贵州乌图河一级水电站坝址工程地质分析

王瑞民

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

乌图河一级水电站位于贵州省水城县花戛乡境内乌图河上，主要建筑物由重力坝、导流洞、引水隧洞、压力前池、压力管道与电站组成。电站为河岸式电站，总装机容量24 MW，年均发电量1.035亿kW·h，工程等级为Ⅳ等，工程规模为小（一）型。

1 地质概况

拦河坝最大坝高15 m，坝顶高程1 272.0 m，正常水位高程1 270.0 m，位于马场河上，河谷断面呈“Ⅴ”型，左岸地形较陡，右岸地形较平缓。左坝肩山体较厚，右坝肩单薄，河床高程1 158.8 m，谷宽30余m。

坝址区地层为第四系松散堆积物和二叠系栖霞组及茅口组（P1q+m）地层。松散堆积物物质组成为：冲积（Qal）高液限黏土，厚0～19 m，结构较密实；残坡积及崩塌堆积（Qedl+col）大块石、块碎石夹少量高液限黏土，厚0～3 m，结构松散；河流冲积（Qal）淤泥及混合土卵石层夹少量块石，厚13.8～36.8 m，其中上部为厚0.6～1.7 m的河流冲积混合土卵石层，中部为厚8.5～18.7 m的河流冲积淤泥层，底部为厚1.3～17.5 m的河流冲积混合土卵石层。栖霞组及茅口组（P1q+m）灰色厚层状灰岩、灰色块状白云岩，岩层产状N25°E·NW∠20°，强风化层厚3～5 m，无软弱夹层，岩溶发育，钻孔揭露有洞径大于1 m的溶洞，为混合土卵石充填。

该工程区域地质构造较复杂，工程区地震基本烈度为6°，地震动峰值加速度值为0.05 g，特征周期值为0.45 s。坝址区构造相对简单，基本为单斜岩层。节理裂隙主要发育两组，在坝址上游150 m处有F1断层通过，F1为压扭性逆断层，断层产状N70°E·NW∠75°～80°，断层长度大于 12 km，破碎带宽 20～50 m，断层破碎带由黄色页岩、泥质粉砂岩、灰岩碎块及赤铁矿等风化物组成，无胶结，影响带宽约50～100 m，断层经过处多为负地形，在花戛寨旁形成单面山。

区内栖霞组及茅口组为强岩溶含水透水层，地表溶洞、洼地、落水洞极发育，地下岩溶管道与暗河发育。坝址下游约25 m有一暗河溶洞进口，为区内地表及地下水主要通道，区内地下水类型主要为松散岩类孔隙水及碳酸盐岩类岩溶水。

2 工程地质问题及评价

2.1 坝基渗漏

据坝址地质资料表明，坝基主要渗漏层为第四系松散层和基岩风化带。

2.1.1 第四系松散层渗漏

坝基钻孔资料表明，第四系松散层上部为厚0.6～1.7 m的河流冲积混合土卵石层，中部为厚3.5～18.7 m的河流冲积淤泥层，底部为厚1.3～17.5 m的河流冲积混合土卵石层；在钻孔钻进上部混合土卵石层及中部淤泥层时，孔口没有循环水返出；当钻进底部混合土卵石层（在初设河床两边钻孔中也有此现象）时，孔口有循环水返出，说明中部淤泥层具相对隔水性，渗透性较小。因此在计算坝基渗漏时，当淤泥层未被揭穿时，只考虑上部河流冲积混合土卵石层渗漏，坝基渗漏量的计算可按下式计算：

式中：Q——渗漏量，m3/d；

B——渗漏带宽度，m；

q——坝基单宽渗透量，m3/d·m；

kcp——渗透带平均渗透系数，m/d，取10；

H——坝前正常蓄水位，m；

2b——坝基宽，m；

T——渗透层厚度，m，取1.7。

经计算得第四系松散层渗漏量为447.52 m3/d。

当淤泥层被揭穿时，渗透层厚度为19.2 m，大于坝基宽度，故采用均质透水层无限深条件下的坝基渗漏量公式进行计算：

式中：B——渗漏带平均宽度，m；

qr——坝基单宽渗透量，m3/d·m；

K——渗透带平均渗透系数，m/d，取10；

H——坝前正常蓄水位，m；

b——坝基宽，m；

y——渗透层计算厚度，m，取19.2。

经计算得第四系松散层渗漏量为1 295.27 m3/d。

2.1.2 基岩风化带渗漏

通过钻孔注水试验可知，基岩风化带渗透系数为1.66 m/d，根据本区岩溶地层岩溶裂隙及局部岩溶通道渗漏特点，综合考虑取渗漏带渗透系数3.0 m/d。代入式（2）计算得坝基基岩渗漏量为224.91 m3/d。

在坝基下淤泥未被揭穿时，坝基总渗漏量为447.52 m3/d；在坝基下淤泥被揭穿时，坝基总渗漏量为1 520.18 m3/d，其中第四系松散层渗漏量占坝基总渗漏量的85.2%。建议对其进行防渗处理，处理深度宜深入到基岩以下3~5 m处。

