南北晋水库坝基工程地质条件及评价

徐红清

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 概况

南北晋水库工程拟建于夏县东北青龙河支流南北晋河上，该工程是以农村生活、灌溉用水为主，兼顾防洪等综合利用的小型水库。坝址位于夏县南大里乡北晋村东约1.5 km的南北晋河上，主河道长10.1 km，坝址以上控制流域面积18.1 km2。拟建大坝为堆石混凝土重力坝，设计最大坝高61.65m，坝顶高程580.65m，总库容111万m3。坝址处河谷底宽15～20m，主河槽靠近左岸。谷底地形起伏不平，地面高程531～535m。两岸岸坡山顶高程650m，相对高差110～130m。河谷断面呈“U”型。

2 坝基工程地质条件

2.1 坝基覆盖层工程地质特性

河谷中覆盖层为第四系全新统洪冲积卵石混合土，结构松散，分选较差，卵砾石成分主要为花岗岩、片麻岩，粒径10～30 mm，磨圆度较差，呈棱角状，细粒多为粉细砂，矿物成分为长石、石英、云母及岩屑等。据现场卵石混合土层渗水试验资料，卵石混合土层的渗透系数为15.3m/d，为强透水层。

2.2 坝基基岩工程地质特征

坝址区南北晋河两岸出露基岩为太古界涑水群北庄组（Asb）灰黑色黑云斜长角闪片麻岩。

由岩石物理力学测试结果可知，坝基中黑云斜长角闪片麻岩单轴饱和抗压强度为48.2～80.5 MPa，为中硬—坚硬岩；软化系数为0.62～0.91；变形模量为（4.55～6.60）×104MPa；饱和抗剪强度指标凝聚力为4.68～9.38 MPa；内摩擦角 40.9°～49.4°。

根据钻孔声波试验成果，北庄组（Asb）灰黑色黑云斜长角闪片麻岩强风化岩体纵波波速为2344～5405m/s，黑云斜长角闪片麻岩弱风化及新鲜岩体纵波波速为 3226～5556m/s。

综合分析，坝基和坝肩岩体分类为Ⅲ~Ⅳ类。

3 坝基工程地质问题及评价

3.1 坝基抗滑稳定性

河谷段坝基持力层为北庄组（Asb）弱风化片麻岩岩体，岩体中主要发育北东和北西向两组高倾角节理裂隙，软弱结构面不发育，岩体抗滑稳定性较好。坝基抗滑稳定控制结构面主要为建基面。

另外，坝址下坝脚线下游约40m处发育F2正断层，破碎带宽30m，断距约45m，坝体位于F2断层下盘。初步认为F2断层对坝基岩体稳定有一定影响，建议必要时进行处理。根据钻孔资料，河床底部基岩埋深在断层处突然变大，形成临空面，对坝基岩体稳定不利。因此，坝体开挖后应视岩体情况采取措施，确保坝基岩体稳定。

根据工程经验类比，河谷坝段建基面抗滑稳定性参数建议值：混凝土与弱风化片麻岩抗剪断强度f′=0.7～0.9，c′=0.6～0.7 MPa，抗剪强度 f=0.55；饱和弱风化片麻岩抗剪断强度 f′=0.7～0.8，c′=0.6～0.7 MPa，抗剪强度f=0.60。副坝段建基面抗滑稳定性参数建议值：混凝土与弱风化片麻岩抗剪断强度 f′=0.5～0.65，c′=0.5～0.6 MPa，抗剪强度f=0.5；饱和弱风化片麻岩抗剪断强度 f′=0.5～0.7，c′=0.5～0.6 MPa，抗剪强度 f=0.55。

3.2 坝基渗漏

坝址河谷覆盖层为第四系全新统洪冲积卵石混合土，结构松散，多具强透水性，下伏基岩主要为北庄组（Asb）灰黑色黑云斜长角闪片麻岩，强风化层多具中等透水性，为坝基渗漏层位。弱风化层多具微—弱透水性，为相对隔水层。故坝基第四系覆盖层与北庄组强风化黑云斜长角闪片麻岩构成坝基渗漏层位，存在坝基渗漏问题。

据坝址所布钻孔压（注）水试验数据可知，坝基第四系全新统洪冲积卵石混合土渗透系数为15.3m/d，具强透水性；强风化基岩渗透系数为0.93～1.03m/d，具中等透水性，为渗漏层位；弱风化片麻岩岩体透水率为3.4～6.9 Lu，具弱透水性，为隔水层层位，采用相关公式对坝基渗漏量进行估算。

经计算，水库在正常蓄水位578.0m时，坝基覆盖层渗漏量为382.2m3/d，基岩渗漏量为722.1m3/d。建议对坝基岩体进行帷幕灌浆处理，深度应进入弱风化片麻岩岩体中6～8m。

