小盤河水庫壩基工程地質條件分析

周延國，劉振紅，程 輝

（黃河勘測規劃設計研究院有限公司，鄭州 450003）

1 工程概況

小盤河水庫位于甘肅慶陽市境內涇河的一級支流蒲河下游，下距蒲河與涇河匯合口約10km。

小盤河水庫壩址區多年平均年徑流量2.79億m3，水庫正常蓄水位982.00m，正常蓄水位以下庫容2944萬m3；校核洪水位986.85m，總庫容4732萬m3；死水位970.00m，死庫容541萬m3；興利庫容2016萬m3，工程規模為中型，水庫功能以供水為主。

小盤河水庫大壩為混凝閘壩與均質土壩的組合壩型，樞紐布置由左岸重力壩段、5孔底孔泄洪排沙閘、3孔表孔泄洪閘、引水管壩段、右岸均質土壩組成，壩頂長度273.0m，壩頂高程987.50m，最大壩高35.5m。

2 壩址區地質概況

2.1 壩址地貌單元

屬黃土高原溝壑區，區內溝谷密布，岸坡陡立，地形連綿起伏，黃土塬、梁、峁等黃土地貌形態交錯分布。除河道岸坡局部有基巖裸露外，大部分為第四系黃土所覆蓋，上覆土層厚度100～300m。

壩址區蒲河緊靠左岸自北向南流入，在下游以SE向流出。壩址區河谷呈不對稱“U”形，河床高程956.6～958.1m，黃土塬面高程1192～1200m，高差約200m。壩址區左岸高程990m以下基巖出露，岸坡較陡，坡度50°～70°，上部為黃土岸坡，岸坡坡度35°～45°；右岸為黃土岸坡，地形呈階梯狀，總體坡度10°～20°。

2.2 工程區

屬于隴東區慶陽小區，區域內主要出露白堊系下統（K1）泥灰巖、砂質泥巖、砂巖和第四系地層。

主要出露于左岸990m高程以下，出露最大厚度約35m。巖性主要為灰色、深灰色、灰黑色泥晶灰巖、泥灰巖、泥質粉砂巖夾灰黃色細～中砂狀砂巖。巖層產狀為5°～40°/SE∠5°～20°，壩軸線附近巖層傾角介于10°～20°，壩址下游河床出露基巖巖層傾角小于10°，較平緩，傾向有一定起伏，整體傾向偏上游。

壩址區河谷段發育3層灰黃色砂巖（圖1），其物理力學特性較差，為相對較軟弱的夾層，其分布高程分 別 為947.40～950.46m、932.79～937.59m、919.77～921.59m，3層砂巖分別位于擬建建基面以下2～4m、15～17m、31～33m。其中第1層和第2層砂巖基本連續，第3層砂巖有間斷。

圖1 壩址區灰黃色細～中砂狀砂巖（孔口高程963.47m）

2.2.2 第四系（Q）

上更新統馬蘭黃土（Q3m）：主要分布在黃土塬頂部。巖性主要為灰色、淺灰黃色粉質壤土，質地較均一、結構疏松，常具大孔隙及垂直節理，伴有植物根系、蟲孔、鹽斑等。該層與工程關系小。

壩軸線工程地質剖面如圖2。

圖2 壩軸線工程地質剖面圖

（3）壩址區地質構造不發育，構造條件簡單，未發現斷層通過，節理裂隙主要發育兩組，產狀分別為277°/NE∠70°、9°/NW∠79°，走向分別近垂直于河床和近平行于河床。

（4）壩址區黃土地貌發育，物理地質現象主要為黃土泥石流、崩塌及落水洞等，基巖主要為風化卸荷。

（5）壩址區地下水類型主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙孔隙水。

3 壩基主要工程地質問題及評價

3.1 混凝土閘壩段主要工程地質問題及評價

混凝土閘壩段主要包括左岸重力壩段（25m）、5孔底孔泄洪排沙閘（77.5m）、3孔表孔泄洪閘（55m）和引水管壩段（21m），總長度178.5m。

3.1.1 河谷壩基及左岸壩肩巖體工程地質條件評價

3.1.2 壩基抗滑穩定問題

壩址區第1層和第2層灰黃色砂巖基本連續，第3層砂巖有間斷，對壩基抗滑穩定影響較大的為第1層和第2層。在河谷第1層砂巖中取巖芯樣（圖3）進行室內三軸中型剪切試驗，巖石弱風化，摩擦角φ=27.3°～30.1°、凝聚力C=0.021～0.046MPa。

圖3 灰黃色砂巖

另外，對壩址區河床出露基巖進行了節理裂隙統計，巖層層面產狀為57°/NW∠7°，緩傾上游；主要發育兩組節理，產狀分別為277°/NE∠70°、9°/NW∠79°，走向分別近垂直于河床和近平行于河床，會形成對巖層面的橫縱向切割面，閘壩還存在沿灰黃色砂巖與泥灰巖、泥質灰巖接觸面（圖4）滑動的可能。需進行壩基沿較弱砂巖及砂巖與泥灰巖接觸面的抗滑穩定計算。

