石湖水库坝址选择及坝型适宜性分析

郭印亮

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

工程地质

石湖水库坝址选择及坝型适宜性分析

郭印亮

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

石湖水库位于河北省涿鹿县西侧的桑干河主河道上，距县城26km，总库容5800万m3，属中型水库。根据现场勘察资料研究分析认为，有上下游相距1km的两个坝址供选择，对坝址区工程地质条件进行了分析，从地质角度给出了坝址选择的依据，并对坝型的适宜性进行了分析。

水库；混凝土面板堆石坝；混凝土溢流坝

近年来由于桑干河上游工农业生产需水量的增加和流域内降水量的减少，涿鹿县原有灌区的水资源日趋紧张，地下水位下降，严重影响了该县工农业生产的发展，修建石湖水库将有力促进当地的经济发展。

1 勘察工作

勘察分两期进行。第1期勘察，在上坝址轴线布置了2个钻孔，在下坝址布置了3个钻孔，以便查明河床覆盖层的厚度、岩性组成及水文地质条件。由于上坝址覆盖层厚度（大于50m）较大，下坝址河床覆盖层厚度最大38m，坝址倾向下坝址，因此第2期勘察时，将勘察工作量主要布置在下坝址。第2期勘察，在下坝址轴线的上下游各100m布置两条勘探剖面，为了解覆盖层厚度的变化情况，对两条剖面线进行了物探工作。对溢洪道、排砂洞进行了勘察。为便于溢洪道位置的比选，选择了3条剖面进行了物探工作。勘察过程中采用了地质测绘、勘探（钻探、物探、坑槽探）、原位测试（抽水试验、注水试验、动力触探试验）、室内试验（土工试验、岩石试验、水质分析试验）等多种方式及方法，并将地质成果互相验证，初步查明了工程区的地质条件，对存在的工程地质问题进行了详细的分析及评价。

2 坝址区工程地质条件及评价

2.1 下坝址区

2.1.1 河床及河漫滩

（1）卵石：厚度14～38m。 原岩岩性为灰岩、片麻岩及安山岩，粒径一般40～120mm，最大粒径180mm，磨圆较好，局部含有砂壤土。筛分试验成果中的不均匀系数33.2，曲率系数2.2，表明卵石级配良好。动探试验表明卵石层较为密实，局部卵石粒径偏大，卵石层承载力建议值380kPa。部分漫滩表层为薄层砂壤土，存在不均匀沉陷问题，应予以清除。

抽水试验得到的渗透系数分别为54.7，42.6m/d，即便卵石级配良好，充填密实，渗透系数仍显数值偏小。经分析认为，抽水孔偏离河床较远，卵石中含有细粒土较多，导致其渗透系数偏小。参考附近其他的钻孔岩芯，给出卵石层渗透系数建议值90m/d。卵石层存在渗漏、不均匀沉降、渗透破坏等问题。

（2）强风化白云岩：厚度3～8m，灰色，节理发育，岩芯破碎，多为3～6cm块状，节理面上有锈染。坝址区岩体透水率82.7～120Lu，平均值101.4Lu，具强透水性。由于强风化岩体比较破碎，透水性较强。

（3）弱风化白云岩：灰白色，岩芯多为3～6cm块状，岩芯采取率一般在30%～60%，局部超过90%。岩体节理较发育，透水率10.0～53.8Lu，平均值36.8Lu，具中等透水性。饱和单轴抗压强度26.1～43.9MPa，平均值35.8MPa。根据现场岩芯强度及完整性分析，饱和单轴抗压强度试验值偏小，坝基岩体确定为Ⅲ类，承载力建议值3000kPa。

2.1.2 坝肩

自上而下分为3层。

第1层：覆盖层，厚度4.2～4.3m，岩性为壤土夹碎石或碎石，碎石含量自上而下逐渐增多，自5%～40%，成分为白云岩，块径20～80mm，次棱角状。地基承载力建议值130kPa。

