喀麦隆Mekin水电站坝址区工程地质问题及处理建议

任梦宁

(机械工业勘察设计研究院，陕西西安 710043)

喀麦隆Mekin水电站坝址区工程地质问题及处理建议

任梦宁

(机械工业勘察设计研究院，陕西西安 710043)

喀麦隆Mekin水电站位于喀麦隆南部省境内，处于西南部的刚果克拉通稳定地块西北边缘地带。坝址区主要由第四系堆积物及新元古代云母长英质变晶糜棱岩组成。通过对坝址区工程地质勘察，提出了工程地质处理建议，同时确定了坝基抗滑稳定的主要因素是受坝基岩体的抗剪强度所控制，而非混凝土与岩体的抗剪 (断)强度。

坝基特性;渗漏;抗滑稳定;处理建议

1 工程概况

Mekin水电站［1］位于喀麦隆南部省境内，属梅约梅萨娜行政区内的德加河(Dja)流域，位于Dja、Lobo及Sabe河交汇处下游1.5 km的Mekin村旁，距首都雅温德约200 km，为热带雨林区，植被茂密。该水电站是以发电为主，兼有内陆养鱼、旅游和灌溉等综合利用的水利枢纽工程;主要由枢纽区、输电线路、进场公路等组成。总库容为2.10×108m3，电站总装机为1.50×104kW;Mekin水电站水库为大(2)型水利枢纽工程。拟建坝址分为主坝和副坝，主坝总长710.00 m，最大坝高17.3 m;副坝全长295.00 m，位于主坝左侧山体凹口。主副坝均采用砾石土斜墙砂砾坝，坝顶高程615.20 m，坝顶宽4.00 m。

2 坝址区的基本地质条件

2.1 地质概况

河谷地形开阔平缓，平面呈“S”形发育，海拔高程604.0～621.5 m。副坝位于主坝左岸东南方向分水岭处，距德加河(Dja)310 m，海拔高程610.0 ～630.0 m，坝址区左右岸坡较缓，为德加河二级阶地冲积堆积的壤土、含砾壤土及砂砾石层覆盖。河流呈东向西，比降0.1‰ ～0.18‰。

坝址区勘察范围内的地层按岩土的工程地质特征可划分为九个工程地质层，七个亚层。分别为①壤土、②碎石土、③-1细砂、③-2粉砂、③-3砂壤土、④-1砂壤土、④-2砂砾石及粉细砂互层、⑤-1壤土、⑤-2含砾壤土、⑥砂砾石层、⑧云母长英质变晶糜棱岩、⑨石英长石岩脉。

喀麦隆大部分领土位于古老的非洲基底之上，在地质上可分为受不同造山事件影响的两个地质单元——刚果克拉通、中非造山带。工程区处在喀麦隆西南部的刚果克拉通稳定地块西北边缘地带，区内没有发生造山运动。

坝区地质构造比较简单，岩层产状:倾向300°～330°，倾角20°～35°，岩体片理发育。两坝区经地质调查及勘察未发现断层。

坝区地下水按照含水层岩性组成和埋藏条件可分为以下两种类型:

(1)孔隙潜水 埋藏于漫滩，一、二级阶地下部堆积的砂砾石层中，水位高程受季节影响变幅较大，该层地下水受大气降水、河水影响较大。

(2)基岩裂隙潜水 主要分布于河流周边基岩全风化、强风化、卸荷带内，系无压层间水，地下水位受降雨量影响明显，含水层富水性相对较好，为当地居民人畜饮用水主要水源。

河水对混凝土具中等腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋、钢结构具弱腐蚀性;地下水基本无腐蚀性。

2.2 岩土工程地质特性

坝基地层由松散覆盖层和基岩组成，其中松散覆盖层可分为4个工程地质单元层，分别为③层全新统冲洪积堆积(Q4al+pl)粉细砂、粉土及砂壤土，砂壤土属高压缩性土;④层全新统冲积堆积(Q41al)砂壤土、细砂与砾石互层，砂壤土属中压缩性土;⑤层上更新统冲积(Q32al)壤土及含砾壤土，均属中压缩性土;⑥层上更新统冲积(Q31al)砾石层。