圖4 灰黃色砂巖與泥灰巖接觸面

3.1.3 左岸壩肩邊坡穩定問題

左岸壩肩高程990m以下基巖出露，以上為Q1w、黃土。基巖岸坡坡度50°～60°，上部黃土岸坡坡度35°～40°。基巖巖層產狀為30°/SE∠13°～20°，走向總體與河谷走向斜交，傾向坡內偏上游側，為斜向谷。壩肩邊坡為斜逆向坡，地層較緩，層面對邊坡穩定不具控制性，坡體內不存在控制邊坡整體穩定的貫穿性軟弱結構面，邊坡現狀穩定；上部黃土小沖溝發育，現狀黃土岸坡整體穩定。正常蓄水位982m時，基巖岸坡基本穩定，黃土岸坡位于正常蓄水位約10m以上，庫水對黃土岸坡基本無影響。

3.1.4 河谷壩基滲漏與左壩肩繞壩滲漏問題

根據鉆孔壓水試驗成果，強風化及弱風化上部巖體具有弱透水性、局部透水性較強，存在庫水沿透水性較強巖體向下游低鄰谷朱家溝滲漏和繞滲的問題。對該壩段滲透性大于5Lu巖體的滲漏量進行了滲漏計算，壩基沿透水率大于5Lu巖體向下游的滲漏量為4384.92m3/y，繞壩滲漏量為39862.89m3/y。壩基與繞壩滲漏量占總庫容的百分比為0.096%，占壩址區多年平均徑流量的0.035%。建議對透水率大于5Lu的巖體進行帷幕灌漿防滲處理，使防滲帷幕與左岸相對隔水層封閉銜接。

3.1.5 基坑開挖邊坡穩定及涌水問題

基坑開挖后邊坡高度在5~8m，邊坡均為松散覆蓋層，需注意基坑開挖覆蓋層邊坡的穩定問題，建議采取一定的工程防護措施。基坑開挖邊坡低于10m，覆蓋層邊坡可以一坡到底，水下開挖時允許坡比建議為1∶1.5，水上為1∶1.25。

基坑開挖時預計坑內地下水較豐富，存在雨水和上游河水沿砂礫石層及透水性較強巖體的滲漏問題，經基坑涌水量估算，混凝土壩段基坑涌水量為75m3/d，基坑涌水量較小。為確保工程的干地施工，建議做好圍堰防滲并加強基坑防、排水措施。

3.2 均質土壩段主要工程地質問題及評價

均質土壩段布置在右岸，長度94.5m，主要涉及的地層有第四系中更新統離石組，下更新統午城組和白堊系下統涇川組基巖，該壩段主要存在如下工程地質問題。

3.2.1 右壩肩岸坡穩定問題

右岸為黃土覆蓋，地形呈階梯狀，總體坡度15°～20°，局部陡立。根據地質測繪，高程975m以下為第四系下更新統午城組地層，巖性以棕紅色重粉質壤土為主，垂直節理發育，局部發育柱狀節理；高程975m以上為第四系中更新統離石組黃土。岸坡現狀整體穩定，水庫蓄水后，右壩肩及近壩區存在塌岸問題，建議進行護坡處理。

3.2.2 滲漏問題

3.2.3 不均勻沉降問題

均質土壩段與混凝土壩段接觸部位基巖地基與黃土地基的壓縮性差異較大，壩體易在接觸部位形成拉裂縫，建議采取一定的工程處理措施。

3.2.4 滲透穩定問題

4 結語

（1）壩址河谷兩岸呈不對稱的“U”型谷，左壩肩990m以下基巖出露，岸坡較陡，坡度為50°～70°；右壩肩全部為黃土覆蓋，整體坡度10°～20°。河谷覆蓋層為第四系全新統沖積層，厚度4.6～8.3m。

（2）混凝土閘壩段主要布置在左岸及主河槽部位，河床覆蓋層厚4.6～8.3m，建議清除覆蓋層，使閘壩基礎坐落到基巖上。基巖上部巖體風化較強，屬Ⅴ類巖體，不適宜作為閘壩基礎，弱風化巖體為Ⅳ類巖體，采取必要的處理措施后，基礎可置于該類巖體上。

閘壩段巖層產狀平緩，存在3層性狀較差的黃色砂巖且發育近垂直和平行于河床的兩組高陡傾角裂隙，壩基存在沿砂巖或砂巖與泥灰巖、泥質灰巖接觸面滑動的可能。

閘壩段左壩肩為巖質邊坡，現狀整體穩定，蓄水后，邊坡穩定基本不受影響。但該段存在庫水沿透水性較強巖體向下游滲漏的問題，建議采取工程防滲措施。

（3）均質土壩段布置在右岸，右岸為黃土岸坡，水庫蓄水后，右壩肩及近壩區存在黃土塌岸、滲透破壞及不均勻沉降等問題，建議采取相應的工程處理措施。

該壩段存在庫水沿Q4al+pl，Q1w底部砂礫石層及K1j透水性較強巖體的滲漏問題，其中Q1w底部砂礫石層的透水性偏弱，且上游250m范圍的河床及右岸均為厚度大于2m的黃土覆蓋，因此該壩段可只考慮Q4al+pl覆蓋段的防滲，從安全角度考慮，建議在壩下游布置地下水觀測孔以觀測水庫蓄水后壩后的水位變化。