第2层：强风化白云岩，厚度5.2～15.4m，岩芯较为破碎，地质构造比较发育，岩体透水率0.6～82.7Lu，平均值14.8Lu，具中等透水性。建议清除强风化层。河道两岸出露的强风化岩体，风化严重，强度较低，且发育有小的断层、节理等构造，岩体比较破碎，开挖边坡坡比建议值1∶0.5～1∶0.75，对较破碎部位应采取必要的支护措施。

第3层：弱风化白云岩，厚度未揭穿。岩体透水率0.1～63.4Lu，平均值11.8Lu，具中等透水性。

左、右坝肩岩体宽厚，除表层厚度2～4m的强风化岩体外，均为弱风化岩体，整体稳定性较强，整体而言不会产生坝肩稳定问题。另一方面，由于左、右坝肩附近地质构造比较发育，左坝肩处发育P1破碎带、f7断层及部分裂隙 （节理）；右坝肩处发育断层f11、f12、f10及部分裂隙（节理），各断层、破碎带及裂隙相互切割，局部岩体比较破碎。边坡高度一般80～90m，开挖边坡坡比建议值如下：强风化1∶0.5～1∶0.75，弱风化1∶0.25～1∶0.5， 对构造较为发育的部位应适当放缓边坡并适当进行支护。

2.1.3 坝基渗漏

坝基中的第四系松散堆积层（卵石）为强透水地层，渗透系数建议值90m/d。坝基存在严重的渗漏问题，应进行防渗处理。卵石层建议采用垂直防渗墙型式，墙体进入弱风化岩体0.5～1.0m。基岩采用帷幕灌浆，河床帷幕深度按进入相对不透水岩体（透水率小于3Lu）5m控制。

2.1.4 绕坝渗漏

左右坝肩的坝体，岩层产状倾向下游偏右岸，倾角25°～40°，且地质构造较为发育，表层还有厚度2～4m的强风化岩体，其透水性更大，存在绕坝渗漏问题。

2.1.5 坝基渗透稳定

根据颗粒组成级配曲线，坝基卵石的级配为连续级配，粗、细颗粒区分粒径为8.69mm，对应的细粒含量P=24.6%，渗透破坏的类型为管涌型。根据有关公式计算，Jcr=0.23，取安全系数2，水力比降允许值0.12。

2.1.6 坝基不均匀沉降

坝基中的第四系松散沉积物，其颗粒组成、包含物均有差异，局部分布有砂壤土透镜体，存在不均匀沉降问题。对于混凝土面板堆石坝，会导致坝体、混凝土面板开裂，影响水库正常运行，建议清除局部的砂壤土透镜体。

2.1.7 基坑排水

河床部位地下水埋藏较浅，坝基主要地层为冲洪积的卵石层，渗透系数建议值90m/d，为强透水层。卵石层的开挖存在排水问题。

2.1.8 基坑边坡稳定

对于堆石坝方案，坝基卵石层开挖最大深度2.5～3.0m，同时地下水较丰富，建议在基坑四周布置抽水井，卵石开挖边坡坡比建议值1∶0.5～1∶0.75，必要时进行支护。

2.1.9 坝基稳定

对混凝土面板堆石坝及黏土心墙坝而言，坝基土体中未揭露软弱地层，坝底宽度较大，一般不会发生坝基土体滑动问题。

2.1.10 坝基承载力

混凝土面板堆石坝及黏土心墙坝，对地基承载力要求都不高，一般情况下，卵石层能满足构筑物承载力要求。

2.2 上坝址区

2.2.1 坝基工程地质条件

上坝址河床宽度最窄处100m，河床及漫滩部位的覆盖层岩性为砂、砾石及卵石，卵石粒径一般40～80mm，原岩岩性主要为灰岩，其次为火成岩，磨圆较好。根据物探资料推测，坝址区覆盖层厚度可达60m左右。参考下坝址区卵石层物理力学性质，卵石承载力建议值400kPa，渗透系数建议值90m/d。