根据坝址区的勘探试验资料分析，坝基岩体上部透水率 q=10.0～96.2 Lu，属中等透水，中等透水岩体厚约15.0 m;下部岩体q＜5 Lu，可视作相对隔水层。坝址区云母长英质变晶糜棱岩，呈厚层状，弱风化饱和单轴抗压强度平均值Rb=28.87 MPa，软化系数平均值kr=0.81，为较软岩。长石石英岩脉为坚硬岩，硬脆，强度高，其饱和单轴抗压强度Rc=164 MPa。岩石的物理力学指标统计如表1。

表1 岩石物理力学指标统计表Table 1 Statistical table of physical and mechanical indexes of rock

根据《工程岩体分级标准》GB50218—94［2］，强风化云母长英质变晶糜棱岩岩体的纵波速度Vp≤1 750 m/s，完整系数Kv=0.32，基本质量级别Ⅴ级;弱风化云母长英质变晶糜棱岩体的纵波速度Vp=3 390 m/s，完整系数Kv=0.57，基本质量指标(BQ)=279，岩体级别为Ⅳ级;弱风化长石石英岩脉岩体的纵波速度Vp≤4 500 m/s，完整系数Kv=0.70，基本质量指标(BQ)=514，基本质量级别Ⅱ级。岩体物理力学指标建议值如表2。

表2 岩体力学指标参数建议值Table 2 Suggested values of mechanical property of rock mass

3 坝基工程地质问题及评价

坝基左右岸覆盖层厚度较大，均为第四系全新统堆积层，存在的工程地质问题主要有振动液化、渗漏、压缩及渗透破坏等。

3.1 振动液化

本区地震地面峰值加速度(50年超越概率10%)为40～80 gal(0.041 ～0.082 g)。地震动反应谱特征周期值为0.35 s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。根据中国《建筑抗震设计规范》GB50011—2001［3］的判定标准，可不考虑地震液化问题，但由于③-2层、④-2层范围较大，埋藏浅，结构松散，建议予以挖除。

3.2 坝基渗漏

依据坝基渗漏量计算公式计算，坝基渗漏总量:主坝为 6 863.5 m3/d，副坝为 1 044.6 m3/d。可见，坝基渗漏量为7 908.1 m3/d，年渗漏量约为300万m3，约占河流年来水量(1 036.8万m3/d)的0.08%，渗漏损失可以忽略。

3.3 坝基渗透破坏

坝基河漫滩、一、二级阶地中的覆盖层存在渗透破坏的可能。由砂砾石的颗分试验成果可知④-2、⑤-2及⑥层均为颗粒级配连续的土。按中国《水利水电工程地质勘察规范》GB50487—2008［4］规范，附录 G 公式d=√d70d10及级配曲线确定的粗细粒的区分粒径d和土的细粒含量P如表3所示。

表3 渗透破坏类型判定表Table 3 Decision table of seepage failure type

3.4 主坝坝基处理建议

由于坝基存在渗透破坏、绕坝渗漏等工程地质问题，因此建议:

(1)左坝肩坝基处理:⑤-1层由于植物根系发育，含腐殖质，应予以挖除，⑥层砂砾石层强透水，应予以截渗处理(挖除或作截渗墙处理)，同时建议基础设置于弱风化岩体上。

(2)坝基处理:清除第四系覆盖层以及全、强风化层，将基础设置于弱风化岩体上，并进行必要的帷幕防渗处理，同时，坝基云母长英质变晶糜棱岩，片理发育，岩体强度具明显的差异性，垂直片理方向岩体强度(抗压与抗剪)要大于平行片理方向的强度，而坝基云母长英质变晶糜棱岩片理倾角较小，故坝基的抗滑稳定为岩体的抗剪强度所控制，而非混凝土与岩体的抗剪(断)强度，所以在抗滑稳定计算时建议采用岩体与岩体指标，同时，由于在溢流坝底部分布有两层长石石英岩脉透镜体，两层之间夹0.7～1.5 m厚的全风化云母长英质变晶糜棱岩，该层对坝基抗滑稳定不利，建议进行工程处理。

