黃家溝水庫壩址區工程地質條件分析與壩型優選

楊勇建

（貴州眾誠天河水利工程有限公司，貴州 貴安 550003）

0 引言

黃家溝水庫位于貴州省畢節市赫章縣財神鎮，該工程的主要任務是向財神鎮供水，城鎮年需水量66.3萬m3，水庫年供水總量67.2萬m3。壩址距赫章縣22.0 km，距畢節市102.7 km，距貴陽市277.5 km，工程區道路交通條件較好。在黃家溝水庫地質勘察中，根據《中小型水利水電工程地質勘察規范》（SL 55—2005）、《水利水電工程地質勘察規范》（GB 50487—2008）等規范要求，結合項目建設任務及工程規模，通過地質勘察，對庫區、壩址區的區域構造穩定性、工程地質和環境地質等關鍵內容進行全面分析論證［1-3］，為選定壩址、壩型、工程樞紐布置及建筑結構體型優化提供翔實的地質勘察數據資料，確保工程設計方案具有較高技術可行性和經濟優越性。

1 區域地形地貌

勘察區域處于云貴高原中部，烏蒙山脈北段，總體地勢西高東低，以巖溶、侵蝕地貌為主。區內高程大多在1 690～2 401 m，最高點位于赫章縣財神鎮東北部的海塊梁子，海拔高程2 401 m，最低點位于南部魚塘—大海子附近，海拔高程1 690 m，地形起伏最大高差為711 m，其山峰連綿，形成山巒起伏的中山及低中山。區內河流蜿蜒曲折，以財神河為主干流，向下游匯聚于烏江內，溝谷密集，呈樹枝狀展布，總體流向由北向南，河谷深切，財神河為最低排泄基準面。在崇山峻嶺間偶有面積不大的山間槽谷和溶蝕洼地盆地，以及分布著切割達20～250 m 的深邃V 形谷。測區所屬大地構造單元為羌塘—揚子—華南陸塊（一級構造單元）、揚子陸塊（二級構造單元）、黔北隆起區（三級構造單元）、遵義臺地區（四級構造單元）、畢節北東向構造變形區（五級構造單元），測區位于畢節北東向構造變形區西部。

2 水庫上下壩址區工程地質條件對比分析

根據趙武溝息馬臺斷面至趙武溝匯入余家溝河段地形地質條件，結合水庫大壩建設規模等要求，優選河谷相對狹窄、對稱性相對較好的上、下兩個壩址進行地質勘察，如圖1所示。

圖1 壩址比選位置

2.1 地形地貌條件差異

上壩址河段位于趙武溝中下游，壩址河段長約150 m，河流自西南向西流向，河床高程1 784～1 789 m，河流比降較緩，河床寬2～4 m，谷底寬15～30 m，正常蓄水位1 816 m 處谷寬約62 m，寬高比2.21；下壩址位于上壩址下游約200 m 處，壩址河段長約150 m。在平面上呈C 形彎曲，河床高程1 776～1 782m，河流比降較緩，河床寬2～4 m，谷底寬22～40 m，正常蓄水位1 805 m處谷寬約67 m，寬高比2.68。經比較，兩壩址庫岸高大寬厚，不存在低于正常水位的埡口，地形封閉條件好，上壩址河谷相對狹窄，其地形地貌條件略優。

2.2 地層巖性條件分析

上壩址河床覆蓋層厚8.0～10.0 m，左岸坡覆蓋層厚0～2.5 m，右岸坡覆蓋層厚0～2.0 m。基巖、壩肩為P2b暗綠、深灰色玄武巖夾暗綠色凝灰巖，巖體均一性一般。下壩址河床覆蓋層厚10.0～12.0 m，左岸坡覆蓋層厚0～3.5 m，右岸坡覆蓋層厚0～2.0 m。基巖為P2b暗綠、深灰玄武巖夾暗綠色凝灰巖；壩肩為灰色、黑色凝灰巖夾玄武巖，巖體均一性差。經比較，下壩址河床覆蓋層更厚且巖體均一性較差，上壩址地層巖性條件優。

2.3 地質構造條件分析

上、下壩址區均無破壞性地質構造通過，凝灰巖似層面產狀為N65°～75°W∠10°～15°，壩址區巖體主要發育有3 組節理裂隙。同時，上壩址還發育有緩傾左岸的裂隙結構面，寬約1～5 cm，無填充或少量泥質、巖屑填充。經比較，上、下壩址均存在裂隙發育，但整體構造條件下壩址略優。

2.4 水文地質條件分析

上、下壩址區出露火成巖，地下水類型主要為基巖裂隙水，類型單一，無巖溶發育。上壩址受裂隙影響，地下水位略高于河床，為地下水補河水。下壩址兩岸地下水位較高，為地下水補河水，下壩址水文地質條件略優。

2.5 防滲處理分析

上壩址邊底界接P2b 弱風化相對隔水巖體，右岸向壩肩延伸，左岸沿交通隧洞布置，防滲面積為10.6×104m3，共計防滲帷幕長272 m，帷幕鉆孔進尺6 257 m，防滲帷幕灌進尺5 971 m。下壩址邊底界均接P2b弱風化相對隔水巖體，兩岸向兩壩肩延伸，防滲面積為5.67×104m3，共計防滲帷幕長230 m，帷幕鉆孔進尺3 935 m，防滲帷幕灌進尺3 450 m。經比較，上壩址防滲工程量大，下壩址防滲處理較上壩址容易，下壩址略優。