坝址附近的河床两岸，出露的基岩属于元古界蓟县系雾迷山组地层，岩层走向多为NW300°～350°倾向NE，倾角17°～30°。局部岩层产状变化较大。岩性为灰黑色、灰白色中厚～厚层含燧石条带白云岩。根据地质测绘资料，表层为强风化岩体，厚度2～4m，下部为弱风化白云岩。参考下坝址勘察成果，强风化岩体地基承载力建议值700kPa，透水率建议值40Lu，弱风化岩体地基承载力建议值3000kPa，透水率建议值25Lu。

2.2.2 坝基渗漏

坝基中的第四系松散堆积层（卵石）为强透水地层，渗透系数建议值90m/d。坝基存在严重的渗漏问题，应进行防渗处理。

2.2.3 坝基不均匀沉降

坝基中的第四系松散沉积物，其颗粒组成、包含物均有差异，沿坝轴线坝基的压缩性不同，存在不均匀沉降问题。

上坝址区与下坝址区地质条件相似，同样存在坝肩稳定、坝基及绕坝渗漏、坝基渗透稳定、基坑排水及基坑边坡稳定等问题。

3 坝址比选

对比上坝址、下坝址的工程地质条件，如表1。通过对比，下坝址地质条件要优于上坝址，推荐选择下坝址。

表1 上、下坝址工程地质条件对比

4 坝型适宜性分析

重力坝（混凝土溢流坝）对坝基承载力、地质构造发育情况及岩体强度等要求较高，适应不均匀沉降性能差，存在坝基抗滑稳定问题。最好采用弱风化岩体作为坝基，而本工程坝基弱风化岩体埋深较大，需要基坑支护及排水等工程措施，施工困难。工程区主要有含燧石条带白云岩、灰质白云岩、凝灰岩等岩性，均含有碱活性成分，能否作为混凝土骨料需进行试验论证。

当地材料坝（混凝土面板堆石坝或黏土心墙坝）对坝基不均匀沉降适应性较强，承载力要求不高，一般不存在抗滑稳定问题，开挖工作量相对重力坝较小。经过现场勘察，工程区内的堆石料、砂砾料及防渗土料储量丰富，质量基本满足设计要求。因此，当地材料坝较为适宜。

5 结语

（1）从工程区的覆盖层厚度、坝基岩体风化程度、岩石强度、构造发育程度等地质资料分析，下坝址地质条件优于上坝址。

（2）从坝基的岩性组成、抗滑稳定、开挖工程量及工程安全性等方面分析，当地材料坝较为适宜。

［1］常士镖，张苏民.工程地质手册［K］.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［2］顾晓鲁，钱鸿缙，刘惠珊，等.地基与基础［M］.北京：中国建筑工业出版社，2003.

［3］GB50021—2001，岩土工程勘察规范［S］.

［4］河北省地质矿产局.河北省北京市天津市区域地质志［M］.北京：地质出版社，1989.

［5］杜恒俭，陈华慧等.地貌学及第四纪地质学［M］.北京：地质出版社，1981.

［6］河北省地层表编写组.华北地区区域地层表（河北省、天津市分册）［M］.北京：地质出版社，1979.

Dam site selection and dam model adaptability analysis of Shihu reservoir

GUO Yin-liang
（Hebei Research Institute of Investigation＆ Design of Water Conservancy＆ Hydropower,Tianjin 300250,China）

Shihu reservoir is located in the Sangganhe River trunk stream that lies the west of Hebei province Zhuolu county， it is about 26 kilometers from the Zhuolu city， the total capability is about 58 million m3，and it is a middle size reservoir.It bases on the locale investigations and the related data that selecting two dam sites.The distance between the two dam sites is one kilometer along the river.There are two projects that one is concrete overflow dam model and other is concrete-faced rockfill dam model.This paper analyzes the engineering geological conditions of the dam area，put forward the bases of dam sites selection at geological specialty，and analyze the adaptability of dam model too.

reservoir； concrete-faced rockfill dam；concrete overflow dam

P64

B

1672-9900（2015）06-0056-04

2015-10-08

郭印亮（1969-），男（汉族），河北邯郸人，高级工程师，主要从事岩土工程勘察工作，（Tel）13820302079。