2.2 渗透稳定

坝基地层为第四系松散覆盖层，属多层结构，上部为厚0.6～1.7 m的河流冲积混合土卵石，中部为厚3.5～18.7 m的河流冲积淤泥，下部为厚1.3～17.5 m的混合土卵石、级配不良砾等。混合土卵石结构松散，分布不均，淤泥分布较厚、较软。坝基混合土卵石和淤泥渗透变型类形有可能为流土或管涌，两种渗透破坏类型应同时考虑。

2.3 坝基承载能力

天然坝基上部为13.8～36.8 m的河流冲积混合土卵石和淤泥，混合土卵石结构松散，分布不均，承载力特征值为200～250 kPa；淤泥层标贯击数小于1击，含水率、孔隙比大，压缩性高，承载力特征值为5 kPa。

天然坝基淤泥层较厚、承载力低、稳定性差，存在渗漏及渗透稳定问题。建议将覆盖层及强风化层全部清除，将坝基放置在中等风化基岩上，开挖时应注意基坑边坡尤其是淤泥层边坡的稳定问题；若全部清除难度过大，可考虑对地基进行加固及防渗处理，对淤泥层进行高压旋喷固结防渗处理。因卵石混合土层中可能有较大的孤石存在，可采用固结灌浆处理，基岩风化带采用灌浆处理。

2.4 绕坝渗漏

左、右两坝肩基岩裸露，岩溶发育，坝下游紧接一暗河溶洞，洞内水位低于水库蓄水位，存在沿岩溶通道及裂隙的绕坝渗漏，排泄点主要为坝下游的溶洞。

2.4.1 左坝肩渗漏

左坝肩主要是P1q+m灰岩的渗漏，包括管道型岩溶通道渗漏和裂隙型岩溶渗漏。该区水文地质条件复杂，本次采用两种方法进行估算、比较：一是在不考虑绕渗宽度的情况下，取渗透系数3.0 m/d，采用相应公式进行粗略估算得左岸绕坝渗漏量为3 867.6 m3/d；二是根据左岸地下水位高程，推测左岸绕坝渗漏带宽度为2 213 m，取渗透系数3.0 m/d，采用简单水文地质条件下裘布依公式进行估算得左岸绕坝渗漏量为3 593.9 m3/d。通过估算比较，建议左岸绕坝渗漏量按3 867.6 m3/d考虑。

2.4.2 右坝肩渗漏

在坝址右岸约400 m处存在一通向坝下游的溶洞，推测右岸绕坝渗漏带宽度为400 m，渗透系数为3.0 m/d，计算得右岸绕坝渗漏量为2 352.0 m3/d。综上所述，建议对左、右两岸基岩作帷幕灌浆处理。

2.5 坝肩稳定性

左、右两坝肩基岩裸露，岩溶发育，坝址岩层产状N25°E·NW∠19°，岩体表层强风化层厚 3～5 m，岸边裂隙主要发育两组：第 1 组 N10°～20°E·NW∠60°～75°，第 2 组 N30°～60°W·SW 或 NE∠65°～75°；坝址岩体主要受3组结构面（一组层面、两组裂隙）控制，将岩体切割成块状，两组裂隙为陡倾角结构面，层面为缓倾角结构面。左坝肩坡面坡向与层面及第1组裂隙面倾向相反，虽与第2组裂隙面斜交，但第2组裂隙面倾角大于坡角，故左坝肩不存在整体滑动问题。右坝肩坡面坡角与第2组裂隙面倾向相反，与层面及第1组裂隙面倾向相同，层面倾角小于坡角，且倾向与坡向不同，对抗滑稳定影响不利，但由于灰岩层间具有一定的咬合力，抗剪强度较大，故沿层面整体滑动的可能性不大。

总体来看，两坝肩抗滑稳定性较好，但由于两坝肩坡面较陡，山体内陡倾角节理裂隙发育，有可能产生崩塌、坍塌、掉块。建议将两坝肩强风化层清除，放在新鲜或弱风化基岩上，开挖边坡 1∶0.5～1∶0.75，并进行固结灌浆处理。

3 结论及建议

工程区位于扬子准地台黔北台隆六盘水断陷普安山字型构造脊柱部分与东西向构造交汇带，区域地质构造较复杂。工程区地震基本烈度为6°，地震动峰值加速度值为0.05 g，特征周期值为0.45 s。天然坝基表层为13.8～36.8 m的河流冲积卵石混合土、级配不良砾及淤泥等，其下为灰色厚层状灰岩，炭质灰岩，无软弱夹层，岩溶发育，强风化层厚3～5 m。坝基存在渗漏及渗透稳定问题，建议将覆盖层及强风化层全部清除，若全部清除难度较大，可考虑对地基进行加固及防渗处理，对淤泥层进行高压旋喷固结防渗处理，卵石混合土层和基岩强风化层采用固结灌浆处理。左、右两坝肩基岩裸露，岩溶发育，存在沿管道型及裂隙型易溶通道的绕坝渗漏，建议进行防渗处理；蓄水后坝肩基岩可能产生崩塌掉块，建议将两坝肩强风化层清除，坝体放在新鲜或弱风化基岩上，并进行加固处理。