2.6 抗滑穩定及變形穩定分析

上壩址區壩基肩基巖體由玄武巖、凝灰巖組成。根據鉆孔揭露，凝灰巖多為暗綠色，成分單一；壩區玄武巖強度較高，凝灰巖強度稍低，層面間咬合較差，抗剪強度相對較低，對壩肩抗滑及變形穩定有一定的影響［4］。下壩址區壩基巖體由玄武巖及凝灰巖組成，壩肩巖體由玄武巖、泥質凝灰巖組成，根據鉆孔揭露，壩址區凝灰巖成分不一，巖性均一性差，存在壓縮變形問題，壩基肩的抗滑穩定問題突出。下壩址受壩基巖石性質、巖性均一性等條件影響性更大，上壩址條件更優。

2.7 壩址比選結果

從地形條件、工程地質及水文地質條件、成庫條件等方面來看，上下壩址各有優劣。但上壩址適宜建剛性壩和柔性壩，而下壩址僅適宜建柔性壩。另外，上壩址較狹窄，兩岸高大寬厚，有利于大壩兩壩肩及泄洪建筑物布置［5-6］。綜合比選，下壩址建壩成庫技術條件和經濟性較上壩址略差，優選上壩址作為黃家溝水庫工程的代表性壩址。

3 水庫壩型比選及工程地質評價

3.1 壩型比選

根據上壩址地質條件，適宜修建剛性壩及柔性壩，現擬堆石混凝土重力壩、混凝土面板壩兩種壩型方案進行比較，評價結果如表1所示。

表1 壩型工程地質條件比較結果

壩址地形地質條件均具備建立重力壩、面板壩的條件，經綜合比較，兩種壩型的工程地質條件相當，即地形、地質條件不成為壩型比選的控制性因素，經水工、概算等相關專業通過樞紐布置、經濟等多方面因素綜合比較，推薦堆石混凝土重力壩為選定壩型。

3.2 工程地質評價

面板堆石壩方案樞紐由混凝土面板堆石壩、右岸正槽式溢洪道、左岸取水兼放空隧洞等組成。大壩為混凝土面板堆石壩，壩軸線方位角N5°9′14″W，壩頂高程1 818.5 m，河床趾板建基面高程1 780.0 m，最大壩高38.5 m，壩頂長96.58 m。壩頂寬為6.5 m，壩頂上游側設倒T形混凝土防浪墻，墻高2.2 m，頂部高程為1 819.7 m，墻頂高出壩頂1.2 m；防浪墻上游側底部設置1.0 m 寬的小道，以便檢查行走。壩軸線地質剖面示意圖，如2所示。

3.2.1 建基面的選擇。黃家溝水庫弱風化中上部巖體具有較高的力學強度，能夠滿足趾板建基要求，建議河槽段趾板建基面置于弱風化中上部，兩岸坡趾板建基面可置于強風化玄武巖中下部，兩岸開挖深度8～13 m。壩址區巖體裂隙發育，強風化巖體較破碎，完整性差，建議做全斷面固結灌漿處理。大壩中、下游其余部分對地基承載力要求不高，建議清除覆蓋層，整平地基，采用基巖作為堆石區地基基礎，可滿足要求。

3.2.2 地基承載力及壓縮變形。趾板基礎建基面主要置于強風化下部至弱風化上部巖體，堆石區建基面主要置于強中下部至弱風化中上部巖體中，玄武巖允許承載力3.0～3.5 MPa，凝灰巖允許承載力2.0～2.5 MPa。由于基巖風化差異，填筑區地基巖體質量不均一，存在一定的變形差異，但變形量有限，差異不明顯，加上壩體不高，不均勻沉降量小，地基承載力滿足大壩填筑穩定要求。

3.2.3 壩肩邊坡穩定條件。大壩溢洪道布置于右岸，右岸壩頂高程以上開挖最大邊坡高約60 m，壩頂以下邊坡高約40 m；左岸開挖壩頂以上邊坡高約41 m，以下邊坡高約42 m。大壩左、右岸開挖后，受裂隙切割影響，坡面存在小規模不穩定楔塊，需進行加固處理；對于覆蓋層及強風化巖體穩定性差、邊坡巖體極破碎、自穩能力差等區域，需采取邊坡分級放坡、掛網噴漿加強錨固等措施。左、右岸壩基上游面邊坡開挖坡比為覆蓋層1∶1～1∶1.25、強風化巖體1∶75～1∶1、弱風化巖體1∶0.5～1∶0.75。

圖2 面板壩壩軸線地質剖面

3.2.4 壩基滲漏與防滲處理。壩基巖體主要位于弱風化玄武巖內，為弱透水巖體，下部巖體為微風化巖體，兩壩肩基礎置于弱風化巖體上部，巖體完整性較好，局部裂隙發育，為弱至中等透水巖體。帷幕灌漿線沿趾板X 線布置，右岸向壩肩延伸，左岸沿灌漿兼交通隧洞布置，帷幕底界為壩基以下25 m 左右，結合巖體透水率q≤5 Lu 來控制，防滲帷幕邊界左右兩岸端點接地下水位，端點下限深入地下水位不小于10 m，且透水率q≤5 Lu。防滲帷幕線長280 m，防滲面積1.1×104m2。按單排孔，孔距2 m，共布孔141個，三序孔施工；造孔總進尺6 257 m，其中帷幕灌漿進尺5 971 m，無效進尺268 m。

4 結語

為合理確定黃家溝水庫的建壩壩址和壩型，結合區域地貌和優選建壩河段，從地形地貌、地層巖性、地質構造、防滲處理等方面，對優選的上、下壩址區的地質條件進行詳細論證分析，優選與工程實際特性更匹配的上壩址和混凝土面板堆石壩方案。并結合地質評價結果，對面板壩建基面選擇、壩肩穩定性、壩基滲漏和防滲處理等關鍵內容進行了分析研究，為水庫樞紐建筑物布置及結構體型設計提供翔實的地質資料與結論建議，確保高效優質的施工建設。