程地質條件

1)地形地貌

下壩址距上壩址約2.5km，兩岸巖性單一均為上新統礫巖。礫巖區受構造影響，右岸溝梁相間，切深較大，洪溝延伸較長。下壩址區河谷呈“V”型，兩岸基巖裸露，谷底寬250m，現代河床寬150m。左岸高出河床約100m高程段為近于直立的礫巖陡壁，自然坡度60-80°，100-130m為寬60-80m的斜坡，自然坡度20-25°。130m之上為高100余米的礫巖陡壁，自然坡度50-65°。 右岸由于構造影響，多洪溝出露，溝內基巖多裸露，僅在出口端堆積碎塊石土層。兩組結構面相互切割使右岸礫巖山體受三面風化形成單薄山梁，整個岸坡溝梁相間。

2)地層巖性

下壩址區出露的地層主要為第三系上新統和第四系地層，第三系上新統為磚紅色、棕褐色、鈣質膠結礫巖，巖層產狀285-300°NE∠22-24°，庫壩區主要分布該套地層。第四系地層主要分布于下壩址兩岸及河床，第四系沖積砂卵礫石主要分布于現代河床上部及Ⅰ級階地上。第四系崩坡積物主要分布于上壩址區兩岸及洪溝內岸邊坡腳一帶，表層結構松散，下部結構中密。

3)地質構造

地質測繪表明，壩址區為單斜構造，壩址區無區域性斷裂通過。壩址區主要有3組斷層破碎帶及3條節理裂隙。f1：NNE向，25°NW∠80°，壓扭性，長度>700m,帶寬約1.5m，帶內主要為碎裂巖。f2：NEE向，80°SE∠80°，壓扭性，長度約300m,帶寬5-15cm，帶內主要為角礫巖及糜棱巖，已膠結，結構密實，與河床大角度相交，傾岸外，傾下游，影響帶寬0.5-1.0m。f3：NWW向，280°NE∠50°，壓性，長度600m左右,帶寬0.1-0.3m，帶內主要為角礫巖及碎裂巖。下壩址區裂隙較發育，延伸較長，相對發育3組，L1：NE向，30-45°NW/SE∠80-85°，面粗糙，間距10-20m，個別間距達50m，裂隙大多平直略起伏，延伸長度50-100m。L2：NEE向，70-80°SE∠75-80°，間距30-50m，裂隙多平直，延伸長一般>50m，該組裂隙主要分布于左岸。L3：NNW向：310-330°SW∠80-85°，面粗糙，閉合無充填，發育間距50-80m，延伸長80-100m。兩岸均有分布。節理走向玫瑰花圖見圖2。

圖2 下壩址區節理裂隙玫瑰花圖

4)水文地質條件

下壩址區水文地質條件與上壩址相同，地下水類型主要為孔隙潛水和基巖裂隙水。據水質分析成果可得，地表水及地下潛水水質較好，對普通水泥無腐蝕，對混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。

5)巖(土)體透水性

據左岸壩肩上部ZKx3鉆孔壓水試驗成果，左岸礫巖5Lu埋深線在基巖面以下35-45m。3Lu埋深線在基巖面以下40-50m。右岸壩肩上部5Lu埋深線在基巖面以下35-40m。3Lu埋深線在基巖面以下45-50m。河床段下伏基巖為上新統礫巖，強化層厚2-3m，弱風化層厚25-35m。河床段5Lu埋深線一般在基巖面以下25-30m深度范圍內,3Lu埋深線在基巖面30-35m。

3 工程地質條件對壩址的影響與分析

根據上述兩個壩址的工程地質條件，上、下兩個壩址工程地質條件分析比較如下：

1)地形地貌：上壩址地形地貌兩岸地形總體較對稱，左岸壩肩為橫向坡，自然邊坡整體穩定，岸坡較陡，基巖裸露；右岸邊坡呈橢圓狀，整體穩定；上壩址天然河床寬180m。下壩址兩岸溝梁相間，地形變化大，巖層為緩傾角，岸坡整體穩定；天然河谷寬280m。上壩址天然河谷寬度比下壩址窄約100m，因此上壩址地形地貌優于下壩址。

2)地層巖性：上壩址兩岸山坡分布第四系崩坡積物，大部分基巖裸露，河床覆蓋層以下基巖巖性為石炭統微晶灰巖，強風化層3-4m，飽和單軸抗壓強度平均值24.7MPa，為較軟巖。下壩址兩岸零星分布第四系崩坡積物，溝壑縱橫，大部分基巖裸露，河床覆蓋性以下基巖巖性為上新統礫巖，強風化層約3m，下壩址區礫巖飽和單軸抗壓強度平均值14.3MPa，為軟巖。經比較可知，上壩址巖性條件優于下壩址。

3)地質構造：上壩址區主要有4組斷層破碎帶及2條節理裂隙；下壩址區主要有3組斷層破碎帶及3條節理裂隙，構造作用下，下壩址區整體呈現溝梁相間，切深較大的復雜地貌。經比較可知，上壩址地質構造條件優于下壩址。

4)巖(土)體透水性：上壩址左岸壩肩相對不透水層埋深60m，右岸壩肩相對不透水層埋埋深45-85m，河床段相對不透水層在基巖面以下15-25m。下壩址左岸壩肩相對不透水層在基巖面以下40-50m，右岸壩肩相對不透水層在基巖面以下45-50m，河床段相對不透水層在基巖面以下30-35m。經比較可知，上壩址巖(土)體透水性優于下壩址。

5)壩基穩定：壩基淺層抗滑穩定問題主要由混凝土與弱風化基巖接觸面控制。上、下壩址均未發現順層緩傾角不利結構面及其組合，上、下壩址的壩基穩定條件相當。

4 結 論

1)在進行壩址比選時，一般從工程地質、工程地質條件、工程布置及工程量、建筑材料、施工條件及工程造價等方面進行比較[2-3]。通過對上、下壩址地貌單元、工程地質條件、水文地質條件、巖體透水率、河床深厚覆蓋層、壩基穩定等條件綜合分析，兩壩址均具備修建當地材料壩工程地質條件，上壩址建壩條件均優于下壩址。

2)壩址選擇是水利工程建設中最基本、最具有整體意義的工作，它直接關系到水工建筑物的安全、經濟和正常的運行管理。工程地質條件在壩址選擇中占有極其重要的地位，選擇一個地質條件優良的壩址，既可以保證建筑物的安全又可以節約成本。對此，加強和重視水利工程前期對區域、庫區、壩址的巖土性質和地質構造勘察，保障壩址選擇的適當性，為水利工程建設奠定堅實的基礎。