3.3 基坑开挖及基坑涌水

坝基松散岩类孔隙水和变质岩类基岩裂隙水具有统一的地下水位，且埋深浅，经现场勘察，地下水埋深为0～0.5m。坝基基坑开挖时，受上下游第四系松散层孔隙水和两岸变质岩类基岩裂隙水的补给，基坑存在涌水问题，基坑涌水量估算采用假设井壁、井底同时涌水非完整井计算公式进行计算。

经计算，在正常蓄水位578.0m时，基坑涌水量为1507.9m3/d，建议采取有效的降水、排水措施。基坑临时开挖边坡基岩为1∶0.3～1∶0.5，卵石混合土层为1∶0.75～1∶1。

3.4 坝肩岩体稳定及绕坝渗漏

左坝肩主要为岩质岸坡，出露地层岩性为北庄组黑云斜长角闪片麻岩，中粗粒鳞片变晶结构，片麻状构造，主要成分为斜长石、微斜长石、石英、黑云母、角闪石等，黑云母含量稍高，岩性坚硬，强风化层厚5～8m。岩体中主要发育北东、北西向两组陡倾角节理裂隙，软弱结构面不发育。片麻理产状为N30°～40°W/SW∠10°～12°，倾向下游偏岸坡外侧，为斜向岸坡，现岸坡稳定性较好。建议将强风化层全部挖除，将坝体嵌入弱风化岩体中。

左坝肩正常蓄水位以下主要为北庄组黑云斜长角闪片麻岩岩体，岩体受风化卸荷影响，节理裂隙较为发育且有一定张开，构成左坝肩绕坝渗漏层位。参考右坝肩钻孔压（注）水试验成果，其强风化基岩渗透系数为1.21m/d，具中等透水性；弱风化基岩透水率为5.3～8.7 Lu，具弱透水性，为相对隔水层。左坝肩存在绕坝渗漏问题，经计算，在正常蓄水位578.0m时，左坝肩绕坝渗漏量为905.0m3/d。建议对左坝肩进行防渗处理，沿坝轴线方向防渗长度为40～60m，深度应深入弱风化岩体中6～8m。由于左坝肩下游侧发育一冲沟，而且延伸较长，有利于绕渗，建议防渗工程适当延伸。

右坝肩下部岩质岸坡出露地层岩性为北庄组黑云斜长角闪片麻岩，中粗粒鳞片变晶结构，片麻状构造，主要成分为斜长石、微斜长石、石英、黑云母、角闪石等，黑云母含量稍高，岩性坚硬，强风化层厚5～8m。岩体中主要发育北东、北西向两组陡倾角节理裂隙，软弱结构面不发育。片麻理产状为N30°～40°W/SW∠10°～12°，倾向下游偏岸坡内侧，现岸坡稳定性较好。上部为土质岸坡，出露地层为第四系上更新统卵石混合土，结构松散。建议将右坝肩强风化片麻岩及第四系上更新统卵石混合土全部挖除，将坝体嵌入弱风化岩体中。

右坝肩正常蓄水位以下主要为第四系上更新统卵石混合土及北庄组黑云斜长角闪片麻岩岩体，且岩体受风化卸荷影响，节理裂隙较为发育且有一定张开。据右坝肩钻孔压（注）水试验成果，第四系上更新统卵石混合土渗透系数为12.9m/d，具强透水性，其强风化基岩渗透系数值为1.21m/d，具中等透水性；弱风化基岩透水率为5.3～8.7 Lu，具弱透水性，为相对隔水层。右坝肩存在绕坝渗漏问题，采用相关公式对其渗漏量进行估算。经计算，在正常蓄水位578.0m时，右坝肩绕坝渗漏量为602.0m3/d。建议对右坝肩进行防渗处理，沿坝轴线方向防渗长度为40～60m，深度应深入弱风化片麻岩岩体中6～8m。

4 结论及建议

第一，南北晋水库坝址地基多为第四系全新统洪冲积卵石混合土，结构松散，分选较差，透水性大，对坝基稳定及坝基渗漏不利。

第二，坝基及坝肩基岩为北庄组黑云斜长角闪片麻岩，中粗粒鳞片变晶结构，片麻状构造，主要成分为斜长石、微斜长石、石英、黑云母、角闪石等，黑云母含量稍高，新鲜岩体岩性坚硬，软弱结构面部发育，但其矿物成分复杂，各成分抗风化能力不同，且黑云母等片状矿物含量较高，风化岩体结构松散，对坝基及坝肩稳定不利。

第三，建议将河谷坝段坝基覆盖层及强风化基岩全部挖除，并清除部分弱风化岩体；对坝基建基面以下岩体进行固结灌浆，增加坝基岩体的完整性和强度；坝基及左右坝肩存在渗漏问题，建议对坝基和左右坝肩进行防渗处理。