(3)右坝肩土坝坝基(桩号0+266～0+754 m)处理:⑤-1层由于植物根系发育，含腐殖质，应予以挖除;下部⑤-2层，疏松，强度低，应予以挖除或夯压处理，才能作为坝基基础;⑥层砂砾石层强透水，应予以截渗处理，挖除或作截渗墙处理。

3.5 副坝坝基处理建议

副坝坝基由第四系上更新统(Q3al)冲积堆积⑤-1壤土、⑤-2含砾壤土、⑥砂砾石层和新元古代(NP3(sq))、⑧层灰绿色云母长英质变晶糜棱岩组成。基座岩体上部透水率q≥5.0 Lu的中—弱透水带的垂直厚度1～5 m，下部岩体透水率q＜5 Lu，可视为相对隔水层。初步估算副坝坝基渗漏量为1 044.6 m3/d，占日来水量的0.1‰。

根据勘察资料分析，副坝存在两个主要工程地质问题:一是基岩上部全、强风化带渗漏破坏;二是沿基岩上部全、强风化带的绕坝渗漏。建议作如下处理:

(1)⑤-1层壤土层，应予以清除;⑤-2层含砾壤土疏松，强度低，应予以挖除或夯压处理，才能作为坝基基础;⑥砾石层强透水，应予以截渗处理，挖除或作截渗墙处理。

(2)桩号0+000～0+255 m段，坝基基础可以置于⑤-2层含砾壤土上，但对该层必须采取重夯处理才能作为坝基基础;桩号0+255～0+450 m段，对⑥砾石层应予以截渗处理，挖除或作截渗墙处理。

4 结论及建议

(1)Mekin水电站主坝坝基河床段为浆砌石溢流坝(桩号0+075～0+185 m);基础应设置于弱风化岩体上，并进行必要的帷幕防渗处理，由于坝基分布有两层长石石英岩脉透镜体，之间夹全风化云母长英质变晶糜棱岩，对坝基抗滑稳定不利，根据工程类比，该层岩体抗剪断强度指标建议值:f′=0.50，c'=0.15 MPa;是否进行工程处理，设计演算后决定。

(2)主坝左、右坝肩以及副坝处理原则:⑤-1层应予以挖除，下部⑤-2层，应予以挖除或夯压处理，才能作为坝基基础;⑥层砂砾石层应予以截渗处理、挖除或作截渗墙处理。

(3)工程区地表水对混凝土具中等腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋及钢结构无腐蚀;地下水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋及钢结构无腐蚀性。

［1］ 任梦宁.喀麦隆Mekin水电站工程地质勘察报告［R］.西安:机械工业勘察设计研究院，2010.

［2］ GB50218—94，工程岩体分级标准［S］.

［3］ GB50011—2001，建筑抗震设计规范［S］.

［4］ GB50487—2008，水利水电地质勘察规范［S］.

(责任编辑:于继红)

Engineering Problems and Treatment Suggestions for Dam Site of Mekin Hydroelectric Station，Cameroon

REN Mengning
(JK Geotechnical Institute，Xi’an，Shaanxi710043)

Located in southern province of Cameroon，Mekin Hydroelectric Station lies in the northwestern boarder of Congo Craton.Dam site is mainly composed of Quaternary deposit and Neoproterozoic mica felsic metacryst miliolite.By dam site engineering geology survey，geology treatment suggestions are proposed;meantime it’s determined that the main factor for dam foundation anti-slide stability is governed by strengthen of dam foundation rock，not the shear strength between concrete and rock.

characteristics of dam foundation;leakage;anti-slide stability;treatment suggestion

P642

B

1671－1211(2012)04－0342－03

2011－11－17;改回日期:2011－12－08

任梦宁 (1966－)，男，高级工程师，水文及地质专业，从事水利行业的勘察工作。E－mail:renmengning@126.com